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当年累得坐马桶就睡着的科学家，成为今年国家最高科学技术奖得主

作者：来源：科学中国人发布时间：2024-06-25

里程碑

笔者第一次见到薛其坤院士是在2019年年初，他领导团队完成的“量子反常霍尔效应的实验发现”项目，获得了2018年度国家自然科学奖项中唯一的一等奖。诺贝尔奖获得者杨振宁先生甚至评价说：“这是从中国实验室里第一次做出了诺贝尔奖级别的物理学成果。”

那一次，国家科技奖励工作办公室组织科技媒体进行采访，记者们把清华大学物理楼的楼道围得水泄不通。薛其坤带领着团队成员一脸笑意和大家打着招呼。他个头不高，精气神十足，一笑起来两只眼睛眯成一条缝，说起话来，一口山东临沂味的普通话让人感觉特别亲切，宛如一位“邻家大叔”。

没有繁缛的例行程序和排场，薛其坤直接把记者们请进了自己的实验室，在现场第一线为大家介绍实验的情况。走进薛其坤团队的实验室仿佛走进了一个科幻世界，到处是各种复杂的管线连接着银白色锡纸裹着的不锈钢腔体的设备。这些都是寻找量子反常霍尔效应的“宝贝”。

在物理学界，霍尔效应一直是近百年来科学家持续突破的方向，也是当下凝聚态物理领域最热门的话题、从业人数最多的领域。过去的几十年中，已经有3个团队因在霍尔效应中的科研突破，获得诺贝尔物理学奖。它的研究进展，关系到电子设备和互联网的发展。

20世纪80年代，物理学家发现了神奇的量子霍尔效应。薛其坤用了一个十分接地气的比喻：普通状态的电子是杂乱无章的，它们无序运动，不断发生碰撞。而量子霍尔效应里的电子则好像置身在一条“高速公路”上，中间有隔离带，将两个方向的“车流”隔开。

这也就是说，量子霍尔效应能解决电子碰撞发热的问题，在量子计算、量子信息存储方面有巨大的应用潜力，据此设计的新一代电子芯片，将会具有极低的能耗。然而，要投入实际运用，它却有个麻烦无法解决——需要一个外加磁场。这个磁场不仅价格昂贵，而且体积庞大。

量子反常霍尔效应则不同于量子霍尔效应，它不依赖于强磁场而由材料本身的自发磁化产生，因此在应用方面比此前发现的量子霍尔效应要方便得多。如果这一发现得到落地应用，将极大降低晶体管运行耗能，提高手机和电脑的运行速度，提高存储空间，并解决电子设备运行发热问题。甚至，当下占据一栋楼大小的巨型超级计算机，将能够变得像平板电脑一样便携。

这是一项具有划时代意义的发现，因此自20世纪90年代开始，就不断有理论物理学家提出各种方案，全世界顶尖的研究组都想攻克这个难题，然而在实验上却没有取得任何进展。

2008年，华裔物理学家张首晟提出了在磁性拓扑绝缘体中实验量子反常霍尔效应的方向。但要找到合适的材料，充满巨大挑战，能否在这种材料中观测到量子反常霍尔效应，何时能观测到，谁也不知道，这是一项很可能终其一生都无法完成的项目。

薛其坤从博士毕业就一直专注于物理学的研究，凝聚态物理和材料科学一直是他的“老本行”。从2009年起，薛其坤带领团队开始拓扑绝缘体研究，决心通过实验来验证假说，向量子反常霍尔效应的实验实现发起冲击。

既然选择了远方，便只顾风雨兼程。面对物理学界的“珠穆朗玛峰”，薛其坤内心没有半点退缩，他选择勇往直前。在他看来，在科学的道路上，有时候就是要打破常规，突破习惯性思维，另辟蹊径，才能看到不一样的风景。

薛其坤的团队用来实验的样品，是用原子一层一层铺上去的，只有几纳米的厚度，相当于头发丝的十万分之一，每制备一个都极为不易。这是一项亟须细致观察的工作，任何实验中的蛛丝马迹，都可能改变最终的结果。

