巴克利奖,凝聚态物理学领域的最高国际奖项。
不久前,中国科学院院士、清华大学教授、南方科技大学校长薛启坤获得2023年巴克利奖,成为该奖项自1953年颁奖以来首位中国获奖者。
国家自然科学奖一等奖、菲利兹·伦敦奖、未来科学奖; 35岁成为教授,42岁成为中国科学院最年轻的院士之一,克服了困难......50岁时的量子世界然而,与他辉煌的履历相比,薛启坤的人生和科研之路并不平坦。
科学就是科学,我们决不能有丝毫马虎,人才的培养也要循序渐进,没有丝毫的飞跃。 为了挑战国际权威,做科学研究需要批判的态度和坚定的方向。 ”
院士的“7-11”的皮革实心
瘦! 薛启坤用带有浓重山东口音的普通话形容自己。
他说,从沂蒙山出来的孩子们不怕挫折。
这个来自山东省临沂市蒙阴县山村的年轻人,在小学时就把成为科学家的种子种在心里。 从教科书中,他了解了牛顿和爱因斯坦,并意识到成为一名科学家可以为社会带来巨大的利益,他渴望走出大山,学习更多的技能。
他的梦想开始得很顺利,高考物理99分(满分100分),顺利考入山东大学光学系激光专业。 然而,研究生入学考试的挫折,以及随之而来的攻读博士学位的打击,让他“出乎意料”。
薛启坤曾多次提到自己的考研经历。 大学毕业后,他第一次参加研究生考试,高等数学得了39分,不及格。 毕业后,他去曲阜师范大学任教,又考上了研究生院,但又一次失败了。 直到1987年,他才终于考上研究生院,进入中国科学院大学物理研究所,主修凝聚态物理。
“皮石”这个角色,不仅赋予了薛启坤强大的抗击能力,也让他在科研的道路上经受住了挑战。
硕士毕业后,薛启坤选择继续攻读博士学位。 碰巧的是,他的导师陆华先生获得了与日本历史最悠久的大学附属研究机构东北大学金属材料研究所联合培训的机会。 在这里,薛启坤迎来了人生中最艰难的时刻。
导师樱井敏夫的实验室被称为“7-Eleven实验室”,要求非常严格:每周工作6天,早上7点到实验室,晚上11点之前不离开。 薛启坤对那些年记忆犹新:“每天有三件事,吃饭、睡觉、从事科研。 有时我太困了,坐在马桶上睡着了。 ”
除了身体和毅力测试外,语言障碍是精神上的折磨。 薛启坤几乎听不懂导师的吩咐,导师和同学们一起做实验的时候,他连碰都不敢碰,只能发呆地看着他们。 很多去日本留学的学生受不了折磨,“逃”了回来,身心疲惫的薛启坤濒临崩溃。 他坦言,这是个人成长最艰难的时期,“一年中有七八个月我想回家”。
有一次,刚上学的薛启坤和儿子是**。 儿子说:“爸爸,让我给你背诵我刚才学的经文:'我是中国人,我爱我的祖国......稚气未脱的孩子的声音,让已经离开家乡的薛启坤激动不已,心中燃起了一团爱国之火。 他决心克服困难,坚持不懈。
薛启坤每天第一个到达实验室,最后一个离开。 一年半后,他取得了重要的科学突破,这是日本东北大学近三十年来最重要的成就。 薛启坤终于感觉到,自己在山东农村放牛的宝贝脑子里那个朦胧的梦境,开始变得真实了几分。 他也开始体会到做科研的美妙,当他收集到精彩的数据时,他突然发现“我已经三个小时没有抽烟了”。
薛启坤开始在国际物理学界声名鹊起。
1996年,薛启坤受邀在美国物理学会年会上发表演讲,英语口语差得让他不知所措。 为了确保万无一失,他把要说的每一个英文单词和句子都写下来,模拟了80多次。 听到掌声和赞美声,薛启坤觉得“夏天口渴的时候就像喝冰水一样,很舒服”。
博士毕业后,他留在导师樱井敏夫(Toshio Sakurai)的身边,在日本东北大学金属研究所工作。 但国外的官职并没有让他放心,“我从来没能安定下来,就算去买家具,也不愿意买太好。 他一直渴望回来,为祖国服务。
终于,在36岁那年,机会来了。 1998年,凭借出色的科研能力,通过中科院“百人计划”回国,正式加入物理研究所。
