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薛其坤对极致的追求，早已经内化在他的血液里，成为了一种不自觉的行事方式。 “科研确实存在一定的运气，和一个领域的发展阶段有关，每个领域、每个阶段都会有科学上的机遇。当一切都准备好的话，一旦有新的机遇来临，运气就会变成现实。最主要的是要把基本功练好。” 薛其坤教授爱喝咖啡，朋友来了也会热情地劝人来一杯。在未来科学大奖颁奖现场播放的短视频里，有一个镜头正好捕捉到了薛教授办公室咕嘟咕嘟响煮咖啡的场景。但不为人知的是，薛教授爱上喝咖啡的原因却是苦涩的。 2017年1月15日晚，作为获得物质科学奖的杰出科学家，站在首届未来科学大奖颁奖典礼舞台上的薛其坤教授光彩夺目。他获得本次物质科学奖，其贡献是利用分子束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。薛教授关于量子反常霍尔效应的发现，被杨振宁先生评价为“诺贝尔奖级”的科研成果。 “量子反常霍尔效应的应用价值不亚于电的发明”。4月的清华园草长莺飞，薛教授在办公室煮着咖啡，通俗地向我们介绍他的科研成果。 电子在运动过程中，会因为相互碰撞而导致器件发热、效率不高且造成能源浪费，而量子霍尔效应则使电子像高速路上的汽车一样，分车道分方向行驶，从而大大降低能耗。但普通量子霍尔效应的产生需要强磁场，成本非常昂贵。如果可以找到一种材料，不需要外加磁场，就可以实现电子的有序运动，也就是实现量子反常霍尔效应。薛教授利用分子束外延技术找到了这种材料，并在这种材料中实现了量子反常霍尔效应。这为人类发展新一代低能耗电子学器件带来了曙光。 在颁奖典礼上的视频短片中，一个学生使用了一个一长一短、合不拢的镊子做实验，视频里的薛教授说：“这在我们老家叫意歪，凑合着能过就过，这是做科研的大忌。”他对学生谆谆教导，在以后的实验过程中，要牢记他讲到的这一点，追求极致。 在追问薛教授为什么能取得成功时，视频里师生间的交谈给出了答案。追求极致的精神早已经内化在薛教授的血液里，成为一种不自觉的行事方式。 1994年，薛其坤在日本樱井教授实验室做中日联合培养生，与同在一个实验室的中科院物理所周军明教授一起做实验，很快就出了好结果，最终发表在《物理评论快报》（《Physical Review Letters》）杂志上。《物理评论快报》是美国物理学学会主办的学术期刊，在物理学领域是最权威的杂志。正是因为这项工作成绩突出，1995年，薛其坤受邀在物理学领域规模最大的美国物理学会年会上作报告。 这是他的第一个英语报告，当时他的口语相当差。为了将这个报告作好，薛其坤将报告演讲的内容一字不落地写了下来，经过反复修改后，就开始了演练，一共练了80多遍，终于把20分钟报告时间的误差控制在10秒以内。其实在练习到二三十遍的时候，薛其坤就已经熟练掌握了节奏，但他坚持练了80多遍，直到练习到念哪个单词应该看左边的观众，念到哪个单词应该看右边的观众，念到哪个单词应该看哪一位嘉宾时，这才觉得可以了。结果，在当年的报告会上，这位来自中国的博士生大放异彩。平时只能在文献上见到的顶尖教授纷纷起立走过来和他握手，薛其坤说，“我当时感到了一种追求极致的快乐”。 薛其坤教授人生中有很多转折点，但最重要的一次莫过于1992年，他的中国导师陆华教授把他引荐给日本樱井利夫教授，而樱井教授又是德裔美籍著名科学家E.W.Muller的关门弟子。自此，一个更广阔、更先进的科研殿堂向籍籍无名的薛其坤打开了一扇窗口。然而幸福总是短暂的，当1992年6月26日飞机降落到日本成田机场时，薛其坤没有意识到自己很快将面临一场生死考验。 樱井实验室有个习惯，叫“seven-eleven”，早上7点钟必须到实验室，晚上11点以后才可以离开实验室，一个星期要工作6天，非常辛苦。为保证早上7点前到达实验室，薛其坤每天早上6点就要起床，中午只有1个小时吃饭，没有午休时间，晚上11点才能离开实验室，到家后已经晚上12点。