薛其坤：攀登量子世界的高峰

薛其坤常說，生命不息、奮斗不止。在人類尚未開拓的科學疆域中，這艘從沂蒙山區開出的小船已揚帆起航，駛向世界的大海。

6月24日，全國科技大會、國家科學技術獎勵大會和兩院院士大會在京召開。中國科學院院士、清華大學教授、南方科技大學校長薛其坤榮獲2023年度國家最高科學技術獎。

“我是個幸運兒，趕上了中國教育、科技，包括人才發展的一個黃金時期。我們這代科學家在我們國家快速發展的滾滾洪流下不斷地成長。”薛其坤說，“我今天獲得國家最高科學技術獎的榮譽，感謝黨和人民的培養，感謝國家給我提供的一個很好的舞臺。作為一個科學家，我感到非常幸福。”

從沂蒙山區出發，歷經了考研3次才錄取、讀博7年才畢業的窘境，歷經了“語言不通、技術不熟、睡眠不足”的留學艱辛，骨子里的“皮實”讓他“挺了過來”；而“敢為人先”的精神則讓他不斷向科學的最高峰攀登——拓撲絕緣體中量子反常霍爾效應的實驗發現是凝聚態物理領域的一次里程碑性突破，異質結界面高溫超導的發現則開啟了高溫超導的全新研究方向。

榮譽隨奮斗而來。42歲的他，當選中國科學院院士，成為2005年批年紀最小的院士；又成為首位榮獲國際低溫物理最高獎菲列茲·倫敦獎（2022）和國際凝聚態物理最高獎奧利弗·巴克利獎（2024）的中國籍科學家。

薛其坤常說，生命不息、奮斗不止。在人類尚未開拓的科學疆域中，這艘從沂蒙山區開出的小船已揚帆起航，駛向世界的大海。

“從沂蒙山區開出的小船”

“皮實啊！”薛其坤用帶有濃重山東口音的普通話這樣形容自己。

他說，沂蒙山里出來的孩子，不怕挫折。

這個來自山東省臨沂市蒙陰縣的山村少年，上小學時，便在心中種下當科學家的種子。從課本上，他知道了牛頓、愛因斯坦，并認識到成為一名科學家能給社會帶來巨大的福祉，他渴望走出山區，學到更多的本領。

夢想的起步很順利，高考物理滿分100分，他考了99分，被山東大學光學系激光專業成功錄取。但考研究生的挫折及隨后讀博的打擊讓他“始料未及”。

薛其坤曾在多個場合提及他的考研經歷。大學畢業，第一次考研究生，高等數學39分，惜敗。畢業后，他到曲阜師范大學教書，再次考研，總分又未達錄取線。他反思自己“還是準備得不充分，沒有穩扎穩打，耍了小聰明”，那就再努力一把。1987年，他第三次考研成功，進入中國科學院物理研究所凝聚態物理專業學習。

“皮實”的性格，不僅讓薛其坤有強大的抗打擊能力，也讓他經受住科研路上的挑戰。

碩士畢業后，薛其坤選擇繼續讀博。恰好其導師陸華老師得到了一個與日本東北大學金屬材料研究所聯合培養的機會，這是日本最古老的大學附屬研究所。在這里，薛其坤迎來了人生中最困難的時刻。

導師櫻井利夫的實驗室號稱“7-11實驗室”，要求非常嚴格：一周工作6天，早上7點來實驗室，晚上11點之前不許離開。薛其坤對那段歲月記憶猶新：“每天就是三件事，吃飯、睡覺、搞科研。有的時候困得坐在馬桶上都能睡著。”

除了體力和毅力上的考驗，語言不通則是精神上的折磨。薛其坤幾乎聽不懂導師的指令，當導師和同學們一起做實驗的時候，他連碰都不敢碰，只能怔怔地看著。不少去日本學習的同學受不了煎熬“逃”了回去，身心俱疲的薛其坤數次徘徊在崩潰邊緣。他坦言，這是個人成長中最難的一段時間，“一年中有七八個月想回家”。

