“抓”量子的“皮實”科學家薛其坤

薛其坤。

“35歲當教授，42歲當院士，什么什么什么的光輝燦爛的簡歷，你們覺得我這個人聰明嗎？”

臺下的學生們齊刷刷地回答：“聰明！”

臺上演講的人是中國科學院院士、南方科技大學校長薛其坤。2021年，這段演講在短視頻平臺火了，網友們調侃他是在“凡爾賽”（網絡用語，意為用低調的方式展示自己的優越）。

今年6月24日，當薛其坤斬獲國家最高科學技術獎時，人們再次關注到他身上的“優越點”：年齡。他尚未滿61歲。從2000年頒發國家最高科學技術獎開始，直到今年之前，獲獎人在獲獎時的平均年齡大約是83歲。而薛其坤在尚未滿61歲的時候就獲得此項殊榮，實屬“年輕”。人們大多認為，“他一定是個天才”

可在薛其坤看來，真正天賦異稟的人寥寥無幾，他打了個比方：

“‘天才’和眾生一起登山。‘天才’日夜兼程，風雨無阻；普通人累了就休息，走走停停。當‘天才’登頂后，發現身后竟無一人；而此時在山腰休息的普通人看到他登頂會說，‘登頂的果然是天才，我們自愧不如啊’。”

攀登科學的頂峰，是關關難過關關過，薛其坤深知他是那個日夜兼程趕路的人。正如他對《環球人物》記者所言：“要想有所成就，要用一分天分，付出九十九分的努力。”

考了兩次39分

薛其坤的故事，起點是典型的勵志和“逆襲”。

1963年12月，薛其坤出生在山東省蒙陰縣。這里地處沂蒙山區腹地，“蒙陰”就是“蒙山之陰”。獨特的岱固地貌賦予這里山嶺縱橫的秀麗風光，也讓這里經歷了長時間的貧窮。薛其坤是看著父母起早貪黑干農活的背影長大的。那時，他的課桌是劈開的樹樁，連凳子都需要自己帶。

在堂兄弟的記憶中，兒時的薛其坤對待學習總是“很擰”（山東方言，意為執著）。吃飯時想到搞不懂的問題，他就放下碗筷到一邊想，直到完全弄懂才繼續吃�；謴透呖己蟮牡谌�年，薛其坤走上了高考考場，物理滿分100分，他考了99分。這個普普通通的農家子弟得以走出沂蒙山區，被山東大學光學系激光專業錄取。

在山東大學的4年，盡管薛其坤沒有缺席過一堂課，卻不是班里學習成績的佼佼者。本科期間，他獲得的最高榮譽是：大二時與室友合寫的一篇論文得了學校舉行的五四青年節科學論文比賽一等獎。這大大激發了他從事科研的熱情。

1984年，薛其坤大學畢業，懷著對科研的樸素向往，他決定報考研究生。然而，第一年考研，他的高等數學只得了39分。他毫不猶豫選擇“二戰”，這一次大學物理又得了39分。

兩次39分的打擊足以讓一般人退縮，但從小苦到大的薛其坤不一樣。“我也有過不愉快，可是這種情緒不會持續幾分鐘。”相反，薛其坤意識到自己在基礎知識上的短處，將連續失敗視作把基礎知識打扎實的好機會。1987年，薛其坤“三戰”終于成功，進入中國科學院物理研究所學習。

在這里，他的研究方向是凝聚態物理。這是一門研究凝聚態物質的物理性質與微觀結構以及它們之間關系的學科，而場離子顯微鏡就是能夠進入微觀世界的“眼睛”。在導師陸華的帶領下，薛其坤每天至少要試做3個場離子顯微鏡的樣品針尖。兩年下來，他做了1000多個針尖，“手藝”已臻化境。不過，薛其坤沒有得到一套像樣的數據能寫一篇論文畢業。“因為當時的儀器設備經常出問題，我在物理所修了4年的儀器。”

1992年，薛其坤在導師的推薦下，作為中日聯合培養博士生，前往日本東北大學攻讀博士學位。日方的聯合培養導師是櫻井利夫，一位物理學界學術“大拿”的關門弟子，主要研究領域是1981年才發明的掃描隧道顯微鏡相關研究。

