從沂蒙山到量子高峰

2024年6月24日，當薛其坤榮獲國家最高科學技術獎時，人們關注到他身上的“優越點”——年齡，他未滿61歲。從2000年頒發國家最高科學技術獎開始，直到2024年之前，獲獎人在獲獎時的平均年齡大約是83歲。薛其坤未滿61歲就獲此殊榮，實屬“年輕”。人們認為他是一個天才，可在薛其坤看來，真正天賦異稟的人寥寥無幾。攀登科學的頂峰，是關關難過關關過，薛其坤深知自己只是那個日夜兼程的趕路人。

考了兩次39分

1963年12月，薛其坤出生在山東省蒙陰縣。這里地處沂蒙山區腹地，獨特的岱崮地貌賦予這里山嶺縱橫的秀麗風光，也讓這里經歷了長時間的貧窮。薛其坤是看著父母起早貪黑干農活的背影長大的。那時，他的課桌是劈開的樹樁，連凳子都需要自己帶。

在堂兄弟的記憶中，兒時的薛其坤對待學習總是很執著。吃飯時想到搞不懂的問題，他就放下碗筷到一邊想，直到完全弄懂才繼續吃。恢復高考后的第三年，薛其坤走進了高考考場，物理滿分100分，他考了99分。這個普普通通的農家子弟被山東大學光學系激光專業錄取，由此得以走出沂蒙山區。

1984年，薛其坤大學畢業，懷著對科研的向往，他決定報考研究生。然而，第一年考研，他的高等數學只得了39分。他毫不猶豫地選擇“再戰”，這一次大學物理只得了39分。兩次39分的打擊足以讓普通人退縮，但從小苦到大的薛其坤不一樣。相反，薛其坤意識到自己在基礎知識上有欠缺，他將連續失敗視作筑牢基礎的好機會。1987年，薛其坤“三戰”終于成功，進入中國科學院物理研究所學習。

在這里，他的研究方向是凝聚態物理。這是一門研究凝聚態物質的物理性質與微觀結構以及它們之間關系的學科，而場離子顯微鏡就是進入微觀世界的眼睛。在導師陸華的帶領下，薛其坤每天至少要試做3個場離子顯微鏡的樣品針尖。幾年下來，他做了1000多個針尖，“手藝”已臻化境。不過，薛其坤沒有得出一套像樣的數據以供他寫一篇畢業論文。“因為當時的儀器設備經常出問題，我在物理所修了4年的儀器。”

1992年，薛其坤在導師的推薦下，作為中日聯合培養的博士生，前往日本東北大學攻讀博士學位。日方的聯合培養導師是櫻井利夫，在櫻井利夫的實驗室，薛其坤經受了嚴峻的考驗。

首先，是作息。櫻井利夫的實驗室被稱為“7—11實驗室”：每周6天，早上7點需到達實驗室，晚上11點之前不允許離開。困意襲來時，為了使自己能頭腦清醒地學習，薛其坤就擰自己的腿。實在頂不住了，他就跑到衛生間，坐在馬桶上打一個盹，打盹的時間不能太長，怕被別人發現。

其次，是語言。因為不懂日語，英語聽力又不好，薛其坤起初幾乎聽不懂老師們的指令。當老師們帶著其他學生一起做實驗的時候，他連碰都不敢碰，只能怔怔地看著。老師們也看不上這個語言不通的學生，薛其坤能察覺到他們對他不信任。

背井離鄉、工作高壓、語言不通、不受待見……這讓薛其坤產生了前所未有的挫敗感，但薛其坤堅持了下來。他說，自己是在沂蒙山區長大的孩子——皮實。皮實的薛其坤心里憋著一股勁：想要做出一個像樣的科研成果，給自己，也給推薦自己出國的導師一個交代。為了這個目標，薛其坤每天只做3件事：吃飯、睡覺、做科研。

