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薛其坤做客浦江科学大师讲坛 讲述从沂蒙山到量子高峰的“登山哲学”

上海教育新闻网   程媛媛   2024-09-09 09:57:59

本网讯 (记者 程媛媛)“人人那个都说沂蒙山好,沂蒙那个山上好风光……”伴随着悠扬的沂蒙山小调,中国科学院院士、南方科技大学校长薛其坤在9月8日下午的第八期“浦江科学大师讲坛”上正式开讲。讲坛上,薛其坤就“如何培养很好的学术品味和科学直觉”给了青年学子三点建议:“多读文献,每篇文献都有可学之处;多请教人,每个人都有过人之处;多听报告,每个学术报告都有创新之处。只要勤奋努力,日积月累,就能有所收获。”

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这位从沂蒙山区走出来的物理学家从未忘记故土。他说,正是简朴艰苦的年少生活,赋予自己勤奋坚韧的品质,使他能够坚持“7-11”式工作模式30年,并支撑他在攀登科学高峰的路上一路前行。作为当代中国凝聚态物理领域的杰出科学家,薛其坤以其在量子反常霍尔效应和高温超导电性研究中的开创性成就赢得了学界的广泛认可,获得包括国家自然科学一等奖、国家最高科学技术奖、菲列兹·伦敦奖、巴克利奖等多项国内外重要奖项。

从学术“富矿”中挖出新的“珠宝”

“超导是物理学科学发现的富矿。”薛其坤介绍,过去113年里,共有五次诺贝尔物理奖授予超导研究的物理学家。身为科研工作者,他喜欢这种“富矿”,因为这种领域不仅蕴藏着丰富的科学发现,更能考验一个人的学术水平。

薛其坤最重要的科研成果之一是2013年首次在实验上发现量子反常霍尔效应,这也被称为“诺奖级发现”。薛其坤提到,早在1880年,霍尔就在研究磁性金属的霍尔效应时发现了一个有趣的现象:即使不加外磁场,也可以观测到霍尔电阻,这种在零磁场中的霍尔效应被称为反常霍尔效应。这一发现引发了另一个问题:既然存在量子霍尔效应,那么是否也存在一个量子化的反常霍尔效应版本?

薛其坤开始攀登这座高峰。2008年起,薛其坤就开始带领研究团队探索量子霍尔效应在无磁场条件下的实现可能性。量子反常霍尔效应的实现条件极为苛刻,需要一种具备拓扑特性、长程铁磁序和体内绝缘态三个条件的超薄膜材料。“这是一种三不像的矛盾体,三个矛盾点是,大部分铁磁材料都是导电的,二维情形下很难实现铁磁性,以及磁性和拓扑很难做到共存。这就相当于,你要制备出一种像‘三项全能运动员’一样的材料。”薛其坤说。基于这些要求,薛其坤团队与王亚愚团队、吕力团队合作,实验验证筛选了一系列磁性拓扑绝缘体。

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“在这项研究上,我们投入了四年多时间,制备了一千多种样品,参与项目的学生就有二十多个人。”在一步步尝试与优化后,2012年12月,薛其坤团队终于在一种磁性拓扑绝缘体,Cr掺杂的(Bi,Sb)₂Te₃薄膜上观测到了完美的量子化平台。这一成果标志着首次在零磁场条件下观察到了量子化的霍尔电阻,量子反常霍尔效应被发现了。“这是观测成功当天我们团队拍摄的照片,用来纪念这项成果。”薛其坤笑着展示了自己与团队成员一起庆祝的照片。

2013年3月,这一突破性成果发表在了《科学》杂志上,引起了国际物理学界的广泛关注。诺贝尔物理学奖得主杨振宁教授高度评价这一成果为“第一次从中国实验室里发表的诺贝尔奖级的物理学论文”。

回溯超导研究发展历程后,科学研究究竟该怎么去定义?薛其坤分享了自己对科学研究的理解,把科学研究分成三个层次——“0到1”的发现、“1到10”的拓展以及“10到100”的突破。

“选择研究方向至关重要。”他为青年研究人员给出建议,“如果是在这样一个前沿方向上,你就可能有机会在原来巨人科学发现的基础上再做出新的科学发现。”

“高温超导探索的赛道,值得坚持下去”

当然,量子反常霍尔效应还有许多值得进一步研究。互动环节,中国科学院院士、复旦大学物理学系教授孙鑫提问:“在你们观测到的量子反常霍尔效应的基础上,能不能发现一个趋势,更上一层楼,观测到分数的量子反常霍尔效应?”

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“这是该领域很多物理学家目前正在追逐的目标。”薛其坤答道,“值得让我们高兴的是,去年开始在新的材料中已经实现了分数化的量子反常霍尔效应,很多年轻研究者都在这个方向上取得了新的成绩。”

还有学生向薛其坤请教:“新兴的镍基超导体能否给未来的科研工作带来新的进展?”薛其坤答,国内外高校在这方面都做出了新的成果、突破,并鼓励年轻人“一定不要有思想上的包袱,不要因为一些科学研究的理论或过去的一些结果的限制而阻碍了对未知的探索”。“在元素周期表上的任何元素中,都有可能发现新的高温超导,高温超导的探索这个赛场是非常广阔的,值得坚持下去!”他说。

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“从年轻就要培养卓越的学术品味”

谈到支撑自己多年科研求索的内生动力,薛其坤总会提起自己从沂蒙山区走出的人生经历。“小时候,在沂蒙山区经历过的艰苦生活使我能经受得住‘7-11’式工作模式的考验。”他口中的“7-11”工作模式,就是每天12小时以上、每月26天以上、每年330天以上的高强度学术工作。坚持了三十年,这份异于常人的吃苦耐劳给他带来了丰厚回报。

特殊的时代背景,也给薛其坤带来了强大的使命感与责任感:“作为1977年恢复高考后的第四批大学生,我全程目睹了我国改革开放四十多年来的历程。二十世纪八九十年代,我有过八年留学生活,这让我深切感受到了我国与美国、日本等国的巨大差距,这树立起了我科研报国的信念,驱使我不断作出学术突破。”

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“孟子曰:孔子登东山而小鲁,登泰山而小天下。”薛其坤以登山为喻,阐释心中的科研精神,“自然界的表现形式千奇百怪,难以捉摸。做科学也就像登山,只有勇于挑战高峰,才能认识自然、改造自然。我们应该满怀豪情,用无限的想象力和严谨的科学态度,登上科技之峰。”作为南方科技大学校长,薛其坤同时强调人才培养的重要性:“除了自己攀登的责任,我们也要为党和人民培养出一批又一批的后辈登山者,回报自己的祖国。”


责任编辑: 程媛媛

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