薛其坤：考研物理得过39分的院士

文/刘辛味 摄影/张星海

个人简介：

中国科学院院士

清华大学副校长

第八届中国青年科技奖获得者

如果不是2019年“量子反常霍尔效应的实验发现”获得本年度国家自然科学奖项中的唯一的一等奖——杨振宁先生评价为“诺贝尔奖”级的科学发现，公众可能还不知道薛其坤有多厉害。

也许绝大部分人还是不清楚这位科学家到底做出了什么，只知道他是《朗读者》中“最高智商嘉宾团”的一员。正是走进节目的荧屏，走进记者的采访，一个科学家才能在公众面前展露出徜徉在科学世界的快乐。

读书时候并不喜欢实验，更爱踢球

在薛其坤堆满资料的办公室的一张桌子上，摆着他提的字， “勤奋、乐观、团结”，不大的相框中“结”字只露出一半，或许这里隐含着科学人在条件不足下的坚持，这就是薛其坤的人生写照。

对于我国的青年科技工作者来说，有一项奖励最能证明他们的努力与成就——中国青年科技奖。这项最初由钱学森提议设立的奖项至今已经评选出近千名获奖者，他们大多数现在活跃在国际舞台，科研成果斐然，也有许多获奖者承担了更多管理工作，大学校长中不乏他们的身影。而薛其坤也是其中一员，他是第八届中国青年科技奖获得者。

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把一棵树从中间劈开，凳子是自己从家带来的。这个年代的中国科学家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作出伟大贡献的科学家，加之1978年喊出了“科学春天”的口号，他们本能地对科学有了向往，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”。

但如今已是国际知名的实验物理学家的薛其坤，读书时并不喜欢实验。“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，而且做实验后写得报告自我感觉很好，却没有好成绩，对我也有点打击。”不过这并不是真正的原因，薛其坤接着娓娓道来，“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。4点半是足球时间，如果5点钟还没做完实验，会觉得十分厌烦。”

很难想象这位身材瘦削，整日埋头于实验室的科学家也曾是运动健将，还是当时《足球报》的读者，期期不落。运动确实是薛其坤的爱好，也许正是这些爱好练就了强健的体魄，为“7-11”的生活节奏打下了良好基础。后来他还把中国科研的方向和目标，比作追求足球、篮球这样世界运动的第一，不是自娱自乐的小打小闹。

因为两个39分“出名”的院士

从山东学生眼中的最高学府山东大学毕业后，薛其坤被分配到了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”。轻松的代价就是两次考研失利，众所周知的两个39分，第一年高等数学39分，第二年普通物理39分。

“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，总是往好处想。”薛其坤觉得，艰苦的生活条件磨练了他的意志，培养了他乐观的性格，没有过不去的坎。

经过查漏补缺，薛其坤在第三年如愿考上了中科院物理所。在物理所学习了一年多后，薛其坤才找到了自己的研究方向。“那时候发现自己在理论方面没有特殊的才能，所以基本想法就是学习做实验。”那些当时看起来“高大上”的实验仪器更吸引这位山村出来的学生，而他最终选择导师也是有戏剧性的，薛其坤走遍了物理所的实验室，“我到陆华老师的实验室看这里的实验仪器最先进，就没有考虑其他的。”

从此，薛其坤开始了他的表面物理科研之路。硕士毕业后，薛其坤继续选择读博。从国际视角来看，读硕士时实验室内的科研仪器已经不再高大上，还经常出问题，薛其坤的科研进展不顺利。在读博士一年半后，恰好导师陆华教授与留学时的同学关系很好，得到了一个与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。导师就决定让薛其坤到日本去。即使语言不通，薛其坤也很乐意出国长长见识，接触更好的实验设备。

“7-11”不是唯一的科研创新途径

说起薛其坤在日本的经历，无法不提及他的“7-11”生活。实验室的规矩：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，加上自己不懂日语，薛其坤闯进这样的高压环境，让他过得非常痛苦。本来还打算能在日本多转转的薛其坤，连自己科研所在的仙台市都没怎么游览过，只有“吃饭，睡觉，做科研”三件事，彻底告别了过去喜欢的足球、武侠小说等娱乐活动。