4年时间里，他们前后制备了1000多个样品，经历了无数次的失败。每次失败后，薛其坤再次带领团队改进样品、创新方法。面对团队成员的沮丧，他总是鼓励大家“失败让我们丰富了认知，为我们提供了大量的新信息，这也是一种宝贵经验。”

直到2012年10月12日晚上十点半，薛其坤收到学生的短信：“薛老师，量子反常霍尔效应出来了，等待详细测量。”他回忆，自己当时压抑住内心的狂跳，立马打电话过去再三确认情况，随后迅速返回实验室，立即组织团队成员，设计出几套方案，部署下一步实验。在经过两个月的集中测试和不断钻研，薛其坤团队终于测试出了完美的实验数据，攻克了130多年的世界难题，被《科学》杂志审稿人评价为“凝聚态物理界一项里程碑式的工作”。

做到极致

薛其坤执着、坚韧和追求卓越的性格源自于青少年时期艰苦生活的磨砺。1963年12月，他出生于山东省沂蒙山区的一个小山村。生活的艰辛让他小小年纪就成为家中干农活的主力。在这种环境中长大，他在和贫困、饥饿，以及落后的生活条件做斗争的同时，更加渴望着用知识改变自身的命运，打开一扇通往山村之外的大门。

匮乏的物质条件并没有阻挡住薛其坤成为一名伟大科学家的壮志雄心。17岁那年，他的努力得到了回报——正式成为山东大学光学系的一名新生，开启了一段全新的旅程。大学毕业，薛其坤被分配到曲阜师范大学做物理老师，这在当时是一份让人羡慕的“铁饭碗”。但是他并不满足眼前平淡却安稳的现实生活，他没有忘记自己少年时成为一名科学家的梦想。要成为一名科学家，就势必要继续深造，进行更深入的学习和实践。薛其坤尝试过两次研究生考试，第一次高等数学得了39分，第二次物理又得了39分，这两次失败的打击对于他而言可谓是巨大的。不过，在顶着各方压力第三次备考时，他终于通过了考试，进入中国科学院大学物理研究所凝聚态物理专业学习。

三次考研的经历让薛其坤更深刻地自省，他明白，自己并不算绝顶聪明，能获得阶段性的成功更多是靠着天道酬勤的干劲和抗挫折击打的韧劲。“无论是学习，还是做科研，都需要长期的扎扎实实的实干，在每一步攻关之中都做到极致。做学问和做人一样，一定不能作假、不能打折扣，必须要踏踏实实走好每条路。”薛其坤很早就明白了其中的道理。

读博期间，在导师陆华的推荐下，薛其坤得到了一个中日联合培养的机会，到日本东北大学金属材料研究所留学。这是日本最古老的大学附属研究所，也是研究物理的学子们心之向往的殿堂。但是随着飞机一落地，困难便扑面而来。最大的问题就是语言关。薛其坤不会日语，初来乍到，完全跟不上节奏。实验室里听不懂导师的指令，别人做实验的时候，他只能怔怔地看着，总比别人慢一拍，为此常常受到导师的批评。

导师樱井利夫以严谨和严格闻名，他的实验室号称“7-11实验室”，这是因为樱井利夫要求他的团队成员一周工作6天，早上7点来实验室，晚上11点之前不许离开。薛其坤初到日本的记忆，每天就是3件事：吃饭、睡觉、搞科研。有时候困得坐在马桶上就睡着了。

有一次，导师要求薛其坤花3天的时间，把数万个螺丝钉按照分类摆放整齐。起初，薛其坤很难接受，觉得“这是在侮辱我”，但冷静下来他意识到，这恰恰是导师在磨炼他追求极致的态度——这是科学最需要的态度。

从此，薛其坤每天第一个到实验室，最后一个离开。渐渐地，导师的话能听懂了，实验仪器也会操作了。做实验看似是简单重复，但实际上每一步都是变化的，有意外，也有惊喜和收获。“大量学习积累和实践才能拥有比较好的科学直觉。”这种看上去“结硬寨，打呆仗”的笨方法却让薛其坤在不知不觉中成为了团队里进步最大、成长最快的学生之一。他最终在世界顶级学术期刊上发表论文，他的科研成果成为了樱井利夫实验室近30年最有突破的科研成果。

