关键词:他率领团队历时4年多制备并系统研究1000多个样品,在实验上首次观测到量子反常霍尔效应,为低能耗电子器件打开全新的物理基础

薛其坤:给电子修一条不堵车的高速路

薛其坤,男,1963年12月生,山东蒙阴人,中国共产党党员,中国科学院院士。1984年毕业于山东大学,1994年在中国科学院物理研究所获博士学位,1992年至1999年先后在日本东北大学金属材料研究所和美国北卡罗来纳州立大学物理系学习和工作。1999年回国进入中国科学院物理研究所,2005年起任清华大学物理系教授,同年当选中国科学院院士。曾任清华大学理学院院长、物理系主任(2010年至2013年),清华大学副校长(2013年至2020年),2017年起任北京量子信息科学研究院首任院长,2020年起任南方科技大学校长,2022年起任粤港澳大湾区量子科学中心主任。

1992年6月,29岁的薛其坤来到日本东北大学金属材料研究所,联合培养导师樱井利夫的实验室有条规矩:每周工作6天,早上7点到岗,晚上11点前不得离开。语言不通,技术不熟,他一度在放弃的边缘徘徊,还是把自己从崩溃边缘拽了回来。凭着这股韧劲,仅用一年半,他做出这家实验室近30年最具突破性的研究成果。那个被称为“7-11”的作息,他带回国,一坚持就是20年。

2008年起,薛其坤带领清华大学物理系和中国科学院物理研究所的联合团队,向量子反常霍尔效应发起攻关。这个效应不依赖强磁场,靠材料本身的自发磁化产生量子化电导,好比让电子各行其道、互不碰撞,能让电子器件少发热、少耗电,是全世界物理学家追寻了百余年的目标。要让材料同时具备磁性、拓扑和绝缘三种本就互相矛盾的性质,难度难以估量。

四年多时间里,团队制备并系统研究了1000多个厚度仅5纳米的原子级样品,一次次失败、调整、再测量。2012年10月的一个晚上,实验中出现了量子反常霍尔效应存在的迹象,薛其坤连夜组织设计下一步方案。又经过两个月的集中测试,数据终于完美。2013年3月,成果在美国《科学》杂志发表,这是反常霍尔效应自1880年被发现以来首次在实验上实现量子化。

诺贝尔物理学奖得主杨振宁评价说:“这是从中国实验室里,第一次发表出了诺贝尔奖级的物理学论文!”美国和日本的实验室随后重复出这一结果,国际同行的疑虑烟消云散。这项发现为发展低能耗电子器件提供了全新的物理基础,为中国在下一轮信息技术革命中赢得了战略主动。

量子之外,薛其坤团队还盯上了另一个世纪难题。2012年,他们在单层硒化铁与钛酸锶衬底结合的体系中发现界面增强的高温超导电性,这一发现与当时国际主流认识不同,一度连论文发表都很困难。团队顶住质疑坚持研究,持续提出独有观点,开启了高温超导领域的全新研究方向。

荣誉接踵而至。2016年,薛其坤获首届未来科学大奖;2018年度,他作为第一完成人获国家自然科学奖一等奖;2022年,他作为首位中国籍科学家获国际低温物理最高奖菲列兹·伦敦奖;2024年,他作为首位中国籍科学家获国际凝聚态物理最高奖奥利弗·巴克利奖,该奖自1953年授奖以来首次颁给中国国籍物理学家;2024年6月24日,他获2023年度国家最高科学技术奖,成为该奖自2000年首届评选颁奖以来最年轻的获奖者。

2026年9月17日,2026年度引文桂冠奖名单在英国揭晓,全球22位杰出科学家入选,薛其坤凭借量子反常霍尔效应的实验观测上榜,是中国内地第二位获此奖的科学家。这一奖项由科睿唯安科学信息研究所评选,自2002年设立以来,已有89位得主后来获得诺贝尔奖。

面对荣誉,他说的还是那句老话:“基础研究需要深厚的积累,需要长期的努力,除了你本身的才华以外,99%的努力是必须的。”如今63岁的薛其坤,依然保持着早上7点到岗、晚上11点离开的节奏,一边管着一所大学,一边带着团队向更高的观测温度、更新的超导材料继续发起冲锋。(香港府右新闻·《时代风云》栏目组)