錢煒

獲獎理由

“量子反?；魻栃?yīng)”，這是一個大多數(shù)人聽不懂的名詞。薛其坤和他的團(tuán)隊(duì)卻以這個發(fā)現(xiàn)，正在興起一場實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的革命。

這個發(fā)現(xiàn)的意義，不僅僅像著名物理學(xué)家楊振寧先生評價的那樣，“是從中國的實(shí)驗(yàn)室里，第一次發(fā)表出了諾貝爾獎級的物理學(xué)論文”，更為重要的是，薛其坤和他的團(tuán)隊(duì)，讓中國科學(xué)家站在了下一次信息革命的戰(zhàn)略制高點(diǎn)上。

如今已是清華大學(xué)副校長的薛其坤，依然保留著山東人熱情好客的本色。一見到來訪者，他就張羅著煮咖啡、拿水果和糕點(diǎn)，并不時勸說，“很好吃，你嘗嘗??！”談話間，他呷了一口手里端的藍(lán)山咖啡，“這是我從國外特意買的。我就這么一個愛好，非常喜歡咖啡?！睂?shí)際上，他對咖啡的嗜好，正是泡實(shí)驗(yàn)室時養(yǎng)成的習(xí)慣。

吃苦耐勞，慷慨公正，是個公認(rèn)的好人，薛其坤的同事、清華大學(xué)物理系教授王亞愚這么評價他，“也只有薛老師才能匯聚起這么多人，能去做這項(xiàng)研究?！?/p>

王亞愚說的這項(xiàng)研究，指的是北京時間2013年3月15日《科學(xué)》雜志在線發(fā)表的那項(xiàng)重要工作——薛其坤領(lǐng)銜的團(tuán)隊(duì)在實(shí)驗(yàn)中首次發(fā)現(xiàn)量子反常霍爾效應(yīng)。這個發(fā)現(xiàn)的重要性普通人似乎很難判斷，但是從現(xiàn)年91歲的楊振寧的評價里，人們便能夠掂量出分量——在清華大學(xué)舉行的量子反?；魻栃?yīng)新聞發(fā)布會上，這位在56年前獲得了諾貝爾獎的物理學(xué)家說，“這讓我想起很多年前接到物理學(xué)家吳健雄的電話，第一次告訴我在實(shí)驗(yàn)室做出了宇稱不守恒的實(shí)驗(yàn)，這個發(fā)現(xiàn)震驚了世界。今天，薛其坤及其團(tuán)隊(duì)做出的實(shí)驗(yàn)成果，是物理學(xué)領(lǐng)域最近幾年一個重大的成果，這不僅是科學(xué)界的喜事，也是整個國家的喜事?！?h3>量子反?；魻栃?yīng)

2012年10月12日晚10點(diǎn)35分，薛其坤從實(shí)驗(yàn)室回家剛把車停好，就收到學(xué)生常翠組的一條短信，“薛老師，量子反?；魻栃?yīng)出來了，等待詳細(xì)測量?！边@是一個薛其坤等待已久的消息，他和他的團(tuán)隊(duì)已經(jīng)為此努力了4年多。他立即就撥通了常翠組的電話，詢問起詳情。作為一個富有經(jīng)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家，薛其坤并沒有喜形于色，在簡短祝賀后，他強(qiáng)調(diào)讓大家仔細(xì)測量，反復(fù)確認(rèn)，以免結(jié)果有什么差錯。

如今，這條具有歷史意義的短信已經(jīng)被薛其坤保存在電腦里。要理解他的這項(xiàng)研究，就需要從100多年前談起。

1879年，美國物理學(xué)家霍爾發(fā)現(xiàn)，在一個通電導(dǎo)體中，如果施加一個垂直于電流方向的磁場，電子的運(yùn)動軌跡將產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)，從而在垂直于電流和磁場方向的導(dǎo)體兩端產(chǎn)生電壓，這就是著名的霍爾效應(yīng)。上個世紀(jì)80年代，物理學(xué)家發(fā)現(xiàn)了神奇的量子霍爾效應(yīng)。對此，王亞愚做了個比喻：普通狀態(tài)的電子是雜亂無章的，它們無序運(yùn)動，不斷發(fā)生碰撞。而量子霍爾效應(yīng)里的電子則好像置身在一條“高速公路”上，中間有隔離帶，將兩個方向的“車流”隔開。

