薛其坤，中国科学院院士，南方科技大学校长。不久前，他获得国际凝聚态物理领域的最高奖，巴克利奖，成为70年以来首位中国籍的获奖者。但是要理解他获奖的原因，就需要面对诸如量子霍尔效应、拓扑绝缘体等难以三言两语解释清楚的专业词汇。

王宁 ：确确实实你所在的领域，对于普通的观众来说一定是有门槛，好多人不知道什么是拓扑绝缘体，也不知道凝聚态物理。但是当大家看到新闻标题里，70年首位中国籍科学家这些关键词的时候，就会特别受关注，你怎么看待这些关键词？

薛其坤 ：作为一个最大的物理学的分支，因为我们所研究这个方向，目前又代表着凝聚态物理最前沿的方向之一， 说明我们国家的物理学工作者为世界物理学的发展作出一些贡献，得到这种认可，所以感到非常非常自豪。

凝聚态物理学通过研究构成凝聚态物质的电子、离子、原子及分子的运动形态和规律，认识其物理性质。作为一个学科，它源于固体物理学和低温物理学的发展，由于引入了新的概念体系，它可以处理传统固体物理遗留的许多疑难问题，也便于推广应用到比常规固体更加复杂的物质。因此，在上世纪90年代，它逐渐取代固体物理学成为学科名称。而量子霍尔效应则是20世纪以来凝聚态物理领域最重要的科学发现之一，迄今已有四个诺贝尔奖与其直接相关。

王宁 ：我们使用的手机或者电脑，在使用过程当中发热的状态是量子霍尔效应的状态，能这么理解吗？

薛其坤 ：电子器件发热的根本性问题，就是因为有电阻，它会产生热，这个热在器件中是不需要的，是浪费掉的，所以量子反常霍尔效应和量子霍尔效应，给看不见、摸不着的电子建了一个高速公路。在这个高速公路上电子就像高速公路的汽车一样，是分道行驶，有序行驶，在同一个道上还不能超越，不能碰撞。

王宁 ：而正因为它们都像高速公路上的车一样，互相之间不发生任何碰撞，所以就没有电阻？

薛其坤 ：所以它能耗就非常小，将来就有可能用上它，发展低能耗的电子学器件。

1879年，埃德温·霍尔发现了霍尔效应。应用这一原理而发明的霍尔器件至今仍被广泛应用。当这一效应深入到微观层面时，量子霍尔效应被发现，在强磁场的作用下，电流只在系统的边缘流动，并且没有电阻。这激发科学家进一步探索，是否能找到不依赖于强磁场也能产生量子霍尔效应的材料？自1988年开始，不断有理论物理学家针对这一问题提出各种方案，但这些方案没能在实验上取得任何进展。2009年，薛其坤团队与清华大学、中科院物理所、斯坦福大学的研究者合作，试图验证其中一个预言：在磁性掺杂的拓扑绝缘体材料中可真正观察到量子反常霍尔效应。于是，什么是拓扑绝缘体，成了薛其坤这十多年里在各种场合都要面对的问题。

薛其坤 ：我们自然界中，如果把所有的材料、物质做一个分类，只有两类材料，一个是导电的，我们叫导体，一个是不导电的绝缘体。（磁性）拓扑绝缘体，这个材料我用一个叫“三不像”的材料来表示，相当于这个材料既有磁性，又有拓扑，但体材料又必须要绝缘，绝缘、拓扑、磁性。

王宁 ：这相互都是相互矛盾的，相互矛盾怎么放在一起？

薛其坤 ：就相当于一个运动员，你既要有姚明的高度，打篮球打得非常好，你还要像一个溜冰运动员一样，非常灵活，你可能还要像一个排球运动员，你非常伶俐。

王宁 ：但用它来做实验，量子的反常霍尔效应是一个什么样的实验？

薛其坤 ：首先就要解决材料制备，特别是高质量材料制备的问题。我们很幸运的是，利用我们以前做半导体材料生长的基础和经验，我们大约在半年左右就做到世界上材料在质量的控制方面，达到了最好。

薛其坤所说的“幸运”在于团队能够高水平完成材料的制备，但幸运的背后，是在原子的尺度上，制备出超过1000多个样品，并始终严防“失之毫厘、谬以千里”的灾难发生。

王宁 ：要想做这个实验必须要把这种材料生成？

薛其坤 ：对。

王宁 ：这种生成的过程。

薛其坤 ：是比较艰难的。

王宁 ：是一个什么样的过程？

薛其坤 ：要把两个矛盾的性质，要控制在一个合适的点上。你要掺多了铁，让它成为有磁性的时候，它就会便于导电。你要不让它导电，它磁性又显示不出来，所以光这两个矛盾的性质，我们就花了很长的时间。再加上拓扑的性质，又和磁性掺杂，也是有矛盾的，我们就需要设计各种各样的实验，从各种各样的途径上来解决一系列的问题。