薛其坤（左一）與導師櫻井利夫（左二）的合影。（受訪者供圖）

在櫻井利夫的實驗室，薛其坤經受了“早起晚歸”的嚴峻考驗。

首先遇到的是作息關。“困��！”薛其坤直言。櫻井利夫以嚴格著稱，他的實驗室被稱為“7—11實驗室”：每周6天，早上7點需到達實驗室，當晚11點之前不允許離開。困意襲來時，為了使自己能頭腦清醒地學習，薛其坤就“擰”自己的腿。實在頂不住了，他就跑到衛生間，坐到馬桶上打一個盹兒。“不能打的時間長了，20分鐘左右就得出去，否則會被人發現。”

其次是語言關。因為不懂日語，英語聽力又差，薛其坤起初幾乎聽不懂老師們的指令，當老師們帶著其他學生一起做實驗的時候，他連碰都不敢碰，只能怔怔地看著。老師們也看不上這個連語言都不通的學生：“你連我的話都聽不懂，我還怎么教你？”老師們說這些話時，薛其坤能察覺到他們帶有不信任的眼光。

背井離鄉、工作高壓、語言不通、不受待見……這讓薛其坤感到前所未有地受挫。“一年有七八個月的時間想放棄，想回家、想回國。”

確實有一部分同學熬不住離開了這個實驗室，但薛其坤堅持了下來。他說，自己是在沂蒙山區長大的孩子，“皮實”。

“皮實”的薛其坤心里憋著一股勁：想要做出一個像樣的科研成果，給推薦自己出國的導師和自己有個交代。為了這個目標，薛其坤每天只做三件事：“吃飯、睡覺、搞科研。”

一開始，薛其坤做的是“粗活”。他接到過一項任務：花3天時間，把上萬個螺絲擺整齊，并嚴格進行分類。在崩潰邊緣數次徘徊，薛其坤終于挺過了適應期，也熬過了做“粗活”的日子。實驗室的掃描隧道顯微鏡要求針尖既精細又穩定，購買的針尖總是不好用，薛其坤在做場離子顯微鏡研究時掌握的“絕活”就亮相了：他自己做。很快，整個實驗室都知道了，他是制備針尖水平最高的學生。

在這嚴格的工作環境下，他學會了怎么做掃描隧道顯微鏡實驗，掌握了分子束外延技術。接到第一個課題后一年半，薛其坤就取得了一個重要突破，這也是櫻井實驗室30年來的最大成果之一。就這樣，薛其坤成了櫻井實驗室當之無愧的科研骨干。用薛其坤的話說，“我這個最不受待見的‘丑小鴨’變成了‘小天鵝’”。

博士畢業后，薛其坤先后在日本東北大學金屬材料研究所和美國北卡羅來納州立大學物理系工作。但國外的職位并沒有讓他安心，“我始終無法踏實下來，即使是去買家具，也不愿意買太好的”，因為看到了中國與世界有著巨大的差距。薛其坤更加想回到祖國，“幫助國家做一點事”。

“山頂可能有櫻桃”

1994年，中國科學院啟動“百人計劃”，朱日祥、曹健林、盧柯等14位杰出青年科學家率先回到祖國。1998年，在材料科學領域已頗有名氣的薛其坤也入選該計劃，回國進入中國科學院物理研究所工作。

2005年，薛其坤調入清華大學物理系任職，年底，42歲的他當選為中國科學院院士。不久后，他將目光投向了物理學的一個前沿方向：拓撲量子物態。

當時，芯片已然成為信息時代最重要的工具之一，是處理大量信息的“大腦”。在指甲蓋大小的芯片里封裝數十億個晶體管，堪稱人類最復雜的壯舉之一�？墒�，當數據量指數性爆發，僅憑集成更多晶體管不再“一招鮮”，元器件的發熱問題成為限制算力提升的瓶頸。

在材料中，電子的運動是高度無序的。電子和電子、電子和雜質會不斷碰撞，產生電阻、發熱等。如果給薄膜材料外加一個強磁場，電子有可能立即“規矩”起來，沿著邊界不受阻礙地運動，這種有趣的現象叫做量子霍爾效應。1988年，美國的霍爾丹教授提出假設：在兼具自發磁化和電子態特殊拓撲結構狀態下，有可能在不外加磁場的情況下產生量子霍爾效應。這就是量子反�；魻栃�應。

多年來，量子反�；魻栃�應如同一個傳說中的“寶藏”，讓各國物理學家魂牽夢繞，卻沒人能證明它真實存在。

2005年，一種新的概念——拓撲絕緣體概念被提出�？茖W家認為，在拓撲絕緣體薄膜中引入鐵磁性，理論上有可能實現量子反�；魻栃�應。

但找到這樣的材料很難：它的邊緣態能導電，內部又是絕緣體，還得具備磁性，而磁體通常為導電體，這是一個自相矛盾的要求。因此，有人將這項全球實驗物理學家面臨的巨大挑戰，形容為“沒有賽道的競技場”。

