北京市突出贡献中关村奖获得者薛其坤:为国家谋科学,为人民谋幸福,为民族谋复兴

信息来源:全国科技创新中心      发布时间:2020-09-14

  9月10日,2019年度北京市科学技术奖励大会召开。与往年不同的是,今年首次增设了人物奖,即突出贡献中关村奖、杰出青年中关村奖、国际合作中关村奖。其中,突出贡献中关村奖为北京市科学技术最高奖,是北京科技界的最高荣誉,北京量子信息科学研究院院长、清华大学副校长薛其坤荣膺了这一奖项。

  作为获奖代表发言时,这位潜心科研的科学家掷地有声地表达了对科技和祖国的浓浓深情:“每当听到我国取得新的重大科技突破时,我都会感到无比的兴奋和自豪!我内心始终有一种信念,那就是中国的科学家一定要不负使命,倾其一生,为国家谋科学,为人民谋幸福,为民族谋复兴!”

  读书的时候曾经不喜欢做实验

  如果不是实验证明量子反常霍尔效应,公众可能还不知道薛其坤是谁。也许绝大部分人还是不清楚这位科学家到底做出了什么,只知道是被杨振宁先生评价为“诺贝尔奖”级的科学发现。但看过央视《开讲啦》《朗读者》的观众一定会记住这个操着山东口音,为大家讲述自己故事的科学家。

  薛其坤1963年出生在山东省沂蒙山区的一个小村庄,物质条件匮乏,小时候上学的课桌就是从中间劈开的一棵树或者水泥板做成的,凳子是自己从家带来的。那个年代的中国人似乎都有一个共同的特点:他们虽然接触信息有限,但都会从课本中知道为人类作出伟大贡献的科学家,加之1978年喊出了“科学春天”的口号,因而本能地对科学有了朦胧、朴素的向往。用薛其坤自己的话说,“当一个科学家多么伟大”。但真正成为科学家,尤其是杰出的科学家并不是一件简单的事,“对专业没有任何想法,能上大学就行”才是当时薛其坤内心的真实写照。

  贪玩的薛其坤在中学时代成绩不错,老师认为他能考上大学。对于一个山东人来讲,去本省最高学府山东大学是很自然的选择,最终薛其坤被光学系激光专业录取,成为让全家人骄傲的大学生。

  对于在光学系读书这件事,薛其坤表示一方面是因为当时国家发展激光相关研究,诞生了当时的专业建制,另一方面是因为自己当时信息匮乏,阴差阳错就进到这里开始了大学生活。

  比较出人意料的是,如今已是国际知名实验物理学家的薛其坤读书时并不喜欢做实验。“应该说我更愿意学习课程内容中的理论,对实验不是特别感兴趣,而且做实验后写的报告自我感觉很好,却没有好成绩,对我也有点打击。”不过这并不是他不喜欢做实验的真正原因,“很重要的原因是实验一般是下午做,有时一做一下午,耽误踢球。”他很实在地表示,4点半是足球时间,如果5点钟还没做完实验,就会觉得十分懊恼。

  很难想象这位身材瘦削,整日埋头于实验室的科学家也曾酷爱运动。他还说自己当时是《足球报》的读者,期期不落。也许正是对运动的热爱练就了他强健的体魄,为以后夜以继日的高强度攻关节奏打下了良好的基础。

  毕业后,薛其坤被分配到曲阜师范大学做助教,平时就是给学生判作业,帮助答疑,“我的工作相对来说非常轻松”。轻松的代价就是考研失利,得到了现在广为流传的两个39分:第一次高等数学39分,第二次普通物理39分。

  不过,这两个39分的负面影响极其有限,他回忆道:“当时没考上,心情确实不愉快,但时间很短,因为我本人很乐观。”也许是艰苦的生活条件磨练了他的意志,培养了他乐观的性格,总之,他一直觉得没有过不去的坎。

