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薛其坤:中国科学家要勇担世界责任

来源:科技日报2019-07-11 09:50

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  爱国情 奋斗者

  记者 李 艳

  近日,清华大学的招生宣传片《从一到无穷》讲述学习改变命运的故事,让中国科学院院士、清华大学副校长、物理学家薛其坤的励志经历又有了新一轮的传播——从物理不及格的“学渣”,到41岁成为最年轻的院士;从沂蒙山区的放牛娃,到走向世界的顶尖科学家,三十多年里,薛其坤每天工作15个小时,一路打拼,终于带领团队率先发现量子反常霍尔效应。

  薛其坤说,他的心中有许多“责任”,这些责任是具体而又多维度的。为着这些责任和使命,他乐于整日待在实验室里做研究;乐意从大学讲台到小学课堂,为孩子们做科普、讲科学;也愿意抽出时间去世界各地作学术报告。

  “我希望在孩子们的心里,科学家是有趣的、体面的、鲜活的,这样才会有更多年轻人愿意从事科学研究的工作;我希望中国科学家是开放的、有使命感的,我们有意愿、且有能力为世界科技的发展和人类文明贡献力量。习近平总书记说,我们坚持融入全球科技创新网络,树立人类命运共同体意识,深入参与全球科技创新治理,主动发起全球性创新议题。每一个科研一线的工作者都应该是践行者。”在清华大学物理系的办公室里,薛其坤向科技日报记者讲述着他作为科学家的“光荣和梦想”。

  量子反常霍尔效应

  ——量子世界的中国探索

  2019年开年之际,中科院院士薛其坤领导的清华大学、中科院物理所实验团队完成的“量子反常霍尔效应的实验发现”被授予2018年度国家自然科学奖一等奖。这一奖项意味着在过去几年里,薛其坤研究团队在量子材料的研究中取得一系列国际领先的科研成果,获得了学界的高度肯定。

  时间回溯到2013年,正是这项研究的一个关键的节点。3月15日《科学》杂志发表文章,宣布由薛其坤院士领衔的清华大学物理系和中科院物理所联合组成的实验团队,从实验上首次发现量子反常霍尔效应,这意味着量子霍尔效应物理领域一个期待已久的重要现象已经被中国科学家率先观测到。

  “量子反常霍尔效应”,这是一个大多数人听不懂的名词。然而,它却让微观世界的奇妙现象转换到宏观世界中成为可能。在微观世界里,在不需要强磁场的情况下,电子可在各自的跑道上按规则有序地、一往无前地奔跑,如果这些现象能在宏观世界得到实现,那么存在于我们神话传说中的穿墙而过、永动不停或将成为可能。

  从理论到实验

  ——薛其坤团队先行一步

  “我们最早是在国际学术会议中了解到量子反常霍尔效应的理论进展的,当时科研直觉告诉我这是一个很重要的研究方向,回来便跟团队商量着手进行相关的实验”,薛其坤每每回忆起这些往事,都会跟年轻人们强调了解前沿科学的重要性和科研判断能力的关键意义。

  2008年前后,华裔物理学家、斯坦福大学的张首晟教授等理论物理学家提出了用磁性拓扑绝缘体实现量子反常霍尔效应的方案,从理论上提出这一材料实现量子反常霍尔效应的可能性,但能否在实验中发现它还是未知数。作为长期从事量子物理研究的科学家,薛其坤认识到,这是一个非常值得在中国进行深入探究的领域。从那时起,他和团队就展开了对拓扑绝缘体中新奇量子效应的实验研究。

  从2009年起,薛其坤院士领导的实验研究团队与清华大学、中科院物理所、斯坦福大学的研究者合作,对量子反常霍尔效应的实验实现进行攻关。他们试验了1000多个样品,一步步克服了重重障碍,终于找到一种叫做“磁性拓扑绝缘体薄膜”的特殊材料,并从实验中观测到“量子反常霍尔效应”。

  光荣与梦想

  ——中国科学家的“使命”

  薛其坤说,从科学研究的角度看,发现量子反常霍尔效应是下一程科学研究的开始,因为科学探索的道路从未停止。他告诉科技日报记者,之前量子反常霍尔效应是在接近零下273摄氏度中实现的,要想真正实现应用,就需要把温度往上升,所以现在团队正在从这个方向上进行新的实验。

  就在刚刚过去的6月底,薛其坤和其他几位科学家一起去了欧洲几个国家。这段行程异常忙碌,每到一处,学术报告、交流、讨论都是满满当当。但薛其坤说,他很高兴,“因为这是中国科学家对世界科学发展的一点贡献”。

  这对薛其坤来说,是乐趣也是使命。薛其坤说,自己敬仰那些科技报国的科学家,也认同“科学家的使命在于让国家更加强大”,但是除此之外,他希望中国科学家以更开放的、更有责任感和使命感的心态为世界科学的发展、为人类文明的发展贡献力量。

  他说,科学家当然要求真务实,要爱国敬业,但是在这之外我们应该有更深远的责任和广阔的胸怀。正因为如此,中国科学家才要加倍努力,多出原创科学成果,引领世界科学技术发展。

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