凭借超强的勤奋能力和扎实的科研能力,在短短几年时间里,“扎实”的薛启坤获得了多项重要荣誉,包括中国青年科学技术奖、国家自然科学奖二等奖、中科院优秀科技成果奖等。 2005年,薛其坤赴清华大学物理系工作,11月当选为中国科学院院士。 彼时,他刚刚过了不糊的年龄,是那些当选院士中最年轻的。
回国多年,无论是在中科院还是清华大学,薛其坤始终保持着“7-11”的常规,被师生们戏称为“7-11”院士。 清华大学物理系原系主任朱邦芬院士回忆说,“我曾经和他一起出差,晚上12点回到北京,他还是坚持要去实验室再看一眼。
我可以说,只要我不睡觉,我就在工作。 薛启坤笑着说。
攀登最陡峭的科学山峰
对于山里的孩子来说,爬山几乎是本能的。 在攀登科学高峰的路上,薛启坤选择了最陡峭的山峰。 多位认识薛启坤的师生告诉记者,薛启坤具有非凡的挑战精神,难度越大,越真实。
“量子反常霍尔效应”是一种基于全新物理原理的科学效应,被誉为物理学研究皇冠上的“明珠”。
什么是量子反常霍尔效应? 在采访之前,我们填鸭式阅读了很多关于量子反常霍尔效应的信息,但还是一头雾水。 没想到薛启坤院士寥寥几句话就说清楚了。
如果把电子比作人,电子在计算机芯片中的运动是不规则的,就像人走在乱七八糟的农贸市场里一样,总是会绕道碰人,会发热,效率也不高。 量子霍尔效应是一条高速公路,电子可以沿着不同的车道和方向前进。 不幸的是,量子霍尔效应需要非常强的磁场,而且价格昂贵,这阻碍了其在现实生活中的应用。 薛启坤表示,量子反常霍尔效应与量子霍尔效应不同,后者不依赖强磁场,是由材料本身的自发磁化产生的,因此在应用上比之前发现的量子霍尔效应要方便得多。 自1998年以来,理论物理学家一直在提出各种方案,但实验没有取得任何进展。 世界顶级研究小组正试图解决这个问题。
2008年,中国物理学家张守生提出了磁性拓扑绝缘体中量子反常霍尔效应实验的方向。 但是找到合适的材料是一个巨大的挑战,是否以及何时可以在这种材料中观察到量子反常霍尔效应是任何人的猜测,这是一个可能一辈子都无法完成的项目。
然而,薛启坤毫不犹豫地选择了攀登这座山峰。
薛启坤团队用于实验的样品是用原子逐层布置的。 5纳米的厚度相当于一根头发的1/100,000,并且很难准备每一根头发。 在四年的时间里,他们制备了 1,000 多个样品,并经历了无数次失败。 每次失败后,薛启坤再次带领团队改进样品,创新方法; 再次失败,再次改进,再次创新。
2012年10月的一天晚上,薛启坤收到一个学生发来的短信:“薛老师,量子异常霍尔效应出来了,正在等待详细的测量。 他压抑着心中狂跳的心情,立刻打电话给**,连连确认情况。 然后,他迅速回到实验室,并立即组织他的团队成员设计了几个协议并部署了下一个实验。 严谨的科学精神告诉他们,一次的结果并不能说明一切,实验需要用不同的样品重复多次。
经过两个月的密集测试和不断研究,薛启坤的团队终于测试出了完美的实验数据。 薛启坤回忆说,在到达最终数字的那天,他带着团队带了两瓶香槟,庆祝这个“奇迹时刻”。 这一结果发表在美国《科学》杂志上,对国际物理学界产生了重要影响。
高温超导的机理是薛的团队想要克服的另一个问题。 2012年,薛启坤带领清华大学物理系研究团队,发现了单层铁硒与钛酸锶衬底结合产生的界面高温超导性。 这一发现挑战了主流共识。
当时确实存在一些疑问,我们团队没有做高温超导,在这方面没有基础,其他人也对我们的资质有些疑问。 薛启坤回忆说,“还好大家都坚持了下来。 ”
在清华大学物理系副主任、量子异常霍尔效应小组成员何珂的眼中,薛启坤有着对科学的真挚热爱和报效祖国的坚定信念:“薛老师总是鼓励我们思考一些大问题,走在科学的前沿, 并考虑哪些问题可以引领新的方向。 ”
因为量子反常霍尔效应的重要科学发现,薛启坤迎来了人生的高光时刻,斩获无数奖项。
2016年,薛启坤获得首届未来科学奖; 2018年获国家自然科学奖一等奖; 2020年,他获得了弗里兹伦敦奖; 2023年,他获得了巴克利奖......
