量子“足球场”上的“前卫”

他是凝聚态物理领域的著名科学家，取得了多项引领性的重要科学突破。他率领团队首次实验观测到量子反常霍尔效应，在国际上产生重大学术影响；在异质结体系中发现界面增强的高温超导电性，开启了国际高温超导领域的全新研究方向。

“一个人能走多远？他的学术大厦能建成两层楼、五十层楼还是数百层的楼？这很大程度取决于他基础知识所筑就的地基。”作为首个获得奥利弗·巴克利奖、菲列兹·伦敦奖的中国籍科学家，薛其坤两次在诺贝尔论坛作特邀报告。

奥利弗·巴克利奖是国际凝聚态物理最高奖，菲列兹·伦敦奖是国际低温物理最高奖，为何薛其坤能获得这两项大奖？正是由于薛其坤带队在基础研究领域，取得了量子反常霍尔效应和界面高温超导等国际引领性重大科学突破。

6月24日，中国科学院院士、清华大学教授、南方科技大学校长薛其坤站上领奖台，获颁2023年度国家最高科学技术奖。

“国家的富强给科学家攀登科学高峰、冲击世界科学问题，提供了强大支撑和良好条件。”薛其坤亲身感受到，国家的改革开放等好政策，为他和一大批科学家创造了实现梦想的机会。

如何让一个运动员，同时拥有短跑运动员的速度、篮球运动员的高度和体操运动员的灵巧？在实验发现量子反常霍尔效应的过程中，薛其坤团队就遇到了类似难题，因为他们要制备出磁性的、拓扑的、体绝缘的高质量材料。

这种材料将成为勇攀凝聚态物理科研高峰的“登山杖”。从20世纪80年代初开始，一系列量子霍尔效应的发现，开启了拓扑量子物态这一新研究领域，为发展低能耗电子器件指明了新方向。然而20多年来，人们一直没能在真实材料中，实验发现量子反常霍尔效应。

面对众多挑战，薛其坤在2002年，带队将分子束外延、扫描隧道显微镜和角分辨光电子能谱等多种互补的精密实验手段，创新地互联成一个超高真空系统。该系统在量子材料原子尺度可控制备和表征方面，提供了国际通用的强大实验技术，现已被国际上近百家研究组采用。

“物理学科发展至今，已很难在理论层面取得重大突破。”薛其坤认为，在科研竞争中，要想跑赢很多更聪明、更勤奋的同行，抢先揽下实验层面的“瓷器活”，需要潜心打好科学研究仪器这把“金刚钻”。

清华大学物理系副教授冯硝曾是薛其坤的博士生，在参与高温量子反常霍尔效应课题攻关时，她将脉冲激光沉积技术与分子束外延设备结合，扩展了可探索的材料体系。

凭借超分子束外延—扫描隧道显微镜—角分辨光电子能谱超高真空联合系统这把“金刚钻”，薛其坤团队可在原子尺度上精确控制薄膜生长，还能观测薄膜的生长形貌、缺陷和电子结构等。他们做出了高质量拓扑绝缘体薄膜。从2009年起，薛其坤团队与清华大学、中国科学院物理研究所、斯坦福大学的专家，强强联合，对量子反常霍尔效应进行艰难的实验攻关。

团队20多位研究生努力4年多，制备出1000多个样品。历经无数次失败、改进、创新，2012年底，薛其坤团队在世界上首次于实验中观测到了量子反常霍尔效应。

这是当时已知的量子霍尔效应家族成员中，最后一个被实验发现的，也是唯一一个在中国发现的。这一研究成果有可能为未来信息技术革命开辟新赛道。如将量子反常霍尔态和超导态结合，所获得的量子态，可解决量子计算研究中的关键问题，有可能使科幻电影中的超高算力计算机成为现实。

薛其坤在年轻时喜欢踢足球。在他看来，踢足球和做物理学研究一样，都需要有全局思维，找到战略突破点。

“要解决物理学的重大科学问题，就需要了解物理学的过去、现在和未来，在洞察整体形势以及自身研究优势后，才能把好方向、精准出击。”薛其坤将界面高温超导、量子反常霍尔效应等，作为团队持续多年的主攻方向。