  告别娱乐,在国际舞台崭露头角

  经过查漏补缺,薛其坤在第三次如愿考上了中国科学院物理研究所。在物理所学习了一年多后,他找到了自己的研究方向,开始了表面物理科研之路。

  在读博士一年半后,薛其坤有了一个接受日本东北大学金属材料研究所联合培养的机会,这是日本最古老的大学附属研究所,即使语言不通,他也很乐意出国长长见识,接触更好的实验设备。

  但薛其坤不知道,这个实验室有着铁一般的规矩:早晨7点到实验室,晚上11点离开,全员遵守,不得违反。

  虽然薛其坤在去日本前就知道那里管理严格,但他怎么也没想到自己的导师樱井利夫会是连标点符号错误都会严厉指出的人!导师的严厉加上不懂日语的不便,让薛其坤从宽松的环境直接进入了高压环境,过得非常痛苦。原本打算在日本多转转的他,最终连自己大学所在的仙台市都没怎么游览过,生活中只有“吃饭,睡觉,做科研”三件事,彻底告别了过去喜欢的足球、武侠小说等娱乐爱好。

  “困啊,真困,在马桶上都能睡着”,回忆那段磨人日子的薛其坤笑着说。他承认自己当时很想离开实验室,想回国,想家,“那时候也没有排解消遣的方式,只能靠自己反思,要不断朝好的方向想,辩证地去想”。所幸那个时候他已经到了能冷静思考的年龄,所以在几乎忍受不了时,能通过思考冷静下来。

  这里也有作为中国人的决心在起作用——在长途电话里听到儿子背诵《我是中国人》的课文时,他很想为国人争口气。

  最后,薛其坤坚持了下来,科研进展慢慢变得顺利,成为了实验室中的得力干将。在日本留学期间,他因为出色的研究成果受邀第一次在美国物理学会年会上作了邀请报告,渐渐开始在国际舞台上崭露头角。

  回首来路,导师严谨的科研态度让薛其坤得到了充分的锻炼。他将这样的习惯延续了20余年,在高强度的攻关过程中取得一个又一个成果,并且真正享受这种科研生活。

  坚持不懈,发现量子反常霍尔效应

  薛其坤终究是想要回国的,但需要一个契机。1999年,这个契机终于来了——他通过中科院“百人计划”回国,正式加入物理所工作。时年9月,他已成为表面物理国家重点实验室主任。

  当薛其坤决定向量子反常霍尔效应进军时,并没有想做出实验的雄心壮志,因为这一领域2005年才开始在国际上兴起。但是,追求科学前沿是一个优秀的科学家和学生必然选择的方向,在经过一段时间的努力后,他们正式开始设立科学目标。“会不会不成功?”这个问题薛其坤也考虑过,不过他认为即使没有摘到山顶的樱桃,沿途的花草风景也都是收获——在最终成果出来之前,他们也确实发现了一些新的物理现象。

  薛其坤永远不会忘记2012年10月12日晚上10点35分的那条短信。当时他刚从实验室回到家,学生发来短信:“薛老师,量子化反常霍尔效应出来了,等待详细测量。”

  接下来几天做实验的心情,团队成员用了“诚惶诚恐”这个词来形容。25800欧姆,所有人期待着这个标志性数值的出现。数据不停地跳动着,15800、20000、25800!数据停住了!

  世界量子物理学将记住这一刻——在美国物理学家霍尔于1881年发现反常霍尔效应130多年后,人类终于实现了其量子化。

  量子反常霍尔效应的特征性行为顺利得到验证:材料在零磁场中的反常霍尔电阻达到量子电阻的数值并形成一个平台,同时纵向电阻急剧降低并趋近于零。

  结果揭晓当天,薛其坤带了两瓶香槟与团队合影,留下了这珍贵的回忆。这天,离2008年10月实验开始已经过去了整整4年。

  2013年3月15日,《科学》杂志发表了一项物理学界的重大成果——薛其坤领衔的团队在实验中首次发现量子反常霍尔效应。后来,包括美国和欧洲的顶级团队都按照薛其坤的方法证明了实验结果,这才让这一百多年来的“霍尔效应”又添上了浓墨重彩的一笔。 

