薛其坤——投身中國科研的“黃金時代”

記者 程曦 學生記者 紀彥康 林文鑌 王大地

薛其坤近照。

薛其坤，1963年12月生，山東蒙陰人。中國科學院院士，清華大學副校長。先后任中國科學院表面物理國家重點實驗室主任，清華大學物理系主任、理學院院長、校長助理、科研院院長等職，曾獲國家自然科學二等獎、中國科學院杰出科技成就獎、何梁何利科學與技術(shù)成就獎、求是杰出科學家獎、陳嘉庚科學獎等獎項。2012年，他帶領(lǐng)團隊首次在實驗上發(fā)現(xiàn)量子反常霍爾效應(yīng)，楊振寧先生稱贊這是諾貝爾獎級的發(fā)現(xiàn)。2016年9月，中國首個民間科學大獎——首屆未來科學大獎揭曉，薛其坤榮獲未來科學大獎—物質(zhì)科學獎。

11年前，薛其坤在清華理科樓的實驗室剛剛打好地基。加盟清華半年后，他被增選為中科院技術(shù)科學部年輕的“新科院士”。不過對清華園里的大多數(shù)人而言，這位個子不高、帶著濃重沂蒙口音的中年人的名字還很陌生。

11年后，薛其坤和他的團隊當之無愧成為清華在基礎(chǔ)科學領(lǐng)域的一張“名片”。因為他們的世界級研究成果，很多人試圖去理解“量子反常霍爾效應(yīng)”這個有點拗口的科學名詞。

當薛其坤還是一個蒙山少年的時候，他沒有想過自己會成為科學家。

薛其坤慶幸自己遇上了中國科研的“黃金時代”。在這個時代，他可以接觸并瞄準最前沿的科學問題，帶領(lǐng)團隊在最先進的儀器上精益求精地打磨實驗技術(shù)，耐心而執(zhí)著地篩選通往目標的最佳路徑。

走過萬重山，薛其坤質(zhì)樸依舊：“我想告訴年輕人的是，做好每個人在每個年齡段所對應(yīng)的事情最重要。”

科學的魅力是“第一凝聚力”

《新清華》：11年前初來清華，您是怎樣著手組建在清華的實驗室的？

薛其坤：來清華工作是我的一個新起點，也是很關(guān)鍵的階段。在此之前，我是作為年輕教授領(lǐng)導一個小的課題組，做一些當時有限的閱歷下能維持正常科研的工作——可能是自己所在的領(lǐng)域發(fā)展中碰到的問題，也可能是國際上正在活躍的一些方向，如果有能力介入的話就會嘗試去研究。

來到清華以后，我在年齡上相對比較成熟了，有了一定的閱歷，對科學發(fā)展的情況也有了一定的把握。這時候首先考慮的問題，就是自己的重新定位和再思考——如何區(qū)別于以前的研究方向，在科研定位上瞄準更高的目標？圍繞自己的長期規(guī)劃和實驗室的長期發(fā)展我作了很多思考，這是組建實驗室的一個基礎(chǔ)。

當時，中科院物理所的賈金鋒老師跟隨我來到清華——現(xiàn)在他在上海交通大學也組建了一個很好的團隊，做出了國際上非常領(lǐng)先的工作；今天的清華物理系主任陳曦老師2006年也正好回國。有了他們的加入，團隊不僅更加年輕，而且各有特長、相互補充。

《新清華》：您在清華搭建的第一臺機器，結(jié)合了分子束外延（MBE）薄膜制備技術(shù)、能看到原子的掃描隧道顯微鏡（STM）以及能夠?qū)﹄娮咏Y(jié)構(gòu)進行精確表征的ARPES（角分辨光電子能譜）三種技術(shù)，這是否是一項獨創(chuàng)？

