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薛其坤:“7-11”物理学家的光荣与梦想

2021-12-30 | 甘晓 | 来源 《中国科学报》2021/12/28 |

薛其坤院士(受访者供图)

“管它什么内卷、外卷、上卷、下卷,希望青年人能够有定力,保持‘不管风吹浪打,胜似闲庭信步’的状态。”近期,中国科学院院士、南方科技大学校长薛其坤在科学网“院士与科学基金”系列直播访谈中回答网友提问“如何看待内卷”时这样说,“相信你们都是有智慧的青年,一定可以找到解决办法。”

同时,他也在直播间求助网友:“同事们过去都喊我‘7-11教授’,但现在作为导师、研究团队负责人、校长,如何分配好时间和精力,是我面临的一个难题。希望网友给我出出主意!”

7点到实验室、晚11点离开的奋斗精神让薛其坤得名“7-11教授”,而这也正是他从“山里娃”成长为世界知名物理学家的法宝之一。

敢为人先,建造电子“高速公路”

“量子反常霍尔效应”是描述电子在微观世界运动规律的全新科学效应,也是薛其坤最广为人知的一项科学发现。

要理解量子反常霍尔效应,需要从量子霍尔效应开始。后者指的是在外加的强磁场作用下,电子运动像高速公路上行驶的汽车一样分道行驶,互相不干扰,从而降低电子产品能耗。而前者中“反常”二字则意味着在没有外加磁场条件下,只靠材料本身的性质就可以实现电子的“高速公路”。显然,找到一种合适的材料成为实现量子反常霍尔效应的关键。

2006年前后,一种被称为“拓扑绝缘体”的全新材料在物理学理论中横空出世,这引起了薛其坤的注意。“形象地说,这是一类‘两不像’材料,介于导电材料和绝缘材料之间,相当于往陶瓷或玻璃上镀了一层导电薄膜。”薛其坤告诉《中国科学报》。

当时,选择拓扑绝缘体作为实现量子反常霍尔效应的突破口需要很大的勇气。薛其坤回忆:“拓扑绝缘体刚刚在理论上被提出来,现实中、实验中会怎么样,谁也不知道,都是不确定的。”

2008年开始,薛其坤带领团队开始制备拓扑绝缘体,勇闯量子反常霍尔效应的“无人区”,努力开拓人类知识的新疆域。经过4年努力,2012年底,他们终于在实验室观测到不需要外加磁场的量子反常霍尔效应。几个月后,这项研究成果正式在国际学术期刊《科学》上发表。

因为这项重要的科学发现,薛其坤迎来人生的高光时刻,他和团队站上人民大会堂的领奖台,获得2018年度国家自然科学奖一等奖。

感恩国家,“山里娃”迎来春天

为什么团队能够获得这项重要突破?薛其坤认为,除了敢于挑战最新科技前沿的勇气以及尖端实验技术和方法的长期积累,还离不开团队几十年如一日坐“冷板凳”,克服诸多困难。

“要知道,人的一生不总是一帆风顺,在完全未知的领域探索,可能两三年都在重复做一件事,没有任何进展的时候,会感到非常沮丧。”薛其坤说,所幸青少年时期的生活为自己形成吃苦耐劳的品质奠定了基础。

薛其坤出生在山东沂蒙山区的一个农村家庭。“我的家乡在革命老区,民风淳朴,我小时候生活条件比较艰苦,每年青黄不接的时候,饭都吃不饱。”回忆过去,薛其坤说,经历过生活的艰难,感到其他的艰苦都算不了什么。

“改革开放后,国家恢复了高考,给我们这些山里的孩子提供了一个走出大山、走向城市、走向更广阔天地的绝佳机会,给了我们极大的精神鼓励。”他表示。在改革开放的春风里,作为一名有志青年,薛其坤怀揣梦想努力备考,最终考进山东大学,成为第四批上大学的幸运儿。

从此,这个“山里娃”的逐梦之旅,踏上了时代的每一个步点。20世纪90年代,薛其坤出国深造,先后在日美留学、工作8年。他坦承:“在国外工作期间,我看到我们国家的方方面面和世界发达国家相比,存在比较大的差距。我希望能够为国家建设贡献自己的一份力量。”

机会总是留给有准备的人。1994年,国家自然科学基金开始设立人才基金,也就是今天科研人都熟悉的“国家杰出青年科学基金项目”(以下简称杰青)。正在美国留学的薛其坤得知这个消息后提交申请书,不久后获得通过,坚定了他回国创业的信心。

“当时杰青项目的及时设立,为海外工作的年轻人回国创业创造了非常好的机会,既是精神上的鼓励,也是经费上的支持。”薛其坤表示。

回首奋斗历程,薛其坤发自内心地感恩国家发展给个人提供实现理想、追逐梦想的机遇。他寄语青年科研人抓住每一个机遇,与时代一起成长。

享受科学,做幸福的奋斗者

在许多和薛其坤一起学习、工作过的人看来,他的奋斗历程充满了正能量,“7-11教授”名副其实。

“我1992年加入日本东北大学樱井利夫教授实验室,他的实验室要求严格是出了名的,作息上要求大家早7点之前到,晚11点以后才能离开。”经过一段时间的努力,薛其坤适应了这个工作节奏,回国之后也很自然地坚持了下来。

1999年我刚回国没多久,加上国内早7点开门、晚11点关门的便利店刚刚兴起,同事们就给我取了‘7-11教授’这个外号,我理解这是称赞我工作比较努力。”薛其坤告诉《中国科学报》。

按照他的理解,其他很多职业也需要从业者花费很长时间在工作上,有的甚至是重复劳动,没有一样工作不辛苦。“但是,我们探索的是未知,但凡取得了一点小小的进展,就会感到兴奋、快乐,这种感觉其他职业是感受不到的哦!”薛其坤带点“凡尔赛”地说,“我们做基础科学研究,有一种只可意会、不可言传的幸福。”

如今,在量子反常霍尔效应之后,薛其坤还在继续享受着为科学奋斗带来的快乐。他带领团队瞄准了下一个难题,即在更高的温度下甚至室温下尝试观测量子反常霍尔效应。

高温超导机理则是薛其坤团队想要攻克的另一个难题。自从1986年高温超导现象被首次发现以来,众多凝聚态物理学家都在苦心钻研其形成机理。如今,薛其坤正带领清华大学、南方科技大学的团队开展研究。

他充满期待地说:“如果我们把谜底揭开了,就有可能设计出高温超导材料,在室温下甚至更高温度下实现超导,从而实现超级电导现象,这将是对全人类的重要贡献。”

7-11教授”,奋斗着、快乐着。


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