王宁 ：你记得试过多少种材料吗？

薛其坤 ：我们制备了1000多个样品，制备一个样品再完成它的测量大概要3到4天的时间，1000个样品大家可以想象，我们一年下来基本上没有休息的时间，我常常用一句比较有意思的话来表现我们同学们的努力，就是“我们的机器没有停过”，“我们把机器都给累死了。”但是我们的学生轮流在仪器上做实验。

王宁 ：科学实验在很大程度上是为了印证我们的科学家非常前沿的猜想，而你做的这个实验恰恰就是这样。

薛其坤 ：可能让我们感到有一点后怕，也许当时我们认为比较正确的理论，经过我们10年、20年的探索也可能不是一件真事，我们仍然奋斗了20多年，你说这样的话就说我们这20年的努力就白费了吗？我们就完全做了无用功吗？从现代的科学评价来讲，你只有彻底从实验上证明这个理论不存在，就让后来人不再朝这个方向努力了，这本身也是很重要的。

王宁 ：其实你也有过后怕的时候是吗？

薛其坤 ：是的，优秀的物理学家他有一种直觉，判断这个方向是不是值得你去努力。这个直觉上我是有的，但是不排除有可能会出现意外的情况。

当时，在三种具有拓扑绝缘体性质的化合物中，薛其坤团队对其中一种寄予厚望，但反复实验之后发现这个材料不可能实现拓扑性质的共融，这是团队遭遇的一次重大打击。

王宁 ：你怎么调整的心态？

薛其坤 ：那就是鼓励我们的学生，三种材料我们只试了一个，我们还有两个材料，还有把这三种材料混合起来也可以做第四个候选。我也告诉同学们这证明了这个材料不行，这也是我们取得的一个成就。

薛其坤的团队集结了这个领域最优秀的年轻人，鼓励他们的同时，他也从不吝惜自己的赞扬。

王宁 ：在全世界做这方面的实验当中，咱们的团队是排在什么样的位置？

薛其坤 ：如果举出世界上最好的五个团队的话，我们不是说最好的，起码肯定是在最好的五个团队里头。但是在这样一个领域你必须要做到奥运会的冠军这种水平上，你才能把这个材料拿下。

王宁 ：这个材料的制备你指的就是要把这个材料合成出来？

薛其坤 ：对。第一个你要在原子尺度上控制材料的生长厚度。不单在材料的形态上实现原子尺度上的控制，对它的组分也要实现非常精确地控制，这对我们来讲都是非常非常有挑战性的。一下子错过这样一个最佳的组分和厚度，你就可能永远找不到了。我们最后制出来的量子反常霍尔效应薄膜的厚度的话，大约是头发丝厚度的十万分之一。

王宁 ：一个就等于是头发丝的十万分之一，如果排列组合的话，这得是多少，多长的一条道路？

薛其坤 ：是的。组分是一个参数，生长的温度是一个参数，这两个参数你选十个温度点，选十个组分，十乘十就是一百个实验。如果你有三个参数，一个参数是10个不同的参数的话，这就是10×10是100，再乘10等于1000，就是1000个样品要做，1000个样品基本上学生就不肯干了。3000天，10年的时间，还不知道最后找不找得到，当然了这就是我们作为物理学家、优秀的科研工作者必须具有的素质，就是不断要根据自己的测量结果要进行最有效的判断，找最捷径的路。

关于薛其坤，有一个称呼一直在校园和网络上流传，那就是“711先生”。他在1992年前往日本东北大学金属研究所学习，研究所的导师奉行“711”作息制度，意为每天早上7点到实验室，中午1个小时吃午饭，晚上11点才能离开。很多一同前往的同学因为受不了这样的魔鬼作息选择离开，而薛其坤却乐在其中，坚持了7年。他形容自己是一艘从沂蒙山区驶出的小船，核心能力之一正是艰苦中养成的坚强。

王宁 ：这艘小船现在驶向了什么样的方向？是你当初认定的方向吗？

薛其坤 ：如果现在要做这么一个回顾的话，小船驶到现在这种状态，完全出乎我自己的意料。赶上了高考，又能上到大学，还能回到北京，最后能出国，我每想到这个阶段，我都觉得我很幸运，我很珍惜，那种很贫困的生活养成了非常坚强的性格。大家都知道沂蒙山区是非常贫穷的一个地方，小时候非常艰苦的生活，我们吃地瓜、煎饼，有时候还都吃霉变的那些地瓜做的煎饼，吃点咸菜。所以碰到任何困难的时候我都会用积极的心态，不怕困难、不服输的这种态度去面对这些困难和挑战，只要我认定了这事情，很难很难让我放弃。