有一次，薛其坤和剛上學的兒子通電話。兒子說：“爸爸，我給你背段剛學的課文吧：‘我是中國人，我愛自己的祖國……’”稚子之聲，讓背井離鄉的薛其坤心潮澎湃，一團愛國的熱火在心中熊熊燃燒。他決心要克服困難，堅持下去。

薛其坤每天第一個到實驗室，最后一個離開。極致的刻苦，讓他成為全實驗室掃描隧道顯微鏡實驗制備針尖方面水平最高的學生。一年半后，他取得了一項重要的科研突破，這也是日本東北大學近三十年來最重要的成果。

薛其坤終于感覺到，自己這個山東農村放牛娃腦海里朦朦朧朧的夢想，開始變得有一點兒真切了。他也開始體會到做科學研究的美妙，日常靠抽煙提神的他，采到精彩數據的時候，才恍然發現，“三個小時沒吸煙了”。

至此，薛其坤開始在國際物理界嶄露頭角。

1996年，薛其坤被邀請在美國物理學會年會上作報告，糟糕的英語口語讓他不知所措。為了保證萬無一失，他把要講的每個英語單詞、每句話都寫下來，模擬練習了80多遍。當聽到掌聲與贊揚時，薛其坤覺得“像夏天渴時喝了冰水一樣，很舒服”。

博士畢業后，他跟隨導師櫻井利夫留在日本東北大學金屬研究所工作。但國外的正式職位并沒有讓他安心，“我始終無法踏實下來，即使去買家具，也不愿意買太好的”。他始終惦念著回來報效祖國，“始終沒有忘記自己是從沂蒙山區走出來的孩子”。

終于，在36歲那年，機會來了。1998年，憑借出色的研究能力，在材料科學領域已頗有名氣的他通過中國科學院“百人計劃”回國，正式加入物理所工作。

憑借超強的吃苦能力和扎實的研究能力，短短幾年，“皮實”的薛其坤就獲得了包括中國青年科技獎、國家自然科學獎二等獎、中科院杰出科技成就獎在內的一批頗具分量的榮譽。2005年，薛其坤到清華大學物理系工作，同年11月當選為中國科學院院士。其時，他剛過不惑之年，是那一批當選院士中最年輕的一位。

艱苦的童年，令他格外感恩時代賦予的逐夢機遇。

薛其坤曾在多個場合談到，“我的成長成功是依托在國家改革開放快速發展的大背景下，所以我非常感謝黨的培養，感謝人民的培養，感謝國家給我提供一個平臺，使我一艘沂蒙山出發的小船能夠駛到世界的大海中探索，這對我來講是一個無窮的鼓勵”。

回國多年，無論在中科院還是在清華，薛其坤始終保持著“7-11”作息，被師生戲稱“7-11”院士。清華大學物理系前系主任朱邦芬院士回憶，“我曾與其坤一起出差，晚上12點回到北京，他仍堅持要去實驗室再看看”。

“可以說我只要不睡覺的時候，都在工作。”薛其坤笑著說。

攀登最陡峭的科研山峰

對山里的孩子而言，爬山幾乎是一種本能。而在攀登科學高峰的路上，薛其坤選擇了最陡峭的山峰。多位了解薛其坤的師生對記者說，他身上有著超乎常人的挑戰精神，困難越大越較真。

“量子反常霍爾效應”，這是一個基于全新物理原理的科學效應，被稱為物理學研究皇冠上的“明珠”。

什么是量子反常霍爾效應？薛其坤解釋，在材料中，電子的運動是高度無序的。電子和晶格振動、電子和雜質、電子和電子會不斷碰撞，產生電阻、發熱等效果。如果給薄膜材料外加一個強磁場，電子有可能立即“規矩”起來，沿著邊界不受阻礙地運動，這種有趣的現象叫做量子霍爾效應。假如能找到一種特殊材料，既有自發磁化，電子態又具有拓撲結構，則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，量子反常霍爾效應如同一個傳說中的“寶藏”，讓各國物理學家魂牽夢縈，不斷有理論物理學家提出各種方案，然而在實驗上都沒有取得任何進展。全世界頂尖的研究組都想攻克這個難題。