《科学》杂志发表了一项震惊物理学界的成果——薛其坤领衔的团队在实验中首次发现量子反常霍尔效应。

  荣誉加身,只当作新的起点

  薛其坤的科研成果累累,各种奖项和荣誉也随之而来。2017年,他获得了首届未来科学大奖物质科学奖,这是中国大陆第一个由科学家、企业家群体共同发起的民间科学奖项,奖金高达100万美元,被认为是中国诺贝尔奖。“我是‘腰缠万贯’的科学家”,薛其坤风趣地说。

  2019年1月8日,2018年度国家科学技术奖励大会上宣布薛其坤团队以“量子反常霍尔效应的实验发现”获得了本年度国家自然科学奖项中唯一的一等奖。

薛其坤获得首届民间科学奖——未来科学大奖

  2020年,他又获得了国际纯粹物理和应用物理联合会颁发的2020年度低温物理领域的菲列兹·伦敦奖。这是1957年该奖项设立以来,首次颁发给中国的科学家。

  而薛其坤并没有留恋种种荣誉,他早已投身于新的工作。自2017年12月起,他就担任北京市新型研发机构——北京量子信息科学研究院的院长,在北京全国科技创新中心的建设、人才培养和国际学术交流等方面贡献自己的力量。

  如果说量子反常霍尔效应的实验发现是重大科技创新的话,那么量子院的建设就是重大制度创新的探索。薛其坤郑重表示:“我们的使命就是发挥新型举国体制优势,探索‘重大目标导向、关键任务分解、政产学研协同、国防民用融合、专职兼职并举、引才育才兼顾、权利利益共享’的管理运行模式,目标就是要把量子院建设成为中国量子信息技术的核心基地,成为量子信息领域的国家战略科技力量。”

  薛其坤知道,要想实现这个目标,除了他本人的努力之外,最重要的就是培养专业人才队伍。而现实情况是,数年如一日的实验会让学生们急躁,他们面临毕业,绝大部分团队的学生未来也将从事相关领域的科研工作,没有一个学生想掉进“大坑”。但薛其坤的鼓舞让他们都坚定了信念,团队的其他老师也与学生站在同一战线。薛其坤说:“做这种有挑战性的实验,压力大是一种常态,没有任何结果的话,实际上心情非常不好。作为导师和长辈,首先就要在精神上给予他们鼓励。”

  他自豪地表示:“我在学生心中的形象应该是蛮好的,他们愿意听我的鼓励,我也会给他们举自己和一些世界著名科学家的例子。”

  “吃苦耐劳、非常勤奋”

  在绝大多数报道中,3次考研、7年博士之路似乎总会让人觉得薛其坤非常励志,也更加接地气。但事实上,他有非常好的物理天赋。“在工作方面,我想提到薛教授最多的是勤奋,但实际上我认为他的物理直觉非常好,在学术方向上判断很准,而且这样的物理直觉不仅仅是经过长期研究获得的,而是有物理天分在里面。”清华大学王亚愚教授说。

  王亚愚与薛其坤合作多年,最让他佩服的是薛其坤喜欢去拓展新的领域,尽管这个领域会遇到很多困难,也有很多行家,但薛其坤愿意尝试,还能给新的领域带来新的想法,有他个人特色的想法。

  王亚愚说,薛教授其实很喜欢高温超导方面的研究,这是世界公认的科学难题。“原来他对超导应该算是外行,2008年开始对这项研究非常感兴趣。而且因为他此前不在这个方向工作,反而带来了他的研究方法和手段,比如用分子束外延的方法来制备高温超导的样品,再去研究它。”这正是薛其坤获得未来科学大奖的理由之一。

  薛其坤承认自己感兴趣的研究方向很多,但依然要做理性判断,“每年、每个月甚至每天你都有可能想到或者了解到有意思的课题,但每一个科学家都有自己的学术专长,特别是优秀的科学家,应该有实事求是的精神和更加深刻的学术判断。”

  薛其坤不承认自己是天才,他常说自己“不算绝顶聪明,但吃苦耐劳、非常勤奋”。大方向找对了,再加上坚持不懈的努力,才让他有了今天的成就。

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