王宁 ：而即使有了这些底气，你还得需要“711”上班和工作时间。我跟你再核实一下，准确吗？

薛其坤 ：准确，这是我在日本七年是严格按照这个工作时间走过来的历程。回国以后，我不一定是按照“711”这么一个时间表去工作，但是我还是非常非常勤奋的，几乎没有什么假期，一个星期大部分情况下都是干七天。

王宁 ：有没有你睡不着觉的时候？

薛其坤 ：有啊。所以我们作为科学家来讲，这种不睡觉有两种因素，有一种是不顺利，搞得你很苦恼睡不好觉；另一种得到了非常好的结果，让你很兴奋，也会让你睡不着觉。

从2008年开始，四年时间，薛其坤和团队以超常的耐心和精细度，重复着从制备材料到测量的过程。日复一日，他们终于抓住了量子反常霍尔效应这条狐狸的尾巴。

王宁 ：那一天你在做什么？

薛其坤 ：那天好像也不是很顺利，我还记得情绪不是特别高。晚上10点35的时候我的手机短信铃响了，结果看到了我的学生，当时主打实验的常翠祖的一个短信，他说薛老师量子反常霍尔效应出来了。当我看到这个的时候，我是不太相信自己的眼睛，我立即就给他打了一个电话，他说有两个数据支撑，我们抓住了最重要的东西，欧姆电阻下降，就说明迹象有了。

王宁 ：有点绝处逢生的感觉。

薛其坤 ：哎，对了，所以那天有点像你讲的，要绝处逢生，好像有点柳暗花明，真是又一村来了。量子反常霍尔效应还有好多的实验要做，不但让欧姆电阻几乎降到零，完全是零。

王宁 ：你一直在说，欧姆电阻要变成零，我就利用我特别仅有的物理学知识，这怎么可能呢？

薛其坤 ：超导就是电阻等于零的这种导体。我们在这个材料中，实现了霍尔电阻的量子化，同时还要实现零电阻，就是变成超导，所以这就是很神奇。电阻要几乎等于零，这个材料就不会发热，不会发热不就可以做电子器件，低能耗电子器件，我们靠的就是欧姆电阻几乎等于零，而去发展未来的电子器件，降低它的能耗。

2012年12月16日，两个多月之后，薛其坤和团队利用分子束外延方法生长出了高质量的磁性拓扑绝缘体薄膜，并在极低温输运测量装置上成功地观测到了“量子反常霍尔效应”。

王宁 ：真正看到整个狐狸的全貌是在哪一刻？你还有印象吗？

薛其坤 ：到了2012年12月16日左右，全部实验完成了。我还记得很清楚，那天咱们带了一瓶我事先从免税店买的香槟，我们一起拍了个照片，一起喝了香槟酒，庆祝。当时我有一种预感，我们这个团队也许是第一次，也可能最后一次能有幸运发现，所以我就和同学们讲，今天对我们这个组来讲历史上将会是一个什么样的，但是今天值得我们庆贺，记住这一天。

首次在实验中观测到量子反常霍尔效应的论文发表在国际期刊 《科学》杂志上，被审稿人称为“凝聚态物理界一项里程碑式的工作”。2013年4月10日，“量子反常霍尔效应成果发布会”在清华大学举行，著名诺贝尔奖物理学家杨振宁激动不已，“这是从中国实验室里，第一次发表出了诺贝尔奖级的物理学论文！”

最近的十年里，薛其坤和他的团队又发现了一种全新的更容易制备的材料，而且一直在致力于提高量子反常霍尔效应的温度。另外，他同时在对高温超导材料和高温超导机理进行探索，这也是物理界另一个非常重要的前沿研究方向。现在，薛其坤又多了一个身份，那就是南方科技大学的第三任校长。

王宁 ：我们看到你是大学的管理者，你需要能够把南方科技大学往更高尖端的一个团队的领军者上去培养，但是你自己又带着两个非常重大的国家课题在做，也得做实验做研究。这两者需要平衡吗？

薛其坤 ：其实这两个都是非常重要的任务，所以我是通过培养优秀的年轻学术带头人，平衡好我做大学校长的管理和我自己研究团队科学研究这个关系的。在这个方面实际上我做了很多思考、探索和努力。

王宁 ：怎么样他们才能成为你眼中的青年学科带头人呢？具备什么素质？

薛其坤 ：1分天赋、99分努力还是非常非常重要的。

王宁 ：可是这99分的勤奋能够持续不断让一个人往前走，你觉得他内心动力的源泉会是什么？

薛其坤 ：这就是我现在好几次反复强调的，要有信念。人活一辈子要有一点志气，就是我不能负这个时代，我要做一个完美的自己。

责编：谭思敏

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来源：央视新闻客户端