薛其坤十分敏銳地捕捉到了這個新領域：“你能感覺到這個方向將會出現非常重要的東西。”這是一個重大科研機遇，“誰率先取得突破，誰就將在后續的研究和應用中占得先機。”

他的這份敏銳，也就是物理學家楊振寧常常提及的“學術品位”。

2008年，利用分子束外延生長等技術，薛其坤研究團隊研制出了國際最高質量的拓撲絕緣體樣品。

然而，能否在這種材料中觀測到量子反�；魻栃�應？何時能觀測到？誰也不知道，很可能終其一生都無法完成。薛其坤說：“這是理論物理學家給我們畫出的櫻桃。山頂可能有櫻桃，但到底有沒有，不知道。”

2009年起，薛其坤團隊開始對量子反�；魻栃�應進行實驗攻關。

一開始就不順利，團隊遭遇了長達1年多的瓶頸期，實驗毫無進展，許多博士生覺得干不下去了。關鍵時刻，薛其坤說了一番話：“我們現在從事的實驗工作是非常重要的，你們很可能發現到目前為止還從沒有人看到過的東西。要是看到了，這一輩子都值了；要是看不到，你們也能從中歷練、成長很多。”

這番話讓團隊成員“渾身發熱”，重整旗鼓。

但光有激情還不夠，勇闖“無人區”還要做好面對一次次失敗的準備。實驗的要求十分苛刻：必須要做出極其平整的拓撲絕緣體，表面凹凸1納米都不行。每制備一個樣品都非常不易，“順利的時候一周能做出5塊樣品，不順利的時候一個月也做不出來一塊”。

一次實驗不行，薛其坤就帶著團隊改進樣品、創新方法；還是不行，就再改進、再創新。4年多的時間里，這種精細到苛刻的樣品，薛其坤團隊前后制備了1000多個。薛其坤常常開玩笑：“我們的機器沒有停過，我們把機器都累‘死’了。”

薛其坤也沒有停過。即使是出差回到學校，晚上11點多還是要去實驗室。西裝和領帶來不及換下，一坐就是兩個小時。北大物理系教授楊威生評價薛其坤：“這個家伙，吃苦耐勞異于常人。”

但連這個“吃苦耐勞異于常人”的人，也有感覺做不下去的時候。薛其坤坦言：“總是今天好像看到了希望，出去吃一頓大餐慶祝，結果明天發現還是不行。不知道采取什么新的實驗方案。”

奇跡出現在2012年10月12日晚上10時35分。薛其坤收到學生常翠祖發來的一條短信：“薛老師，量子反�；魻栃�應出來了，等待詳細測量。”薛其坤不太敢相信自己的眼睛，立即打電話再三確認情況�？梢源_定的是，量子反�；魻栃�應的跡象有了。“那一天，真是有點‘柳暗花明又一村’的感覺來了！”

但嚴謹的科學精神告訴薛其坤，一次結果不能說明問題，需要用不同的樣品多次重復實驗。薛其坤團隊又進行了兩個月的集中測試和不斷鉆研。大功告成的那天是2012年12月16日，他們用一組十分漂亮干凈的數據，觀測到了量子反�；魻栃�應。

薛其坤（左三）和項目組主要成員一起慶賀觀測到量子反�；魻栃�應。

2013年4月10日，量子反�；魻栃�應成果發布會在清華大學舉行，楊振寧對此予以高度評價：“從中國實驗室里第一次發表出來了諾貝爾物理學獎級別的論文……是整個國家發展中的喜事。”

成果發布后，薛其坤團隊受到曾經領先的部分國際同行對實驗數據真實性的質疑。直到一年半后，日本和美國的2所國際著名高校研究團隊相繼復現了這一實驗結果，證明了實驗的可靠性，質疑才煙消云散。此時，全世界科學家紛紛對薛其坤團隊的成果表達了高度贊賞，薛其坤說：“讓他們信服中國的科學進展、見證中國的科學發展，是我作為一名科學家最樸素的職責。”