薛其坤：這三者的結(jié)合是我們的獨創(chuàng)，不過這并不是什么很奇特、了不起的想法，因為這三種技術(shù)都已經(jīng)出現(xiàn)了很長時間，其中MBE和STM的結(jié)合在我讀博士的時候國內(nèi)外也都有了。即使不在同一個空間內(nèi)使用，大家也可以實現(xiàn)它們的結(jié)合。關(guān)鍵是首先要有非常強的實驗?zāi)芰Γ軌蛲瑫r掌握和熟練應(yīng)用這三種非常先進的技術(shù)；然后要能找到一個合適的體系，使它們的結(jié)合產(chǎn)生“1+1+1>3”的效應(yīng)。在我們發(fā)現(xiàn)量子反常霍爾效應(yīng)的工作之前，全世界意識到要把它們結(jié)合起來的團隊不多；直到我們的工作出來后，大家才覺得這真是太重要了。所以，善于發(fā)掘并不新奇的實驗技術(shù)的潛力，發(fā)現(xiàn)它更強大的功能，是能做出別人做不出來的東西、實現(xiàn)科學突破非常重要的一點。這需要一定的學術(shù)判斷，也是我們的優(yōu)勢所在。

《新清華》：這些年來，實驗室主要聚焦在哪些更高的科研目標上呢？

薛其坤：我們的實驗室搭建完成兩三年后，拓撲絕緣體這個領(lǐng)域開始在國際上興起。拓撲絕緣體的研究，需要合適的實驗工具和對前期相關(guān)研究領(lǐng)域的熟悉，這兩方面我們都作好了準備，所以抓住機會介入了。

2008年~2013年這四年多的時間里，我們在拓撲絕緣體這個新的領(lǐng)域持續(xù)鉆研，不但做一些常規(guī)性的基礎(chǔ)方面的研究，更多的就是瞄準這個領(lǐng)域最好、最高的科研目標之一——量子反常霍爾效應(yīng)去“攻”。當然，在當時的情況下，我們既不知道這個理論預(yù)言是否正確，也不知道是否能在實驗中實現(xiàn)。

無論在理論還是實驗方面，我們對拓撲絕緣體的研究都不是最早的，為什么最后我們能做出這個領(lǐng)域?qū)嶒灧矫孀钪匾墓ぷ鳎瑢崿F(xiàn)量子反常霍爾效應(yīng)呢？我覺得很重要的原因是我們在實驗技術(shù)上有一些很獨特的地方。在材料的制備、控制，以及怎么用掃描隧道顯微鏡這只明亮的“眼睛”去深刻把握對材料的控制等方面，我們都做到了國際最好。這是我們實現(xiàn)量子反常霍爾效應(yīng)的基礎(chǔ)。

另一個我們專注的領(lǐng)域就是高溫超導。自從1986年高溫超導體被發(fā)現(xiàn)以來，全世界最優(yōu)秀的凝聚態(tài)物理學家和實驗物理學家?guī)缀醵荚孀氵^這個領(lǐng)域，據(jù)統(tǒng)計先后有十多個諾貝爾物理學獎獲得者都做過這一領(lǐng)域的研究。但是30年來高溫超導體的物理機制問題一直沒有被完美解決，甚至變得越來越不清楚，這可能是凝聚態(tài)物理學上的一個世紀性難題。2008年奧運會前后，我產(chǎn)生了把MBE技術(shù)用于發(fā)現(xiàn)全新的界面高溫超導體系的新想法，并且很快作了相關(guān)部署。界面超導現(xiàn)在已經(jīng)成為高溫超導領(lǐng)域的一個全新研究熱點，引領(lǐng)了國際學術(shù)研究方向。目前我們在這一領(lǐng)域的研究已經(jīng)顯示出很好的跡象，實際上如果像我們預(yù)期的一樣順利的話，將來有可能產(chǎn)生比量子反常霍爾效應(yīng)更重要的成果，甚至有可能解決高溫超導的機理問題。

這次未來科學大獎—物質(zhì)科學獎對我的獲獎評語是“利用分子束外延技術(shù)，在對奇特量子現(xiàn)象的研究中取得了突破性的發(fā)現(xiàn)”。對奇特量子現(xiàn)象的研究，指的就是我們首次發(fā)現(xiàn)量子反常霍爾效應(yīng)，以及在鈦酸鍶襯底上的單層鐵硒高溫超導現(xiàn)象。這都是我在考慮較高、較大問題的框架下，結(jié)合自己的閱歷找到的前沿研究方向。

《新清華》：對于研究方向的選擇，您有怎樣的心得？

薛其坤：作為科研工作者，應(yīng)該考慮選擇研究與自己所處的年齡段和發(fā)展階段相適應(yīng)的科學問題。無論博士、博士后還是年輕教師，他們都處在從事科研的初級階段，可能經(jīng)歷、經(jīng)驗還都不夠，很難做到對比較大的戰(zhàn)略問題的把握。而如果把自己看成一個比較成熟的所謂“戰(zhàn)略科學家”的話，就一定要在科學研究的整個戰(zhàn)略布局上有非常深刻的思考，這是非常重要的。