名气之下,薛启坤有自己的坚持:作为科学家,应该追求知识,追求科学,而不是奖项。 “为了挑战国际权威,我们需要对自己的方向持批判态度和坚定态度,以便继续我们的工作。 薛启坤说。
让我们“1+1>2”。
在同学们眼中,薛启坤严谨仁慈,没有丝毫的嚣张。
为了培养学生的科学精神,他极其严格和认真,对学生的要求几乎是苛刻的:把烧杯洗到他认为最干净的程度; 在集团工作了五六年,操作大型物理实验仪器就像骑自行车一样,闭着眼睛就可以骑; 如果没有标点符号错误,学生就无法撰写报告。
薛启坤认为,物理实验的成功是建立在扎实的基本功之上的。 “这有两个好处:一是当有科研机会时,你有足够的技术水平去争取; 第二,在掌握大量实验数据的基础上,通过对数据的仔细分析,寻找规律,培养科学的眼光。 ”
严厉的老师的另一面是仁慈的老师。 当实验过程非常困难或缓慢时,薛启坤会鼓励学生,告诉他们“你很优秀”。
他对待他的学生就像对待自己的孩子一样。 “我们去国外开会,薛老师用自己的钱给学生零花钱。 他手里拿不着东西,经常有学生表扬他的东西好,他就当场送人。 清华大学物理系教授、量子反常霍尔效应小组成员王亚宇说。
他鼓励学生尝试发现实验的乐趣,“例如,如果你学会骑自行车,你只是开始学习,你不会感到成就感。 当你学会如何骑快速自行车时,这很有趣。 在薛启坤看来,实验不是简单的重复,每一步都在变化,有意外,有新事物出现。
做具有挑战性的实验并感到压力是常态。 作为导师和长老,首先要做的就是给予精神上的鼓励。 ”
除了对基本功的严格要求外,薛启坤还非常重视培养学生的团结协作能力。 每得奖一次,他都会“缩回去”,把年轻人往上推,也注重平衡每个人的机会。 他让这些科学界的新生力量明白,科学研究不能单打独斗,每个人都有自己的角色,只有紧密合作,才能发挥“1+1>2”的奇迹效应。
在攻克量子异常霍尔效应高地的四年里,薛启坤经常和队员们一起“泡”在实验室里,每周召开小组会议汇报实验进展,还经常组织篮球赛、羽毛球赛等文化建设活动——和谐的团队环境让协同创新成为可能。
中科院物理研究所研究员戴习非常感慨:“这项研究有三四十名参与者,整个团队就像一个串联电路。 拿走任何“电阻器”,电路将无法工作。 如果没有这么好的合作模式和流程,很难想象我们会这样做。 ”
薛启坤这样看待科研队伍的建设:“只有一支好的科研队伍,才能孕育出一流的科研成果和科学家。 它就像一台机器,只有当每个组件都充分工作时,它才能很好地工作。 ”
他总觉得自己肩上的担子很重,“科学就是科学,我们决不能马虎,人才的培养一定要循序渐进,没有丝毫的飞跃。 ”
越基础,越前沿
2020年11月,薛启坤被任命为南方科技大学校长。 在这个实验领域,他展现出了更大的格局和境界。
上任第一天,他就访问了理学院和工程学院,调查基础研究。
越基础,越前沿薛启坤认为,基础研究是整个科学体系的源泉,是一切技术问题的总机关。 他以盖房子为例,“做基础研究相当于打基础,做'0到1'就是建一楼。 大力支持能够满足国家重大需求和自主发展的基础研究,不仅可以占领科学高地,还可以开拓新的应用高地,引领未来。