一開始，薛其坤做的是“粗活”。實驗室的掃描隧道顯微鏡要求針尖既精細又穩定，購買的針尖總是不好用，薛其坤在做場離子顯微鏡研究時掌握的“絕活”就派上用場了。很快，整個實驗室都知道，他是制備針尖水平最高的學生。

在這樣嚴苛的工作環境下，接到第一個課題后一年半，薛其坤就取得了一個重要突破，這也是櫻井實驗室30年來最大的成果之一。就這樣，薛其坤成了櫻井實驗室當之無愧的科研骨干。

博士畢業后，薛其坤先后在日本東北大學金屬材料研究所和美國北卡羅來納州立大學物理系工作。但國外的職位并沒有讓他安心，因為他看到了中國與發達國家還有巨大的差距，薛其坤更加想回到祖國，“幫助國家做一點事”。

山頂上的櫻桃

1994年，中國科學院啟動“百人計劃”，朱日祥、曹健林、盧柯等14位杰出青年科學家率先回到祖國。1998年，在材料科學領域已頗有名氣的薛其坤也入選該計劃，回國進入中國科學院物理所工作。

2005年，薛其坤調入清華大學物理系任職，當年年底，42歲的他當選為中國科學院院士。不久后，他將目光投向了物理學的一個前沿方向：拓撲量子物態。

1988年，美國的霍爾丹教授提出假設：電子在兼具自發磁化和電子態特殊拓撲結構狀態下，有可能在不外加磁場的情況下產生量子霍爾效應。這就是量子反常霍爾效應。多年來，量子反常霍爾效應讓各國物理學家魂牽夢縈，卻沒人能證明它的真實存在。2005年，一種新的概念——二維拓撲絕緣體概念被提出。科學家認為，在二維拓撲絕緣體薄膜中引入鐵磁性，理論上有可能實現量子反常霍爾效應。

薛其坤十分敏銳地覺察到了這個新領域，覺得這是一個重大科研機遇，他的這種敏銳，也就是物理學家楊振寧常常提及的“學術品位”。2008年，利用分子束外延等技術，薛其坤研究團隊研制出了國際最高質量的拓撲絕緣體樣品。2009年起，薛其坤團隊開始對量子反常霍爾效應進行實驗攻關。

一開始并不順利，團隊遭遇了一年多的瓶頸期，實驗毫無進展，許多博士生都覺得干不下去了。關鍵時刻，薛其坤說了一番話：“我們現在從事的實驗工作是非常重要的，你們很可能發現到目前為止還沒有人看到過的東西。要是看到了，這一輩子都值了；要是看不到，你們也能從中得到歷練，加速成長很多。”這番話讓團隊成員重整旗鼓。光有激情還不夠，勇闖“無人區”還要做好一次次面對失敗的準備。實驗的要求十分苛刻：必須要做出極其平整的拓撲絕緣體，表面凹凸1納米都不行。4年多的時間里，這種精細到苛刻的樣品，薛其坤團隊前后制備了1000多個。

奇跡出現在2012年10月12日晚上10時35分。薛其坤收到學生常翠祖發來的一條短信：“薛老師，量子反常霍爾效應出來了，等待詳細測量。”薛其坤不太敢相信自己的眼睛，立即打電話再三確認情況。可以確定的是，量子反常霍爾效應的跡象已經出現。

但嚴謹的科學精神告訴薛其坤，一次結果不能說明問題，需要用不同的樣品多次重復實驗。薛其坤團隊又進行了兩個月的集中測試和不斷鉆研。大功告成的那天是2012年12月16日，他們用一組十分漂亮干凈的數據，觀測到了量子反常霍爾效應。

2013年4月10日，量子反常霍爾效應成果發布會在清華大學舉行，楊振寧對此予以高度評價：“從中國實驗室里第一次發表出了諾貝爾物理學獎級別的論文，這是整個國家發展中的喜事。”