2008年，華裔物理學家張首晟提出了在磁性拓撲絕緣體中實驗量子反常霍爾效應的方向。但要找到合適的材料，充滿巨大挑戰，能否在這種材料中觀測到量子反常霍爾效應，何時能觀測到，誰也不知道，這是一項很可能終其一生都無法完成的項目。

但是，薛其坤義無反顧地選擇了去攀登這座山峰。

薛其坤的團隊用來實驗的樣品，是用原子一層一層鋪上去的。5納米的厚度，相當于頭發絲的十萬分之一，每制備一個都非常不易。4年的時間，他們前后制備了1000多個樣品，經歷了無數次的失敗。每次失敗后，薛其坤再次帶領團隊改進樣品、創新方法；又失敗了，再改進、再創新。

“一條路走不通，就優化樣品、改進方法；還走不通，就再優化、再改進。”薛其坤和團隊在科學迷宮里努力“窮盡每一個可能”。

2012年10月12日，那是一個周五的晚上，剛離開實驗室的薛其坤忽然收到了學生的一條短信：“薛老師，量子反常霍爾效應出來了，等待詳細測量。”他壓抑住心臟的狂跳，立馬打電話過去再三確認情況。隨后，他迅速返回實驗室，立即組織團隊成員，設計出幾套方案，部署下一步實驗。嚴謹的科學精神告訴他們，一次的結果并不能說明問題，需要用不同的樣品多次重復實驗。

經過兩個月的集中測試和不斷鉆研，薛其坤團隊終于測試出了完美的實驗數據。薛其坤回憶，得出最終數據的那天，他帶了兩瓶香檳，和團隊成員一起慶祝這見證“奇跡的時刻”。這一成果在美國《科學》雜志上發表，并在國際物理學界產生重要影響。

高溫超導機理則是薛其坤團隊想要攻克的另一個難題。

“自1986年發現高溫超導以來，已經將近40年了，但是我們對高溫超導的機理還不清楚。這也是凝聚態物理的一個世界性難題，我們在朝這個方向努力。”薛其坤說。

2012年，薛其坤帶領清華大學物理系研究團隊發現了單層鐵硒與鈦酸鍶襯底結合而產生出的界面高溫超導。這一發現挑戰了主流共識。

“當時確實有一些質疑的聲音，而且我們團隊不是做高溫超導的，沒有這方面基礎，別人對我們的資歷也有些質疑，發論文都很難，有時候跟審稿人要‘斗爭’好幾年。”薛其坤回憶，“好在，大家都堅持下來了。”

“我曾和薛老師說這些觀點提出來肯定要被人吐槽的。”清華物理系教授、主要合作者王亞愚回憶，“結果他說，那就太好了！”

在“從0到1”“從1到無窮大”的過程中，薛其坤向來敢為人先。

在清華大學物理系教授、量子反常霍爾效應團隊成員何珂眼中，薛其坤有著對科學本真的熱愛以及報效祖國的強烈信念：“薛老師總是鼓勵我們要去思考一些大問題，走在科學探究的前沿，考慮哪些問題能引領一個新方向。”

回憶那段艱苦的時光，薛其坤認為“好奇心一直推動著我努力”。“對科學研究強大的興趣，特別是探索未知、發現一個全新的科學規律或者實現一個科學突破，給我帶來的喜悅是發自內心的。”薛其坤說，在這個過程中，自己常常忘掉時間，享受這份工作，這是人生一大樂趣。

因為量子反常霍爾效應這項重要的科學發現，薛其坤迎來了人生的高光時刻，獲獎無數。

2016年，薛其坤獲得首屆未來科學大獎；2018年，他獲得國家自然科學獎一等獎；2020年，獲得菲列茲·倫敦獎；2023年，獲得巴克利獎……物理學家楊振寧評價道，這是“第一次從中國實驗室里發表的諾貝爾獎級的物理學論文”。

