薛其坤说,他的心中有许多“责任”,这些责任是具体而又多维度的。为着这些责任和使命,他乐于整日待在实验室里做研究;乐意从大学讲台到小学课堂,为孩子们做科普、讲科学;也愿意抽出时间去世界各地作学术报告。
“我希望在孩子们的心里,科学家是有趣的、体面的、鲜活的,这样才会有更多年轻人愿意从事科学研究的工作;我希望中国科学家是开放的、有使命感的,我们有意愿、且有能力为世界科技的发展和人类文明贡献力量。习近平总书记说,我们坚持融入全球科技创新网络,树立人类命运共同体意识,深入参与全球科技创新治理,主动发起全球性创新议题。每一个科研一线的工作者都应该是践行者。”在清华大学物理系的办公室里,薛其坤向科技日报记者讲述着他作为科学家的“光荣和梦想”。
2019年开年之际,中科院院士薛其坤领导的清华大学、中科院物理所实验团队完成的“量子反常霍尔效应的实验发现”被授予2018年度国家自然科学奖一等奖。这一奖项意味着在过去几年里,薛其坤研究团队在量子材料的研究中取得一系列国际领先的科研成果,获得了学界的高度肯定。
时间回溯到2013年,正是这项研究的一个关键的节点。3月15日《科学》杂志发表文章,宣布由薛其坤院士领衔的清华大学物理系和中科院物理所联合组成的实验团队,从实验上首次发现量子反常霍尔效应,这意味着量子霍尔效应物理领域一个期待已久的重要现象已经被中国科学家率先观测到。
“量子反常霍尔效应”,这是一个大多数人听不懂的名词。然而,它却让微观世界的奇妙现象转换到宏观世界中成为可能。在微观世界里,在不需要强磁场的情况下,电子可在各自的跑道上按规则有序地、一往无前地奔跑,如果这些现象能在宏观世界得到实现,那么存在于我们神话传说中的穿墙而过、永动不停或将成为可能。
“我们最早是在国际学术会议中了解到量子反常霍尔效应的理论进展的,当时科研直觉告诉我这是一个很重要的研究方向,回来便跟团队商量着手进行相关的实验”,薛其坤每每回忆起这些往事,都会跟年轻人们强调了解前沿科学的重要性和科研判断能力的关键意义。
2008年前后,华裔物理学家、斯坦福大学的张首晟教授等理论物理学家提出了用磁性拓扑绝缘体实现量子反常霍尔效应的方案,从理论上提出这一材料实现量子反常霍尔效应的可能性,但能否在实验中发现它还是未知数。作为长期从事量子物理研究的科学家,薛其坤认识到,这是一个非常值得在中国进行深入探究的领域。从那时起,他和团队就展开了对拓扑绝缘体中新奇量子效应的实验研究。
从2009年起,薛其坤院士领导的实验研究团队与清华大学、中科院物理所、斯坦福大学的研究者合作,对量子反常霍尔效应的实验实现进行攻关。他们试验了1000多个样品,一步步克服了重重障碍,终于找到一种叫做“磁性拓扑绝缘体薄膜”的特殊材料,并从实验中观测到“量子反常霍尔效应”。
薛其坤说,从科学研究的角度看,发现量子反常霍尔效应是下一程科学研究的开始,因为科学探索的道路从未停止。他告诉科技日报记者,之前量子反常霍尔效应是在接近零下273摄氏度中实现的,要想真正实现应用,就需要把温度往上升,所以现在团队正在从这个方向上进行新的实验。
就在刚刚过去的6月底,薛其坤和其他几位科学家一起去了欧洲几个国家。这段行程异常忙碌,每到一处,学术报告、交流、讨论都是满满当当。但薛其坤说,他很高兴,“因为这是中国科学家对世界科学发展的一点贡献”。
这对薛其坤来说,是乐趣也是使命。薛其坤说,自己敬仰那些科技报国的科学家,也认同“科学家的使命在于让国家更加强大”,但是除此之外,他希望中国科学家以更开放的、更有责任感和使命感的心态为世界科学的发展、为人类文明的发展贡献力量。