在早期的科學研究中，年輕的科學天才可能靠一個簡單的想法就造成了重大的科學突破，這種情況到了今天已經(jīng)不太多見了，或者即便有也比較難實現(xiàn)。以量子力學為例，經(jīng)過了80多年的發(fā)展，這個領(lǐng)域里剩下的要不就是“硬骨頭”、科學難題，要不就是分化以后產(chǎn)生的非常具體的方向。科學難題光靠拍腦袋來解決不太現(xiàn)實，解決小問題對于推動科學發(fā)展又沒有太大作用。在這個研究方向越來越細化、科學重大問題很多已經(jīng)得到解決的時代，可能很多人會在“畏難”與“瞧不上”的兩難中感到迷茫。在這種情況下要能判斷出重要的科學問題，并且找到自己的新思路，這是作為一個優(yōu)秀的學術(shù)工作者應(yīng)該具有的特質(zhì)。

《新清華》：您集合了一支不同年齡、不同背景甚至來自不同單位的優(yōu)秀團隊，在團隊建設(shè)方面您有哪些體會？

薛其坤：首先，如果你選擇的科學問題讓大家都覺得重要并且感興趣，大家就會自動團結(jié)到一起，形成一個有機合作的團隊。在關(guān)鍵的“大事情”上合作會很有說服力。比如我們一起去食堂吃飯，我打菜，你打湯，這不感人；但是如果我們一起實現(xiàn)了一個重要的課題，那種感觸會很不一樣。所以，作為年長的教師和學術(shù)帶頭人，要有好的學術(shù)品位，選擇有難度、有意思的課題來激發(fā)大家的興趣和團隊合作的動力和熱情。這也是科學的魅力所在。

第二個原因可能更加重要，那就是作為一個科學家，不但要有非常好的科研能力和學術(shù)判斷力，還要有非常好的科學人文精神、情商和親和力，能用自己的所作所為感動大家，讓大家愿意在一起愉快地合作，形成良好的氛圍。作為一個年長的學術(shù)帶頭人，尤其要花很多精力來考慮如何保持這種良好的氛圍，讓大家朝著共同的目標一起使勁，形成互相幫助、互相促進的精神。

事實上，現(xiàn)在各行各業(yè)都很強調(diào)協(xié)同的重要性。不論進行科學研究、工程項目還是解決社會問題，只要一件事涉及到不同方面的人力，團隊協(xié)同都是非常重要的。

帶研究生也是，同學們都需要畢業(yè)，都想成為文章第一作者，都想做容易上手又比較前沿的方向和項目。作為導師和學術(shù)帶頭人，要有足夠的情商進行協(xié)調(diào)，要學會鼓勵、培養(yǎng)年輕人的團隊意識和合作精神，能夠說服甚至感動他們。

《新清華》：在培養(yǎng)學生的團隊精神方面，您有哪些具體的方法？

薛其坤：我給他們講過我自己的兩個學生的真實經(jīng)歷。第一個學生當年遇到了一個非常有意思的課題，用不長的時間獨立發(fā)表了一篇非常好的文章，也很快畢業(yè)了。但是他沒有經(jīng)歷過跟別人合作以及遇到困難、解決困難的鍛煉，現(xiàn)在他的發(fā)展比較一般。

第二個學生的研究一直在走“彎路”，直到博士第6年、也就是延期一年多后才開始有結(jié)果，但是他所經(jīng)歷的鍛煉和在這個過程中得到的訓練，要遠遠多于第一個學生。他在博士后階段的短短兩年中顯示出很強的解決問題的能力，而且因為他很善于向別人學習、與別人合作，很快就拿到了名校的教職。

這兩個學生的經(jīng)歷實際上反映了我們培養(yǎng)研究生的過程中必須面對的一個基本問題——我們的目的到底是讓他盡快順利做出成果，還是培養(yǎng)他判斷、解決問題和進行科學研究的基本能力？如果選擇后者，那肯定需要一個過程。