看到“山頂上的櫻桃”那一年，薛其坤不滿50歲。他不常提及困難，而是常常說起感謝。他說自己是個“幸運兒”，“一艘從沂蒙山區駛出的小船”，乘著改革開放的春風，上了大學，趕上了科學的春天，最終取得了“從0到1”的突破，“沒有國家的強大、經濟的發展，這個實驗是做不成的”。

“慈”與“嚴”

薛其坤也是一名教育工作者。他2005年起任清華大學物理系教授，2013年擔任清華大學副校長，2020年擔任南方科技大學校長。近20年的教育工作讓他桃李滿園，跟著他讀完博士、博士后的學生有120多名。薛其坤對此感到很驕傲，笑著說他們都能組成“一個連”了。

在學生們眼中，“慈”與“嚴”這兩種特質在薛其坤身上奇妙融合在一起，構成獨一無二的“薛教授”。

薛其坤（右）指導學生做實驗。

清華大學物理系教授王亞愚回憶：“去國外開會，薛老師會拿自己的錢給學生發零花錢。他手里存不住東西，經常有哪個學生夸他的東西好，他當場就送給人家。”薛其坤的辦公桌上，有時放著餅干，有時放著牛奶或面包。有學生做實驗到深夜仍未結束，他會一聲不吭跑到實驗室，進門就開始發小零食。

實驗室到處都要花錢，貴的儀器價值上千萬元，有些儀器要在極低溫環境下運行，需要用到液氦，液氦要幾百元一升，薛其坤就說：“你們用的是價值10輛奔馳的儀器，它們喝著‘茅臺’，你們一定要珍惜。”

生活中的薛其坤有著山東人樸實的特質。見到學生時，他總是笑瞇瞇地，是那種“咧開嘴，高興到心里的笑”。他一說話，山東口音濃厚，說英語也帶著口音。他把做實驗比喻成騎自行車。剛開始學，沒有成就感；等你學會了，騎自行車速度快了，就覺得很愉快。他也用對自行車的標準來要求學生：你要把儀器熟練掌握得像每天騎的自行車一樣，聽到鏈條響了知道該給它上油，鏈子斷了你要會修，讓儀器始終以一種完美的狀態去運行。

樸實的教導之外，薛其坤也會用細致到近乎嚴苛的標準來要求學生：進行任何實驗操作都要戴口罩、戴手套；論文中不能有多出來的空格，不能錯用標點符號；做一個實驗要做到別人再做會覺得“沒有油水可撈”的程度。

在薛其坤的學生們中間，有一段故事口口相傳，故事里的薛其坤罕見地紅了眼眶。那一次，薛其坤像往常一樣來到實驗室，碰到一名學生沒有盯著實驗，而是在電腦瀏覽無關網頁，頓時火冒三丈，嚴厲批評：“你們現在擁有這么好的實驗條件，卻不知珍惜，這不只是在浪費自己的時間，也是在浪費科研資源！”說到激動處，薛其坤眼含熱淚。

在嚴慈相濟的培養下，薛其坤帶領的團隊成員和培養的學生中，除了“一個連”的博士和博士后，還有1人當選中國科學院院士，30余人次入選國家級人才計劃。薛其坤發現，學生們在當了老師、有了自己的實驗室后，又自覺地把當年對他“頗有微詞”的那套細致、嚴苛傳統傳承了下去。

2020年，薛其坤擔任南方科技大學校長。今年7月4日，在南方科技大學2024屆本科生畢業典禮上，兩名畢業生給薛其坤送上一只南方科技大學足球隊簽名的足球，表示要和薛校長“切磋球藝”。薛其坤捧著足球站在學生中間，依然帶著那種“咧開嘴，高興到心里的笑”。

2024年7月4日，薛其坤（中）在南方科技大學2024屆本科生畢業典禮上與學生合影。

白天處理學校的行政事務，除了睡覺，其他時間盡可能用來做研究，薛其坤形成了一套自己的“2/3+1/6+1/6”工作時間規劃：2/3的時間從事管理，1/6的時間從事科學研究和指導，1/6的時間參加國內外活動�；�甲之年，他忙得不亦樂乎，但他的身上看不出一點高強度工作帶來的疲憊，而是展示出一種愉悅和從容。

他不止一次提到他對于當下狀態的“享受”。“我還是非常喜歡我的工作，不管是帶學生做科學研究，還是管理好一個大學，只要身體允許，我還是希望把更多的時間放在自己喜歡的工作上面。所以我經常自嘲，生命不息，奮斗不止，我很享受。”

這艘從沂蒙山區駛出的“小船”，仍在路上。