洗漱完后，每天最多只有5个半到6个小时的睡觉时间。 薛其坤在国内习惯了午休，而这里吃完午饭不能休息，直接就要进行实验，本来早上起床就早，别说实验了，眼睛看着的人和仪器都是重影，体力根本盯不下来。 在这个时期薛其坤开始大量喝咖啡，靠着咖啡因对神经的刺激，挨过漫长的每一天。一个拒绝喝咖啡的人也由此慢慢咂摸出味道并且爱上了这种西方流行饮品。体力上的疲惫还能撑住，精神上的羞辱让薛其坤生不如死。 樱井实验室都要用英语交流，即使中国同事间也要用英语，不允许讲中文。薛其坤那时的英语很不好，因此对话时一方面要拼命理解对方在讲什么，一方面还要想着怎么表述，一天下来非常疲惫。 有一次在做实验时，一位副教授要薛其坤递扳手，结果没听懂递成了改锥。副教授什么话也没说，站起来就走，把薛其坤一个人晾在那里，周围都是实验室的同事，当时他就想找个地缝钻进去。 没过多久，这位副教授又让薛其坤整理整面墙的工具橱，将实验室所有用过的工具、零件、元器件，按类别、型号分类放进格子里。薛其坤越整理越觉得委屈，为什么不让低年级的学生去整理呢？是不是副教授故意刁难。花了两三天的工夫，薛其坤才把所有的工具零件整理好。“ 事后回顾要感谢这位教授。”薛其坤说，通过整理工具橱，他迅速地知道了每个工具的英文名字，摆放的位置和尺寸大小，这对他以后独立操作实验室仪器大有帮助。不过，当时的薛其坤还没有心思琢磨副教授的良苦用心，每天想的一件事就是要不要回去。 第一次远离家乡的薛其坤，越发思念国内的爱人和孩子。在日本对实验仪器和工作不熟悉，经常受到批评和冷落。对自己什么时候可以掌握仪器、独立操作、进入科研状态毫无把握，一切都是未知。坚持不下去的时候，薛其坤就坐在学校的河边，望着山坡后中国的方向，委屈、压抑一齐涌上心头……只是想来完成自己的博士学业，改善一下生活状况，没想到过程这么艰难。 “想起来，还是自己没有做好充分的思想准备。”薛教授分析，人就怕不冷静，在受到多重困难同时攻击、所有问题一起涌现的时候，就想放弃，而且人累了精神也变得更脆弱。如果能冷静下来，坚持住了，其实一切没那么可怕。 就这样经过十几次是放弃还是坚持的激烈交战，经历了地狱般的三四个月后，博士生薛其坤渐渐适应了日本的学习和生活，凭借自己在国内实验室4年摸爬滚打的经历，克服了语言障碍的薛其坤渐入佳境，并最终在《物理评论快报》上发表论文。在当时的实验室，论文的发表引起了轰动，很多同事都向他表示祝贺，包括让他整理工具橱的副教授。“一只丑小鸭终于变成了王子。”薛其坤调侃地说。 薛教授总结日本对他的影响，最大的就是精益求精追求极致。在日本实验室，学生把材料做到平整了，一般情况下凑合也能用了，但日本人会继续重复这件事，直到把材料推平到最好，好到不能再好了才算完成。在日本当一个老师告诉学生做一件事需要两个小时，学生绝不会半小时做完，实验中每一步都想到把各种方案做到最好。样品有一点不够完美，即使已经可以用了，也要重复到“不可能再好”才算完成，而实验中每一个步骤都是如此追求完美和极致。 基于20多年的积累和对极致精神的理解运用，薛教授带领着团队，在很短的时间里成功制成了高质量的材料。一种百万量级原子中不能出现一个原子的误差或杂质的材料。正是在这个材料中，证实了量子反常霍尔效应的存在。 材料实现之难就如同要求一个人同时具有短跑世界冠军的速度、铁饼世界冠军的力量和体操世界冠军的灵巧。在实际的材料中实现以上任何一点都具有相当大的难度，而要同时满足这三点对实验物理学家来讲是一个巨大的挑战。 回首这4年研究的艰辛，薛其坤甚至也有点后怕。这项研究成果不仅是新中国成立以来中国人首次可以写入教科书的新的物理效应，同时将推动新一代低能耗晶体管和电子学器件的发展，加速推进信息技术革命进程。 ◎ 撰文 | 傅雪 ◎ 图片 | 潘之望 ※ 《科学大观园》2018年5月合（总第546期） 投稿可发至编辑部 邮箱 dgy_science@163.com |
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