薛其坤與他的量子世界

馬倩　汪婷婷

2013年3月15日，《科學(xué)》雜志發(fā)表了一項震驚物理學(xué)界的成果—薛其坤領(lǐng)銜的團(tuán)隊在實驗中首次發(fā)現(xiàn)量子反?；魻栃?yīng)。

新聞發(fā)布會上，楊振寧的評價讓人更加明白這項成果的分量?！斑@讓我想起很多年前接到物理學(xué)家吳健雄的電話，她第一次告訴我在實驗室做出了宇稱不守恒的實驗，這個發(fā)現(xiàn)震驚了世界。今天，薛其坤及其團(tuán)隊的實驗成果，不僅是科學(xué)界的喜事，也是整個國家的喜事?！?/p>

有人說，如果沒有“同時間賽跑”的執(zhí)著，就沒有這項科研成果。

“真是拼?！鼻迦A大學(xué)物理系前主任朱邦芬院士如此感嘆，“早上7點進(jìn)實驗室，晚上11點才離開，這樣的作息時間，薛其坤已經(jīng)堅持了20年?！睅缀跛姓J(rèn)識薛其坤的人都知道他“7-11”的生活軌跡。

薛其坤沉浸于量子世界十余載，他既探索如何同量子世界交流，又保持同外界、學(xué)界的對話。他說，實驗室生活與其說是刻苦，不如說是忘我。

當(dāng)中國科學(xué)院院士、清華大學(xué)副校長等光環(huán)籠罩著他，他更習(xí)慣學(xué)生叫他“薛老師”。他說，科學(xué)發(fā)現(xiàn)沒有第二，需要爭分奪秒，沒有退路。

他常說，“7-11”的生活不是誰都可以。你若不能深入其中，這樣的刻苦便是一種痛苦，最終會讓人崩潰；你若進(jìn)入了這個科學(xué)的世界，便能從中獲得快樂，這樣的堅持是一種享受。

2012年10月的一個晚上，薛其坤收到學(xué)生短信，他們在實驗中發(fā)現(xiàn)了量子反?；魻栃?yīng)的跡象。

薛其坤立即組織團(tuán)隊人員，設(shè)計實驗方案，部署實驗細(xì)節(jié)，馬上實施檢測實驗。

接下來幾天的實驗中，團(tuán)隊成員用“誠惶誠恐”形容當(dāng)時的心情。25800歐姆，所有人期待著這個標(biāo)志性的數(shù)值。數(shù)據(jù)不停地跳動著，15800、20000、25800！數(shù)據(jù)停住了！

世界量子物理學(xué)將記住這一刻—在美國物理學(xué)家霍爾于1880年發(fā)現(xiàn)反?；魻栃?yīng)130多年后，人類終于實現(xiàn)了其量子化。

量子反?；魻栃?yīng)的特征性行為順利得到驗證：材料在零磁場中的反常霍爾電阻達(dá)到量子電阻的數(shù)值并形成一個平臺，同時縱向電阻急劇降低并趨近于零。

結(jié)果揭曉當(dāng)天，薛其坤帶了兩瓶香檳，與團(tuán)隊合影，留下這珍貴的回憶。這天，離2008年10月實驗開始已整整4年。

對于量子霍爾效應(yīng)，薛其坤打了個比方：普通狀態(tài)下的電子運(yùn)動軌跡是無序的，時有碰撞。量子霍爾效應(yīng)里的電子在外加磁場的情況下，運(yùn)動在“高速公路”上，分道行駛。

而在量子反?；魻栃?yīng)中，無需在材料中加外磁場，即可實現(xiàn)電子的“分道行駛”。這解決了外加磁場在實際應(yīng)用中“價格昂貴”“體積龐大”“不適于便攜式電子設(shè)備”這些難題。

薛其坤介紹，拓?fù)浣^緣體上實現(xiàn)量子反?；魻栃?yīng)由美國斯坦福大學(xué)華裔科學(xué)家張首晟等人在2008年首次提出。然而實際中，能夠制出滿足實驗需求的拓?fù)浣^緣體材料絕非易事。

薛其坤及其團(tuán)隊卻勇敢地?fù)?dān)起使命。

開始，他們沿國際上技術(shù)路線進(jìn)行嘗試，總是失敗。漸漸地，他們探索用不同元素和結(jié)構(gòu)來生長材料。1000個樣品，一次次生長、測量，一次次不順利、調(diào)整，再生長，再測量……終于，一個個激動人心的成果接踵而至：

2010年，完成對1納米到6納米厚度薄膜生長和輸運(yùn)測量；2011年，實現(xiàn)對拓?fù)浣^緣體能帶結(jié)構(gòu)的精密調(diào)控，使其成為真正的絕緣體，去除了體內(nèi)電子對輸運(yùn)性質(zhì)的影響；最終利用外加?xùn)艠O電壓實現(xiàn)了對其電子結(jié)構(gòu)的原位精密調(diào)控。

如今，量子反?；魻栃?yīng)的發(fā)現(xiàn)，讓薛其坤及其團(tuán)隊“亮劍”國際。在團(tuán)隊眼中，攀登新的科學(xué)巔峰時不我待。

薛其坤出生和成長于沂蒙山區(qū)。作為1977年恢復(fù)高考后第四批上大學(xué)的幸運(yùn)兒，上世紀(jì)90年代出國深造后，他先后在日、美留學(xué)和工作8年，在祖國需要的時候，滿腔熱忱回到中國。

憑借對科學(xué)的好奇心、對工作的熱愛、對科研的責(zé)任心與擔(dān)當(dāng)，回國后的薛其坤鉆進(jìn)實驗室，十幾年如一日，沒有休息過一個完整的假期和周末，每年平均工作時間在330天以上，每天工作時間在15小時左右，年平均工作時間高達(dá)5000小時……

終于，在實驗的復(fù)雜性、不確定性、實驗精度要求和實驗難度等方面，薛其坤及其團(tuán)隊都達(dá)到世界頂尖水平。

在國家創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展的戰(zhàn)略下，薛其坤感到肩頭沉甸甸的責(zé)任。

在他看來，國家為越來越多的科學(xué)家提供了寬松的科研環(huán)境、更多的基礎(chǔ)投入，科研人員需要以更大的熱情、更忘我的精神再攀高峰。

“把科研工作一步一步做上去，把學(xué)生一個一個培養(yǎng)出來，唯有如此才能為實現(xiàn)中華民族偉大復(fù)興的‘中國夢貢獻(xiàn)出自己的力量?！边@就是這位科學(xué)追夢人如今最樸素的愿望。

（本文轉(zhuǎn)自《瞭望》新聞周刊）