尽管身处国外，但薛其坤时刻关注着国内物理学领域的发展，一心想把在日本汲取的先进知识带回中国。1999年，他入选中国科学院“百人计划”，在“7-11实验室”工作8年之后毅然放弃日本优渥的条件回国，受聘中国科学院表面物理国家重点实验室主任。2005年，薛其坤加入清华大学物理系，同年成为入选中国科学院院士那一批人中最年轻的一位。

功成名就之后的薛其坤仍然坚持着在日本的作息时间，至今已经20多年。他对学生在学术上的要求也如同当年日本导师对他一样严格，从扎扎实实的基本功训练抓起。“写报告，一个标点符号的错误，我也会挑出来；操作仪器，是顺时针还是逆时针，要做到闭着眼睛都能操作无误才行。”薛其坤笑了，“找茬”的目的自然不是为了责罚，“那是因为研究科学问题来不得半点马虎，只有平时严谨极致，才能培养出优秀的科研作风。”

用功譬若掘井

面对全球的竞争，谁拥有更多更好的人才，谁就能在竞争中取得主动，赢得未来。行业如此，国家也是如此。薛其坤始终把人才培养看作是科学长远发展的一项重要工作。2020年11月，他出任南方科技大学（以下简称“南科大”）校长，完成了由一名科学家到一校之长的角色转变。

作为在中国高等教育改革发展时代背景下创建的一所高起点、高定位的公办新型研究型大学，南科大被誉为“中国高等教育改革试验田”。薛其坤马不停蹄地展开了一系列的改革措施，调整了科研模式和人才培养模式；提出“南科大2035之问”；打造南科大“三大发展战略”；打造“专业+通识”“书院+院系”“科教+产教”培养机制，等等。

作为以理工见长的创新型大学，薛其坤主导的南科大尽最大努力鼓励从0到1的源头创新。他表示，做基础研究就相当于打地基，不光鲜，不亮丽，却承载着整个大楼的稳固和挺拔。而基础研究最大的特点就是不确定性，取得突破需要长期的投入，甚至“没人知道哪天能实现”。所以，薛其坤特别提出科研不能简单只以结果为评价导向，不能把评价变成一把庸俗的“尺子”，像数产品一样用量去衡量。

为了进一步改善评价机制，培养良好的科研氛围，让年轻人可以静下心来从事基础科学研究，展开长期的科研探索，南科大采取了比较灵活的长聘、准聘制度，为青年教师匹配独立的实验室，以及与其他有经验的教师同样的研究生资源和科研经费，为他们独立开展科学研究提供舞台，因此吸引了众多优秀的年轻学者。

曾国藩曾经说过：“用功譬若掘井，与其多掘数井而皆不及泉，何若老守一井，力求及泉，而用之不竭乎！”薛其坤也把做科研视为打井取水，挖开表面松软的土壤之后，下面可能是坚硬的岩层，这个时候便是考验人的关键时刻，要学会如何应用各种工具和方法，坚持挖下去，才有可能涌出甘甜的泉水。切忌一遇到困难，就更换地点，浅尝辄止，结果只能是日复一日、年复一年，即便挖遍了整座山岗，到头来还是只能临山羡泉，无水可喝，难以成功。

薛其坤便是这样一位果敢而坚毅的挖井人，绝不轻言放弃。在他看来，各种“坎坷”也是人生中一种必不可少的历练。只要自己认准的事情，坚持一条路走下去，每天有所进步，就肯定能积累出更大的成果，最终到达目标。

“科学发现可以是偶然的，但是偶然的背后是无数次必然的努力。希望更多的年轻人能够享受科研的兴趣，从事具有挑战性的科研工作。”薛其坤对年轻一代充满了期待。在一档中央电视台的访谈节目中，他动情地憧憬：“如果我们十几亿人中的每一个人都在非常努力地追求极致，中华民族的伟大复兴不就不远了吗？”

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