自1986年发现铜氧化物高温超导体以来，人们还没发现常压下超导转变温度在液氮温区附近的新超导体系。按以往的理论和实验，当超导材料变得很薄时，其超导转变温度一般会显著降低。寻找高温超导新材料，探求高温超导机理，是整个物理学界最关注的问题之一，科学价值极大。

2008年，薛其坤带队利用异质结界面，设计高温超导体系。经过持续攻关，2012年，薛其坤团队在钛酸锶衬底上外延生长的单层硒化铁薄膜中，发现了界面增强的高温超导电性。这是1986年人类发现铜氧化物以来，在常压下超导转变温度最高的超导体，也为解决高温超导机理开辟了全新途径，引起国内外大量追踪研究。

为何能带队屡获重大科研突破？“作为团队带头人，要在战略上做好规划，选准基础研究的方向、重点。”薛其坤将海量阅读、独立思考、广泛交流，作为科研人员提升判断能力的诀窍。

“我们一线科研人员基本每天都要看最新的科学文献等，我就要求学生认真翻阅文献，看完之后不但要理解作者做了什么、得到了什么结果，还要反复思考，给自己多提几个问题，例如这篇文献给我最大的启示是什么？”在薛其坤看来，看一篇文献可能只需两小时，但可能要花两三天才能问出一个好问题。这有利于引导学生独立思考，有效提高科研判断能力。

通过让学生做月度工作报告、课题进展报告等，薛其坤经常引导学生从分析数据等日常实验中跳出来，从更高远的角度，去深入思考所攻关的科学问题。

薛其坤曾把自己比为一条从沂蒙山区驶出的小船，“父母给了小船生命。小船有毛病了，导师帮他修修；方向不对了，导师给指导指导。我的学生赋予了小船更青春的生命……”

三位导师对薛其坤影响很大。读研时，中国导师陆华教授教会他遵循基本规则；留学时，日本导师樱井利夫教会他精益求精，美国导师DavidAspnes引导他提升科学判断力。

当成为师者，薛其坤非常看重学生的学习兴趣和与人沟通的能力。在教导学生时，他多次强调，“要勤奋、认真、团结”。

“薛老师常说，单打独斗难以完成重大科学问题，需要不同技术、领域的人合作，这样研究成功的可能性就会更大。他就特别擅长把大家拧成一股绳。”冯硝也努力将薛其坤的教导，传递给自己的研究生们。

薛其坤培养了120多名博士生、博士后，并带着他们一起追求极致。他带领的团队成员或培养的学生中，已有一人入选中国科学院院士，30余人次入选国家级人才计划。薛其坤常把这视作他个人最成功的一点。

而科教融汇帮薛其坤及其学生练就了较强的科研能力。薛其坤认为，研究型大学也应加强科学技术研究，并发挥好自身“五育”并举的强项，培育更多创新人才。

薛其坤领导建设了低维量子物理国家重点实验室，这是清华大学理科第一个国家重点实验室。担任南科大校长后，他提出一流新型研究型大学发展的“三三五”方略，带领学校成功入选“双一流”。

“新型研究型大学最基本的特点，就是将科学研究和课堂教学融为一体。”薛其坤表示，南科大全力构建科研能力突出的教师团队，强化科教融汇，力求为国家高水平科技自立自强培育更多拔尖创新人才。

发掘和培养拔尖创新人才是项系统工程，高等教育难以独立完成。“如果很多中小学校还将分数作为培养、评判人才的唯一标准，应试教育的学科培训、学科竞赛等仍大行其道，就会扼杀很多好苗子。”薛其坤强调，没有高质轻负的基础教育，就难以营造好拔尖创新人才纷纷破土而出的生态。

薛其坤通过开讲座、担任荣誉班主任等方式，参与“高中—高校贯通式人才培养模式”，并呼吁更多学校开展类似探索，“中小学校、幼儿园要在孩子们心中播下热爱科学的种子，守护好孩子们灵动的天性、好奇的眼睛、创新的热情和求知的初心”。

薛其坤最喜欢杜甫的《望岳》，他时常用这首诗勉励自己和学生，“如果用‘荡胸生曾云’的胸怀与境界去做科学研究，用‘决眦入归鸟’的专注和洞察力抓住事物本质，付出艰苦的努力和奋斗，总有一天你会登上更高的科学高峰，‘会当凌绝顶，一览众山小’”。