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科技日報(bào)記者 李艷
近日，清華大學(xué)的招生宣傳片《從一到無窮》講述學(xué)習(xí)改變命運(yùn)的故事，讓中國科學(xué)院院士、清華大學(xué)副校長、物理學(xué)家薛其坤的勵志經(jīng)歷又有了新一輪的傳播——從物理不及格的“學(xué)渣”，到41歲成為最年輕的院士；從沂蒙山區(qū)的放牛娃，到走向世界的頂尖科學(xué)家，三十多年里，薛其坤每天工作15個(gè)小時(shí)，一路打拼，終于帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)率先發(fā)現(xiàn)量子反常霍爾效應(yīng)。
薛其坤說，他的心中有許多“責(zé)任”，這些責(zé)任是具體而又多維度的。為著這些責(zé)任和使命，他樂于整日待在實(shí)驗(yàn)室里做研究；樂意從大學(xué)講臺到小學(xué)課堂，為孩子們做科普、講科學(xué)；也愿意抽出時(shí)間去世界各地作學(xué)術(shù)報(bào)告。
“我希望在孩子們的心里，科學(xué)家是有趣的、體面的、鮮活的，這樣才會有更多年輕人愿意從事科學(xué)研究的工作；我希望中國科學(xué)家是開放的、有使命感的，我們有意愿、且有能力為世界科技的發(fā)展和人類文明貢獻(xiàn)力量。習(xí)近平總書記說，我們堅(jiān)持融入全球科技創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)，樹立人類命運(yùn)共同體意識，深入?yún)⑴c全球科技創(chuàng)新治理，主動發(fā)起全球性創(chuàng)新議題。每一個(gè)科研一線的工作者都應(yīng)該是踐行者。”在清華大學(xué)物理系的辦公室里，薛其坤向科技日報(bào)記者講述著他作為科學(xué)家的“光榮和夢想”。
量子反常霍爾效應(yīng)量子世界的中國探索
2019年開年之際，中科院院士薛其坤領(lǐng)導(dǎo)的清華大學(xué)、中科院物理所實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)完成的“量子反常霍爾效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)”被授予2018年度國家自然科學(xué)獎一等獎。這一獎項(xiàng)意味著在過去幾年里，薛其坤研究團(tuán)隊(duì)在量子材料的研究中取得一系列國際領(lǐng)先的科研成果，獲得了學(xué)界的高度肯定。
時(shí)間回溯到2013年，正是這項(xiàng)研究的一個(gè)關(guān)鍵的節(jié)點(diǎn)。3月15日《科學(xué)》雜志發(fā)表文章，宣布由薛其坤院士領(lǐng)銜的清華大學(xué)物理系和中科院物理所聯(lián)合組成的實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)，從實(shí)驗(yàn)上首次發(fā)現(xiàn)量子反常霍爾效應(yīng)，這意味著量子霍爾效應(yīng)物理領(lǐng)域一個(gè)期待已久的重要現(xiàn)象已經(jīng)被中國科學(xué)家率先觀測到。
“量子反常霍爾效應(yīng)”，這是一個(gè)大多數(shù)人聽不懂的名詞。然而，它卻讓微觀世界的奇妙現(xiàn)象轉(zhuǎn)換到宏觀世界中成為可能。在微觀世界里，在不需要強(qiáng)磁場的情況下，電子可在各自的跑道上按規(guī)則有序地、一往無前地奔跑，如果這些現(xiàn)象能在宏觀世界得到實(shí)現(xiàn)，那么存在于我們神話傳說中的穿墻而過、永動不停或?qū)⒊蔀榭赡堋?/p>
從理論到實(shí)驗(yàn)薛其坤團(tuán)隊(duì)先行一步
“我們最早是在國際學(xué)術(shù)會議中了解到量子反常霍爾效應(yīng)的理論進(jìn)展的，當(dāng)時(shí)科研直覺告訴我這是一個(gè)很重要的研究方向，回來便跟團(tuán)隊(duì)商量著手進(jìn)行相關(guān)的實(shí)驗(yàn)”，薛其坤每每回憶起這些往事，都會跟年輕人們強(qiáng)調(diào)了解前沿科學(xué)的重要性和科研判斷能力的關(guān)鍵意義。
2008年前后，華裔物理學(xué)家、斯坦福大學(xué)的張首晟教授等理論物理學(xué)家提出了用磁性拓?fù)浣^緣體實(shí)現(xiàn)量子反常霍爾效應(yīng)的方案，從理論上提出這一材料實(shí)現(xiàn)量子反常霍爾效應(yīng)的可能性，但能否在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)它還是未知數(shù)。作為長期從事量子物理研究的科學(xué)家，薛其坤認(rèn)識到，這是一個(gè)非常值得在中國進(jìn)行深入探究的領(lǐng)域。從那時(shí)起，他和團(tuán)隊(duì)就展開了對拓?fù)浣^緣體中新奇量子效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)研究。
從2009年起，薛其坤院士領(lǐng)導(dǎo)的實(shí)驗(yàn)研究團(tuán)隊(duì)與清華大學(xué)、中科院物理所、斯坦福大學(xué)的研究者合作，對量子反常霍爾效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)進(jìn)行攻關(guān)。他們試驗(yàn)了1000多個(gè)樣品，一步步克服了重重障礙，終于找到一種叫做“磁性拓?fù)浣^緣體薄膜”的特殊材料，并從實(shí)驗(yàn)中觀測到“量子反常霍爾效應(yīng)”。
光榮與夢想中國科學(xué)家的“使命”
薛其坤說，從科學(xué)研究的角度看，發(fā)現(xiàn)量子反常霍爾效應(yīng)是下一程科學(xué)研究的開始，因?yàn)榭茖W(xué)探索的道路從未停止。他告訴科技日報(bào)記者，之前量子反常霍爾效應(yīng)是在接近零下273攝氏度中實(shí)現(xiàn)的，要想真正實(shí)現(xiàn)應(yīng)用，就需要把溫度往上升，所以現(xiàn)在團(tuán)隊(duì)正在從這個(gè)方向上進(jìn)行新的實(shí)驗(yàn)。
就在剛剛過去的6月底，薛其坤和其他幾位科學(xué)家一起去了歐洲幾個(gè)國家。這段行程異常忙碌，每到一處，學(xué)術(shù)報(bào)告、交流、討論都是滿滿當(dāng)當(dāng)。但薛其坤說，他很高興，“因?yàn)檫@是中國科學(xué)家對世界科學(xué)發(fā)展的一點(diǎn)貢獻(xiàn)”。
這對薛其坤來說，是樂趣也是使命。薛其坤說，自己敬仰那些科技報(bào)國的科學(xué)家，也認(rèn)同“科學(xué)家的使命在于讓國家更加強(qiáng)大”，但是除此之外，他希望中國科學(xué)家以更開放的、更有責(zé)任感和使命感的心態(tài)為世界科學(xué)的發(fā)展、為人類文明的發(fā)展貢獻(xiàn)力量。
他說，科學(xué)家當(dāng)然要求真務(wù)實(shí)，要愛國敬業(yè)，但是在這之外我們應(yīng)該有更深遠(yuǎn)的責(zé)任和廣闊的胸懷。正因?yàn)槿绱耍袊茖W(xué)家才要加倍努力，多出原創(chuàng)科學(xué)成果，引領(lǐng)世界科學(xué)技術(shù)發(fā)展。
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