“無用”之用

2020年11月，薛其坤出任南方科技大學校長。在這塊試驗田里，他顯現出了更大的格局和境界。

上任第一天，他走進理學院和工學院，調研基礎研究的情況。

“越基礎，越尖端。”薛其坤認為，基礎研究是整個科學體系的源頭，是所有技術問題的總機關。他以蓋房子為例，“做基礎研究就相當于打地基，做‘0到1’就是蓋第一層樓”。強力支持能滿足國家重大需求和自主發展的基礎研究，既能占領科學高地，也能開辟新的應用高地，引領未來。

在薛其坤看來，過于關注科學研究的“現實之用”，會影響基礎科學研究的發展，從長遠來看是對科學研究的傷害。為國家留住做“無用”的基礎研究的人才，讓做基礎研究像“掙錢一樣幸福”，是他任校長時首先著手的任務。

他感慨：“基礎研究往往需要很長時間，有時可能會花費人的一輩子。必須有坐得住冷板凳、耐得住寂寞的精神。”

擔任南方科技大學校長，薛其坤馬不停蹄地展開了一系列改革：調整科研模式和人才培養模式，提出“南科大2035之問”，打造南科大“三大發展戰略”，打造“專業+通識”“書院+院系”“科教+產教”培養機制。

作為以理工見長的創新型大學，南科大盡最大努力鼓勵從0到1的源頭創新：PI制（學術帶頭人制）保障每位教研序列的教授都是獨立課題組負責人，都有獨立的實驗室和啟動經費，就算是初出茅廬的博士后也不例外。除了充裕的科研啟動經費，科研導師制度也讓青年學者們獲得了院士“大牛”的指導。

數據顯示，近幾年，南方科技大學成立了十余個校級科研機構，針對關鍵技術和未來技術形成了專門平臺和團隊攻關模式，這些平臺和團隊攻關模式的開展為基礎研究打下了堅實的基礎。

接受采訪中，薛其坤反復強調了評價改革的重要性。“有些面向未來的基礎研究，雖然目前看似‘無用’，但將來可能會有無窮大的應用前景。所以，盡量少問他們‘你的研究有什么用’。”薛其坤認為，不能把評價變成一把庸俗的“尺子”。

他以入選第二輪“雙一流”建設高校及建設學科名單的數學學科為例，數學學科正在改進考核和獎勵機制，考慮以更長的時間為周期進行滾動考核。“在這個周期里，只要最后完成了教學任務就可以，不會每年考核教師的科研成果，到期后再去最終考核并考慮長聘，給教師的自由探索以更大空間。”

除了帶科研團隊的年輕人之外，南方科技大學的書院制讓薛其坤成為一批本科生的生活導師，這是一種互選的制度，一些有志于從事科研的本科生從大一入學起就可以和自己心中的大科學家深度交流。

“要成為一個武林高手，必須練好基本功。”薛其坤強調，人才培養中一個重要的方面就是動手能力的培養。他舉例說，南方科技大學大部分本科生在校期間都要進行學術訓練，他們加入實驗室，像研究生一樣做科學研究，提前培養他們的研究能力和動手能力，“必須依靠優秀的專業教師把學生的基礎打牢”。

如今的薛其坤，更加忙碌。既要關注團隊年輕人的科研方向是否走偏，作為學校校長，也要分管很多行政工作。

“做科學研究，包括以科學研究培養人才，是我一生中最享受的地方。不管當校長還是當教授，我會一如既往地堅持下去，不斷地為國家在科學創新上作出貢獻，培養一代一代的人才。”薛其坤說。

在人才培養、團隊建設等方面，薛其坤同樣成果顯著。他的團隊中已有1人當選中國科學院院士、30余人次入選國家級人才計劃，共培養博士生、博士后120余名，為我國低維物理、量子材料領域建立了具有國際水準的人才隊伍。

花甲之年，作為國內頂尖的物理學家，薛其坤仍然走在追夢科學的路上。

他透露，目前團隊還在攻克兩個方向：一個是量子反常霍爾效應以及拓撲絕緣體的相關領域研究，另一個是高溫超導機理研究。“高溫超導的機理是凝聚態物理學的世紀難題，如果我們把謎底揭開了，就有可能設計出高溫超導材料，在室溫下甚至更高溫度下實現超導，這將是對全人類的重要貢獻。”薛其坤充滿期待。