他说,科学家当然要求真务实,要爱国敬业,但是在这之外我们应该有更深远的责任和广阔的胸怀。正因为如此,中国科学家才要加倍努力,多出原创科学成果,引领世界科学技术发展。
当清华大学副校长薛其坤三战考研的时候,他没想到自己能在41岁时成为中国科学院最年轻的院士之一;当薛其坤花了七年才拿下博士文凭的时候,他也没有想过有一天会出任清华大学的副校长。
他一直挂记在心、念念不忘的,只是多年前的那个山东放牛娃对“科学家”最朴素的敬仰与钦羡,和少年时代最懵懂的畅想与希望。
1
三战考研,沂蒙山走出的“大先生”
薛其坤出生于山东省临沂市蒙阴县的一个农村,儿时家里穷,农忙时不上课,父母平时都忙着下地种田,没时间管孩子读不读书。
就在这样的成长环境下,薛其坤顺利考进了山东大学。大学毕业后,他被分配到曲师大物理系,一心想报考哈工大的研究生,第一年考研,高等数学只考了39分。
薛其坤毫不犹豫选择二战,两年后,报考中科院物理所。第二次考研,大学物理只得了39分。二次失败,流逝的也许不仅仅是年华,还有机遇也未可知。
连续两次落榜,对他的心理打击非常大,周围人也劝他别固执,薛其坤没有踌躇和犹豫,他仍然走下去,选择三战,终于考入中科院物理所。
其实,一次失败后,有多少人会选择二战?二次失败后,有多人敢于第三次尝试?有时候我们不禁要扪心自问:
你对于你的理想,有多少热爱,可以经得起再三的挫折与考验?没有成功的日子里,你会觉得自己在蹉跎岁月,还是厚积薄发呢?你会觉得自己是在豪赌,还是在脚踏实地地砥砺前行呢?
直到几年后,奔赴日本的仙台东北大学研究所读博,薛其坤的科学家之路才发生了关键性的转机。
“转机”实际上是新的考验。一个人身赴异国,语言不通,没有朋友,家人隔海,一切好像要从头再来。可博导樱井利夫治学极其严格,在他外号7-11的实验室里,薛其坤一周要工作6天,7点来实验室,11点之前不许离开——时间不可误,风雨无可阻。
薛其坤说,“那时候,每天就是三件事,吃饭、睡觉、搞科研。太困了,就坐在公共卫生间的马桶上,悄悄眯一会儿。”
薛其坤感觉异常孤单,跟家人通电话,几乎要落泪。他说一年中,会有七八个月是想放弃,想回国,想回家。
有一次,上幼儿园的儿子,在电话里给他背刚学到的课文:“我是中国人,我爱自己的祖国……”听着儿子稚嫩的童音,薛其坤忍泪振作了起来。
2
在追求极致中享受幸福
“你要想让自己真正的快乐,你必须追求极致”,薛其坤说。
在这种艰苦的环境下,薛其坤终于在读博士读到第六年的时候,开始接近小时候的梦想——实验取得了一定成果,他也开始体会到科学研究的美妙。那个放牛娃脑海里朦朦胧胧的梦想,开始变得有一点现实,有一点真切了。
1996年,薛其坤被邀请在物理学规模最大的美国物理学会年会上做报告,然而对于英语口语非常烂的年轻人来说,这是一次机遇,更是一次挑战。为了保证万无一失,薛其坤将报告模拟练习了八十多遍,最终征服了在场的国外知名教授们。
1999年,入选中科院“百人计划”的薛其坤带着家人回到了祖国。
回国后的薛其坤,已经完全像变了一个人。在接下来的20年间,他没休息过一个完整的假期和周末。每年,平均工作时间在330天以上,每天,工作时间在15小时左右,年平均工作时间,高达5000小时。
回国从教至今近十八年。他培养了十七位博士后,七十二位博士和三位硕士。