“困啊，真困，在马桶上都能睡着”，回忆那段磨人的日子薛其坤笑着这样说。他想离开实验室，想回国，想家，“当时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”。这里也有作为中国人的决心，长途电话里听到自己儿子背诵的我是中国人的课文，为国人争口气是朴素的想法。薛其坤说，自己那个时候已经到了能冷静思考的年龄，所以在几乎忍受不了时，通过思考会冷静下来。

不为人知的是薛其坤在那时候没有经费问题，薛其坤表示即使自己的奖学金不是导师给的最多的，合算下来一个月的补助相当于国内一年的工资，能让他安心搞科研。

薛其坤坚持了下来，科研进展慢慢变得顺利，成为实验室中的得力干将，导师严谨治学的科研态度让薛其坤得到了充分的锻炼。后来成果日渐增多，但这样的习惯又延续了20余年，让他从“7-11”博士变成了“7-11”院士，薛其坤真正享受“7-11”科研生活。

薛其坤承认，“7-11”只是科研方式的一种，并不适合所有人和所有的专业。

“这样一种非常高强度的工作，只是科研创新模式的一种，比如做理论物理可能这样的方式就不一定合适。”薛其坤认为“7-11”的方式是把实验技术达到极致的体现，“做实验物理当然需要充足的时间去思考科学问题，激发灵感，但真正要在实验上达到自己的想法，就需要精益求精，追求极致的精神。”薛其坤和他的团队就是在这样的精神下，把实验做到了极致，让别人无法改进的地步，这也是他认为他们能最先实验验证量子反常霍尔效应的原因。

回国效力，大奖拿到手软

在日本工作两年后，薛其坤前往美国北卡罗来纳州立大学做了一年访问助理教授。这一年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报告，那时他在表面物理领域已经做到了世界最前沿。这类研究需要用到隧道扫描显微镜、高/低能电子衍射、光学探针等技术上研究各种金属、半导体表面晶体结构、物理效应和化学性质。虽然不及精密加工，但无一不是需要踏实的实验工作，脚踏实地的他渐渐开始在国际舞台上崭露头角。

薛其坤终究还是想要回国的，但需要一个契机。1999年，薛其坤通过中科院“百人计划”回国正式加入物理所工作，时年9月，他已成为了表面物理国家重点实验室主任。

薛其坤的科研成果累累，各种奖项也随之而来。2004年，薛其坤获得了中国青年科技奖。薛其坤回忆，这是在超导领域发现了纳米尺度效应，也是第一次定量的把纳米尺度效应引入到超导薄膜的性质调控，调控精度达到了一个单原子层的程度。“在当时国际上是一个非常有意思的科学进展，尤其在传统超导领域，将超导和纳米科学结合在一起，我当时向温家宝总理汇报了这一成果。”

虽然薛其坤多次获得过大奖，但这一次对他来说仍是记忆犹新的， “当时没有任何期待，也对奖项不是很了解，因为那个时候只专注自己的科研，得奖感觉就是一个神话，所以感觉非常振奋，更加激发了我研究科学的热情，增强了战胜困难决心！”薛其坤表示，“作为一个刚步入独立科学研究的年轻人，需要一个这样的鼓励特别是国家的荣誉。因为他最清楚青年科研工作者最需要肯定，来自同事的肯定、老师的肯定、长辈上级的肯定，特别是到了国家层面，每一次都对他们的工作起到推动作用，设立更高的理想。

薛其坤认为中国青年科技奖的设立对青年科学家不仅是荣誉和鼓励，同是也起到了文化建设的作用，“因为是国家设立的奖项，会引领社会崇尚科学，追求科学，尊重科学”。

2019年1月8日，2018年度国家科技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的唯一的一等奖。这是薛其坤在读书时候就知道的奖项，在做出这项成就之前，薛其坤从未奢望过得到这一奖项。但是他后来已经有了自信，“随着科学研究的进行，尤其到了我们的实验经过国外一流大学验证后，我有信心自己会走进人民大会堂，从总书记手上接下奖状”，薛其坤笑着说，“不觉得突然。”