在薛启坤看来,过分注重科学研究的“实际应用”,从长远来看,会影响基础科学研究的发展,损害科学研究。 为国家留人才做“无用”的基础研究,让做基础研究“像赚钱一样快乐”,是他当总统后开始做的第一件事。 他感叹道:“基础研究往往需要很长的时间,有时甚至可能要花一个人的一生。 你必须有能够坐在冰冷的长凳上,忍受孤独的精神。 ”
作为南方科技大学校长,薛启坤马不停蹄地进行一系列改革:调整科研模式和人才培养模式,提出“南方科技大学2035课题”,打造南方科技大学“三大发展战略”,打造“专业+通识教育”、“学院+院系”、“科教+产学研”的培养机制。
作为一所在理工科领域享有盛誉的创新型大学,南方科技大学尽最大努力鼓励从0到1的创新:PI制度(学术带头人制)确保教学和研究序列中的每位教授都是独立研究小组的负责人,并拥有独立的实验室和启动资金,即使是初出茅庐的博士后。 除了丰厚的科研启动资金外,科研导师制度也让青年学者获得院士的指导。
数据显示,近年来,南方科技大学建立了10余所高校级科研机构,形成了关键技术和未来技术专项平台和团队研究模式,为基础研究奠定了坚实的基础。
在采访中,薛启坤反复强调评价改革的重要性。 “一些面向未来的基础研究,虽然目前看起来'没用',但未来可能有无限的应用前景。 所以,尽量少问他们,“你的研究有什么用”。 薛启坤认为,评价不能变成庸俗的“统治者”。
他以第二轮“双一流”建设高校和建设学科入选的数学学科为例,数学学科正在完善考核奖励机制,考虑更长的滚动考核周期。 “在这个周期内,只要教学任务最终完成,教师的科研成果就不会每年都考核,期满后再考虑最终考核和长期聘用,这样给教师更多的自由探索空间。 ”
除了科研团队的年轻人,南方科技大学的院系还让薛启坤成为了一批本科生的人生导师,这是一个相互选择的制度,一些对科研感兴趣的本科生,从入学第一年开始,就可以和心中的大科学家进行深入的交流。
要成为武术大师,您必须练习基本技能。 薛启坤强调,人才培养的一个重要方面是动手能力的培养。 他举例说,南方科技大学大部分本科生在校期间都要接受学术培训,他们像研究生一样进入实验室做科研,提前培养他们的研究能力和动手能力,“要依靠优秀的专业教师,为学生打下坚实的基础。
如今的薛启坤更是忙碌了。
要注意团队中年轻人的科研方向是否偏离,作为学校的校长,他也应该负责很多行政工作。 作为国内顶尖物理学家,薛启坤依旧走在追逐梦想的道路上。 他透露,团队仍在两个方向上工作:一是对量子反常霍尔效应和拓扑绝缘体的研究,二是对高温超导机理的研究。 “高温超导的机理是凝聚态物理学中的世纪问题,如果我们解开这个谜团,就有可能设计出高温超导材料,在室温甚至更高温度下实现超导性,这将是对全人类的重要贡献。 薛启坤满怀期待。
六十年来,这位走出沂蒙山的科学家,依然享受着追逐科学梦想带来的快乐。
《中国教育报》,2024-01-11,第4版
作者:记者 于振东 卢万龙.