這也就是說，量子霍爾效應(yīng)能解決電子碰撞發(fā)熱的問題，在量子計(jì)算、量子信息存儲方面有巨大的應(yīng)用潛力，據(jù)此設(shè)計(jì)的新一代電子芯片，將會具有極低的能耗。然而，要投入實(shí)際運(yùn)用，它卻有個麻煩無法解決——需要一個外加磁場。這個磁場不僅價格昂貴，而且體積龐大，不適合于個人電腦和便攜式計(jì)算機(jī)。

這個問題，等到霍爾再次發(fā)現(xiàn)反?；魻栃?yīng)時，就有了解決的希望。所謂反?；魻栃?yīng)，即不加外磁場也可以觀測到霍爾效應(yīng)。2008年，美國斯坦福大學(xué)的華裔科學(xué)家張首晟等人提出，在理論上，可以在拓?fù)浣^緣體上實(shí)現(xiàn)反常量子霍爾效應(yīng)。這說起來簡單，實(shí)際上，能夠制作出滿足實(shí)驗(yàn)需求的拓?fù)浣^緣體非常非常難。

由于對張首晟和這個領(lǐng)域的相關(guān)工作很熟悉，再加上薛其坤最擅長的就是材料研究，2008年，薛其坤和他的團(tuán)隊(duì)就打算朝著這一目標(biāo)前進(jìn)。所謂拓?fù)浣^緣體，簡單地說，就是它的內(nèi)部絕緣，表面可以允許電荷移動。薛其坤研究的拓?fù)浣^緣體材料，只有幾個納米厚。在清華物理系的實(shí)驗(yàn)室里，記者用肉眼觀察，幾乎看不到這種材料的存在，只能看到培養(yǎng)皿里有一小片發(fā)灰的區(qū)域。“那一小塊就是我們生長的材料。”王亞愚解釋說。

這樣的拓?fù)浣^緣體，需要4種元素用一種叫“分子束外延”的方法一層一層生長起來。其中，4種原子如何配比，如何搭建結(jié)構(gòu)，都十分復(fù)雜精妙。一開始，薛其坤和他的團(tuán)隊(duì)沿著國際上其他幾個團(tuán)隊(duì)類似的技術(shù)路線去走，用了一年的時間，卻總是失敗。于是，他們果斷放棄了常規(guī)路線，開始嘗試用不同的元素和不同的結(jié)構(gòu)來生長材料。就這樣反反復(fù)復(fù)大概試了1000多次，才最終找到最佳的元素搭配與結(jié)構(gòu)。

量子霍爾效應(yīng)是一個物理上非常神奇的效應(yīng)，此前，已經(jīng)有兩組科學(xué)家因?yàn)檠芯窟@一問題而分獲了1985年與1998年的諾貝爾物理學(xué)獎。而薛其坤團(tuán)隊(duì)在實(shí)驗(yàn)中首次實(shí)現(xiàn)的反常量子霍爾效應(yīng)，是量子霍爾效應(yīng)家族里最后一個有待發(fā)現(xiàn)的重要成員。

眼下的反常量子霍爾效應(yīng)是在零下273度中實(shí)現(xiàn)的，要想實(shí)現(xiàn)應(yīng)用，就需要把溫度往上升，大概到零下200度，也就是液氮的溫度就有可能產(chǎn)生應(yīng)用了。因此，這是眼下薛其坤的團(tuán)隊(duì)在進(jìn)一步追求的目標(biāo)。

勵志人生

薛其坤的人生經(jīng)歷，可謂是“知識改變命運(yùn)”的最好注腳。對此，清華大學(xué)物理系前主任朱邦芬院士說，“其坤出生成長在貧困的沂蒙山區(qū)，少時的艱苦生活練就了他特別能吃苦的堅(jiān)韌性格。他遇到過許多困難，但總是樂觀面對?！毖ζ淅ぷ约簞t開玩笑地說，之所以要來北京讀研，是因?yàn)榧依锢щy，想在研究生畢業(yè)后能找個好工作改善生活。

在山東大學(xué)本科畢業(yè)后，薛其坤被分配在曲阜師范大學(xué)當(dāng)物理教師。盡管以“孔子故里”而著稱，曲阜在山東省并不算是經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)，曲阜師大的學(xué)生們畢業(yè)后當(dāng)一名中學(xué)教師。為了改變命運(yùn)，他和自己的學(xué)生一樣踏上了考研之路。在經(jīng)歷兩次失敗后，他終于在第三次考研時取得成功，成為中科院物理研究所的研究生。