他说,除了科研,大学更重要的是对学生价值观的塑造,要尽一切可能,培养对社会有用的、正能量的人才。
薛其坤很自豪他的学生把他以前从事科研的快乐,从事科研的一些传统,传承到他们自己的学生身上。
薛其坤要求学生要不顾一切追求极致。他有一位学生,要根据几年的科研成果,写一篇非常重要的论文。收到学生论文初稿时,薛其坤一看就晕了:
“这个学生英文写作水平,居然跟我的口语一样差!”他把论文发回给那位同学,让他认真地修订10遍,每修改一次,保存一次。
没想到,第二天他就收到了学生的回邮,发现有两个存储文件,保存间隔时间才1分钟,那可是七八页的论文啊!这下可把薛其坤给气坏了。
他马上把学生叫到办公室,从语法错误,到段与段间逻辑,甚至一个词一个词带着他改。
“回去之后,你继续改,第一遍查语法,第二遍查用词,第三遍查段落间的逻辑联系,第四遍看整个行文的思路…”让学生一遍遍修改的意义在于,告诉学生对待学术要严谨,对待学术要有一颗追求至极的心。
薛其坤收弟子至少满足两个条件:第一,对学术有兴趣;第二,与人和谐相处具有协作精神。薛其坤说,自己尤其强调与人相处这一点,他认为唯有学会与别人合作、具备团队精神,才能在科研团队中有所成就。因为,每一个科研项目都是整个团队整体协作的成果。
3
人的能力虽然有限,但努力可以无穷
2013年4月10日,薛其坤带领他的团队在北京宣布,首次从实验中观测到“量子反常霍尔效应”。
在此之前,薛其坤与自己的团队,经历了四年的不断尝试与不断失败。薛其坤常常给团队打气说:“全世界都试图攻克这个难题,我们必须要抓紧时间!科学发现特别是重要发现,只有第一,没有第二,我们只有冲,没有退路!”
最终,薛其坤的团队成功了——比东京大学、麻省理工学院、维尔茨堡大学、普林斯顿大学、斯坦福大学的团队们,更早地发现了量子反常霍尔效应。
这项重大基础物理学成果,被认为“很可能引发一次信息技术革命”。将加速信息技术革命进程,掀起一阵阵科学风暴,改变一个又一个行业,乃至全人类的生活方式。
薛其坤希望在未来,自己能在有生之年解决高温超导机理这个世界性的难题。薛其坤希望在未来,科学家不再和贫困、枯燥挂钩。科学家也能成为年轻人偶像的一类。
其实,这个世界上,真正天赋异禀的人何其稀有。41岁的院士,就是常人眼中的“天才”。但薛其坤,不过是比任何人都能拼上性命的努力罢了。
才能这种东西,兴趣这种东西,一腔热血这种东西,本来就是要靠自己来挖掘、来创造的。
薛其坤常对学生说:“人的能力虽然有限,但努力可以无穷”。为了率先实现突破,薛其坤一星期工作六天,每天的科研都从早7点进行到晚11点,大家给薛其坤起了外号,叫“7-11教授”。
实验中所需的一种亮晶晶的小薄片,上面有一层肉眼看不见的薄膜,这是由原子一层一层铺上去的,只有五纳米厚,相当于一根头发丝的十万分之一。每制作一个,都极其困难。但从2008年开始,薛其坤和团队制作了上千个这样的材料进行实验。
虽然非常辛苦,但乐在其中。薛其坤说,不断看到新的实验结果,艰苦努力解开一个个谜团,取得科研上的新进展,感到非常充实和幸福。要快乐地,但是又有责任地追逐梦想。
有时候,“天才”和众生一起攀登,“天才”一步一个脚印地登顶、日夜兼程地奋进,可是在登顶后时回首,身后竟然没有一个人。这个时候,在山腰休息的人们会说,“那个人果然是天才,人比人真是不行啊。”
可是谁看到了,“天才”星夜兼程、不眠不休的辛苦呢?他仅仅是比任何人都努力,比任何人都渴望实现那个任何人都曾有过的朦朦胧胧的初心啊!