成果發布后，薛其坤團隊受到曾經領先的部分國際同行對實驗數據真實性的質疑。直到一年半后，日本和美國的兩所國際著名高校研究團隊相繼復現了這一實驗結果，證明了實驗的可靠性，質疑才煙消云散。此時，全世界的科學家紛紛對薛其坤團隊的成果表達了高度贊賞，薛其坤說：“讓他們信服中國的科學進展、見證中國的科學發展，是我作為一名科學家最樸素的職責。”

薛其坤將這次科研比作看到“山頂上的櫻桃”，那一年他不滿50歲。他不常提及困難，而是常常說起感謝。他說自己是個幸運兒，“一艘從沂蒙山區駛出的小船”，乘著改革開放的春風，上了大學，趕上了科學的春天，最終取得了“從0到1”的突破，“沒有國家的強大、經濟的發展，這個實驗是做不成的”。

慈與嚴

薛其坤也是一名教育工作者。他2005年起任清華大學物理系教授，2013年擔任清華大學科研副校長，2020年擔任南方科技大學校長。近20年的教育工作讓他桃李滿園，跟著他讀完博士、博士后的學生有120多名。薛其坤對此感到很驕傲，笑著說他們都能組成“一個連”了。

在學生眼中，慈與嚴這兩種特質在薛其坤身上奇妙地融合在一起，構成獨一無二的薛教授。清華大學物理系教授王亞愚回憶：“去國外開會，薛老師會拿自己的錢給學生發零花錢。他手里存不住東西，經常是哪個學生夸他的東西好，他就當場送給人家。”薛其坤的辦公桌上，有時放著餅干，有時放著牛奶或面包。如果有學生做實驗到深夜，他會一聲不吭地跑到實驗室發小零食。

生活中的薛其坤有著山東人樸實的特質。見到學生時，他總是笑瞇瞇的，是那種“咧開嘴，高興到心里的笑”。他一說話，山東口音濃厚，說英語也帶著口音。他把做實驗比喻成騎自行車。剛開始學，沒有成就感；等你學會了，騎自行車的速度快了，就會覺得很愉快。他也用騎自行車的標準來要求學生：“你要把儀器熟練掌握得像每天騎的自行車一樣，聽到鏈條響了就知道該給它上油，鏈子斷了你要會修理，讓儀器始終以一種完美的狀態運行。”

在薛其坤的學生中間，有一個故事口口相傳，故事里的薛其坤罕見地紅了眼眶。那一次，薛其坤像往常一樣來到實驗室，碰到一名學生沒有盯著實驗，而是在電腦上瀏覽無關的網頁，頓時火冒三丈，嚴厲地批評道：“你們現在擁有這么好的實驗條件，卻不知珍惜，這不只是在浪費自己的時間，也是在浪費科研資源！”說到激動處，薛其坤眼含熱淚。

在嚴慈相濟的培養下，薛其坤帶領的團隊成員和培養的學生中，除了“一個連”的博士和博士后，還有1人當選中國科學院院士，30余人次入選國家級人才計劃。薛其坤發現，學生們在當了老師、有了自己的實驗室后，又自覺地把當年對他“頗有微詞”的那套傳統傳承了下去。

2024年7月4日，在南方科技大學2024屆本科生畢業典禮上，兩名畢業生送給薛其坤一個南方科技大學足球隊簽名的足球，表示要和薛校長“切磋球藝”。薛其坤捧著足球站在學生中間，依然帶著那種“咧開嘴，高興到心里的笑”。

他不止一次提到自己對于當下狀態的享受。“我非常喜歡我的工作，不管是帶學生做科學研究，還是管理好一所大學，只要身體允許，我還是希望把更多的時間放在自己喜歡的工作上。我經常自嘲，生命不息，奮斗不止，我很享受。”

這艘從沂蒙山區駛出的“小船”，仍然在路上。

（小 雙摘自《環球人物》2024年第14期，本刊節選）