薛其坤还获得了首届民间科学奖，奖金高达100万美元，被认为是中国诺贝尔奖的“未来科学大奖”物质科学奖，表彰他利用分子数外延技术发现量子反常霍尔效应和单层铁硒超导等新奇量子效应方面做出的开拓性工作。“我是‘腰缠万贯’的科学家”，薛其坤风趣地说。

△分子束外延-扫描隧道显微镜联合系统

薛其坤对超导应该算是外行，2008年后就对这项研究非常感兴趣，但因为他此前不在这方向工作，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。这正是他获得“未来科学大奖”的获奖理由之一。

其实早在实验上发现量子反常霍尔效应之前，薛其坤在2005年，不足42岁时就成为院士，是中科院最年轻的院士之一。这与他几年积累的科研成果是分不开的。往年的报道中总会提及他的论文数量，被引数，几年下来逐年增高，至今已经超过450篇，引用量超过16000次，着实的科研大牛。

量子反常霍尔效应，“必然”的实验证明

当他决定向量子反常霍尔效应进军时，并没有想做出实验验证的雄心壮志，“这一领域，2005年在国际上开始兴起，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，在经过一段努力后，我们才开始设立科学目标。”不成功，薛其坤也想到过，他却认为即使没有摘到山顶的樱桃，沿途的花草美景也都是成果，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。

因为绝大多数人不理解这一效应，薛其坤和他的团队成员也经常科普，而且还得拿“学以致用”说事，为了让大家听懂，薛其坤常用高速公路上的汽车来比喻：量子霍尔效应是在非常强大的磁场下让物质中的电子有规则的运动，就像高速公路上的汽车，而量子反常霍尔效应就是不需要加入这个强大的磁场来达到相同的效果。由于导体中自由电子的运动无规则，还会经常发生碰撞，如果在电子元器件中就会消耗更多的能量，而如果利用量子反常霍尔效应来制造电子元器件就会大大减少能量的消耗。

实际上，物理学家并不总能解决如何“用”的问题，而是更热衷于探索自然的发现，2008年华裔物理学家张首晟提出了在磁性掺杂的拓扑绝缘体中实验量子反常霍尔效应的方向，引发国际竞争。

“要找到这种材料，好比要求一个运动员具有刘翔的速度、姚明的高度和郭晶晶的技巧，在实际的材料中实现其中任何一点都具有相当大的难度，而要满足这三点对实验物理学家来说是一个巨大的挑战”， 薛其坤清华大学团队的王亚禹教授如此形容实验的巨大难度。

四年时间，清华大学和物理所的青年团队在薛其坤的领导下，用了5套精密实验仪器，先后20多个学生参与实验，在极低温输运测量装置上成功观测到了量子反常霍尔效应。

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中，学生发来，“薛老师，量子化反常霍尔效应’出来了，等待详细测量。”两个月后，完美的实验数据出现，最终实验结果发表在《科学》杂志上，引发了世界关注。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。

多年来的实验会让学生们急躁，他们面临毕业，团队里绝大部分的学生未来也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。”

薛其坤自豪地说，“我在学生心中的形象应该是蛮好的，他们愿意听你的鼓励，我也会举自己和一些世界著名科学家的经验”。

在实验结果出来之时，也有一定偶然性，就是在一切理论、试验样品都做到极致的时候，结果依然没有出来。他们为了保护样品要在运送时加一层膜，而就是那次偶然的原因没有加上膜，最终成功验证量子反常霍尔效应。

薛其坤认为，这其实是追求极致过程必然的结果，“天道酬勤，在所有错误都尝试过之后，最后走向成功，这就是追求极致的最大的回报。”

（中国科协网原创）