盡管初期的求學(xué)之路走得不太順，但薛其坤一直很樂觀，用朱邦芬的話來說，“他的情商非常高”。過去的坎坷與今天的成就，竟然令薛其坤成為清華學(xué)生勵志教育的最佳案例，他常常給學(xué)生講述自己“過去的故事”。

薛其坤人生的轉(zhuǎn)機(jī)出現(xiàn)在讀研期間。受導(dǎo)師委托，他負(fù)責(zé)接待一位來訪的日本教授，當(dāng)時給對方留下了好印象。由于這個機(jī)緣，正在讀博士的薛其坤作為聯(lián)合培養(yǎng)博士生去了日本繼續(xù)讀博士。在物理所的訓(xùn)練和在日本的學(xué)習(xí)為他如今在拓?fù)浣^緣體方面的研究打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

在日本的頭一年，由于語言不通，薛其坤背負(fù)了巨大的壓力。就是從那時起，他開啟了“7—11”模式生活，即每天上午7點(diǎn)就到實(shí)驗(yàn)室開始工作，直到夜里11點(diǎn)下班。長時間的工作，也使他養(yǎng)成了靠喝咖啡來提神的習(xí)慣。

從日本回來后，薛其坤的學(xué)術(shù)之路開始走上正軌。從普通研究員做起，成為研究組組長、實(shí)驗(yàn)室主任、首席科學(xué)家、清華大學(xué)物理系主任……并于2005年當(dāng)選為中科院院士，又在今年成為“萬人計(jì)劃”中“杰出人才”的首批入選者。

不過，薛其坤向《中國新聞周刊》記者解釋說，他現(xiàn)在已經(jīng)不是“7—11”了，而是“8—12”，即上午8點(diǎn)開始工作直至夜里12點(diǎn)。這是因?yàn)?，他們所做的的量子物理?shí)驗(yàn)很容易受外界干擾，即使是外面道路上有車開過也會有輕微影響。因此，他們的實(shí)驗(yàn)往往都要在晚上相對安靜的時候開展，所以他的生物鐘也跟著往后撥了一個小時。

盡管出身寒門，薛其坤行事卻有大家風(fēng)范?！拔覀?nèi)ト毡鹃_會，薛老師拿自己的錢給學(xué)生發(fā)零花錢。他手里存不住東西，經(jīng)常有哪個學(xué)生或者同事夸他的東西好，他當(dāng)場就送給人家”，王亞愚用一種近乎驚嘆的語氣描述道。在科研中，他也是如此。“他從不強(qiáng)調(diào)自己的貢獻(xiàn)，而是強(qiáng)調(diào)團(tuán)隊(duì)，出了成果有什么獎勵，他也都盡量照顧年輕人，因此，薛老師能讓大家服他?！?/p>

如今，已成為“領(lǐng)導(dǎo)”的薛其坤除了做科研、參加各種學(xué)術(shù)交流活動、主持項(xiàng)目申報和評審，還要參加學(xué)校的行政管理工作。這一切都需要時間。對此，他用坦率的語氣說，“我正在努力尋找一個支點(diǎn)，使得我在不減少科研工作有效性的同時，在別的方面也能做出貢獻(xiàn)。但是如果有一天，我發(fā)現(xiàn)行政工作影響了科研，我想，我會毅然決然地選擇辭去?！?blockquote>簡介：

薛其坤，1963年生，清華大學(xué)副校長，中國科學(xué)院院士、材料物理學(xué)家。主要研究方向?yàn)閽呙杷淼里@微學(xué)、表面物理、低維超導(dǎo)電性等。曾獲中國科學(xué)院杰出科技成就獎、求是杰出科技成就集體獎，今年獲“萬人計(jì)劃”杰出人才獎。由薛其坤院士領(lǐng)銜的科研團(tuán)隊(duì)在量子反?；魻栃?yīng)研究中取得重大突破，是中國科學(xué)家從實(shí)驗(yàn)上獨(dú)立觀測到的一個重要物理現(xiàn)象，也是世界基礎(chǔ)研究領(lǐng)域的一項(xiàng)重要科學(xué)發(fā)現(xiàn)。