青岛早报2024年06月25日版面
首次观测到“量子反常霍尔效应”、首次发现异质结界面高温超导电性……他用一个个重量级科学发现,助力我国量子科学研究跻身世界第一梯队。6月24日,中国科学院院士、清华大学教授薛其坤站上了2023年度国家最高科学技术奖的领奖台。一路奋进,他始终把服务国家作为最高追求。“要为国家的强大做点贡献!”年过花甲,他朴素的话语依然掷地有声。
薛其坤院士于1980年考入山东大学光学系,曾在山东大学度过了一段令他难忘的奋斗岁月,山大也是他开启逐梦之路的始发站。
41岁成最年轻的院士之一
41岁成为中国科学院最年轻的院士之一,49岁提出界面高温超导,50岁发现“量子反常霍尔效应”,56岁时领导实验团队完成的“量子反常霍尔效应的实验发现”项目获得2018年度国家自然科学奖项中唯一的一等奖,62岁获国家最高科学技术奖……
薛其坤院士荣誉加身,与他自身的不懈努力息息相关,1962年12月,他出生于山东省临沂市蒙阴县一个农民家庭,17岁考入山东大学,第三次才考上了中科院物理研究所,攻读博士学位,别人花5年时间,他用了7年,1992年,薛其坤到日本东北大学留学,他每天除了吃饭、睡觉,就是搞科研。1999年,他回到中国科学院物理所工作,每天早上7点就到实验室,晚上11点才离开。简单的事情重复做,重复的事情用心做。就这样,薛其坤坚持了20年,因此,薛其坤也有了一个外号——“7—11”院士。
研究“量子反常霍尔效应”
能成为国家最高科学技术奖最年轻的获得者,得益于薛其坤凭借久久为功的韧劲、奋斗不息的拼劲,在2008年带领团队研究“量子反常霍尔效应”。“量子反常霍尔效应”是凝聚态物理中的一个重要量子效应。长期以来,使其“现身”并实现实验观测难度极大,是无数研究者奋力追寻而不得的科学目标。
举个简单例子:使用计算机时,会遇到计算机发热、能量损耗、速度变慢等问题。这是因为常态下芯片中的电子运动没有特定的轨道、相互碰撞从而发生能量损耗。而量子霍尔效应则可以对电子的运动制定一个规则,让它们在各自的跑道上“一往无前”地前进。然而,量子霍尔效应的产生需要非常强的磁场,“能产生这个强磁场的设备比人还高,不但体积庞大,而且价格昂贵,不适合个人电脑和便携式计算机。”薛其坤曾在媒体采访中说道,“量子反常霍尔效应”的美妙之处是不需要任何外加磁场,在零磁场中就可以实现量子霍尔态,人类有可能利用其无耗散的边缘态发展新一代的低能耗晶体管和电子学器件,从而解决电脑和很多电子器件发热问题的瓶颈问题。
2012年底,在克服了一道又一道难关后,薛其坤和团队终于成功地在实验上观测到了“量子反常霍尔效应”,成为“世界首次”!该成果于2013年3月在美国《科学》(science)杂志发表,审稿人予以高度评价,称之为“凝聚态物理界一项里程碑式的工作”。这项重大基础物理学成果被诺贝尔物理奖获得者杨振宁称为是中国实验室里发表的第一次诺贝尔奖级的物理学论文。这一中国科学家在实验上独立观测到的重要物理现象,被视为全球基础研究领域的重要科学发现,是世界物理学界最为重要的实验进展之一,为后续国际凝聚态物理研究引领了新的方向。
薛其坤和团队抓住的另一个重大科学机遇是高温超导。超导是一个典型的宏观量子现象,因巨大的应用潜力而备受关注。寻找更多高温超导材料是科学界孜孜以求的目标。经过多年努力,2012年,薛其坤和团队首次发现了界面增强的高温超导电性,这是1986年铜氧化物高温超导体被发现以来,常压下超导转变温度最高的超导体,同时也为探究高温超导机理开辟了全新途径。
以实验室为家一心搞研究
在师生眼里,薛其坤是一个名副其实的“以实验室为家”的人,正是他的勤奋和超出常人的意志,才取得了今天的成功。
当问及薛其坤选择物理学专业的原因时,他回忆说,当初进入山东大学,是出于对激光的好奇,而选择了进入物理领域。在当时,能考上研究生就好像现在当上科学家、企业家一样神圣,所以抱着继续深造的念头,他一边工作一边坚持不懈地考研,直到考入中国科学院物理所。1990年研究生毕业时,他选择了继续攻读博士学位,并在后来借着交流学习的机会来到了日本。优越的科研环境和良好的实验条件使他受益匪浅,尤其是导师对他近乎苛刻的严格要求,培养了他严谨的科研态度。在实验室中,每当他的实验做出一些成果时,他都会得到导师的表扬,内心获得的激励与成就感就使他更加努力。就这样不断地努力、成功、激励,形成了一个良性循环,而获得的那些有趣的实验结果也使实验本身变得不再枯燥。在日本的生活虽然非常艰苦,但是争强好胜的薛其坤在得出实验结果的喜悦中不断进步。从那时起他决定以实验室为家,投身于科学研究。
在总结自己的科研道路时,薛其坤认为,打基础的过程都是很艰苦的,很少有人对它真的有兴趣,但是人人都需要有理想,他的科研道路就是在小的成功中进步,在追求规律中实现理想。