所以我們就可以告訴學生，研究生階段不僅僅是發(fā)表文章、取得成果，更重要的是培養(yǎng)做科研的能力。不要把研究過程中碰到的困難看作失敗，恰恰相反，這些困難和不順利，正是研究生成長過程中應(yīng)有的經(jīng)歷和體驗。最終成果如何很可能要看運氣，重要的是學會科研方法。把這個道理說清楚了，學生就會從根本上理解科研訓練和合作的重要性，從而化解他們之間競爭的矛盾。

我們跟學生講團隊合作的重要性，不能只靠簡單的號召和勸說，而是要回到科學研究和做人的本質(zhì)，讓他從根本上理解團隊合作的重要性，即使對個人發(fā)展來說也很有好處。如果采取錯誤的導向，誰發(fā)的文章多就表揚誰，肯定不會達到好的目的。

愿意創(chuàng)新求變，就應(yīng)該在中國

《新清華》：您年輕的時候?qū)θ松羞^什么設(shè)想嗎？

薛其坤：我的小學階段是在“文革”期間度過的，1976年“文革”結(jié)束后才上初中，整個少年時代讀書不多，也沒有一個很明確的、我們現(xiàn)在所說的理想。我從上大學到考研究生、讀博士、出國，基本上每個階段都是根據(jù)自己有限的認識樹立一個小目標，然后努力做得更好一點，這樣就走到了今天。

我想告訴年輕人的是，做好每個人在每個年齡段所對應(yīng)的事情最重要。如果是接受教育的學生，就扎扎實實按照學校提供的教育計劃完成你的學業(yè)；走上了工作崗位，就要把自己的本職工作做好。個人的目標和理想，很多時候是在社會氛圍的影響下自然形成的。如果沒有特別明確的好的目標，那就做好自己應(yīng)該做的事，最終都會找到歸屬，找到并且實現(xiàn)自己的奮斗目標。

《新清華》：在您從事科研的道路上，哪些師長或同行對您的影響比較大？

薛其坤：第一位是我的研究生導師陸華。雖然在學術(shù)上他只是一個“引路人”，但他對我的幫助和教育讓我深深體會到為人正直、誠懇的重要性，這對我后來的人生影響很大。

第二位就是我在日本東北大學的導師櫻井利夫。在他的實驗室里，我接受了實驗技術(shù)方面嚴格甚至可以說是“粗暴”的訓練，使我養(yǎng)成了嚴謹細致、精益求精的研究習慣。櫻井利夫要求我們嚴格執(zhí)行“7-11”工作制（早上7點到實驗室，晚上11點離開），他對自己的要求更苛刻，一般6點就到實驗室了，是“6-11”工作制。

與這些師長同行相處的經(jīng)歷讓我體會到，做一個正直的、與人為善的人非常重要。如果你為人正直、善意，就會逐漸得到別人的認可，那么你在生活和科研工作中得到的往往都是鼓勵和正能量，遇到困難也會有人來協(xié)助你。第二點，作為一個實驗物理學家，要想用大家都有的實驗儀器做出比別人更好的結(jié)果，就必須付出更多的時間精力，對自己的要求更加嚴格，不斷追求極致，這樣才能非常純熟地掌握實驗技術(shù)，并且開拓出別人看不到的功能。最后，科學的探索是無止境的，這個過程很難，一定要打開視野，通過與不同學科學者之間的交流，可能會了解到你遠遠想象不到的東西。

《新清華》：您在國外學習、工作過相當長的一段時間，在中國、在清華做科研的感受跟在國外有什么不同？

薛其坤：今天的中國高度重視基礎(chǔ)研究，政府和民眾對科學家給予厚望，國家投入很大，我覺得今天在中國做科研是處在一個黃金時代，比在國外更有動力，更有熱情，也更有成就感。

我在國外做科研時，他們的實驗條件、國際學術(shù)交流條件和生活條件都比咱們國家更先進、更便利，但是節(jié)奏相對慢。我感覺如果我在那邊繼續(xù)做下去，可能就是每天按部就班工作，周六周日出去享受人生的另一部分樂趣了。

人保持一種狀態(tài)太久，就會容易懈怠；而如果處在一個變革的時代、一個發(fā)展的階段，往往會覺得更有意思。這就是為什么很多人才愿意放棄在國外安逸舒適的生活和安定的研究氛圍、良好的實驗條件，愿意承受交通擁堵、環(huán)境污染和繁瑣事務(wù)等方面的問題，回到中國來。

中國正處在迅速發(fā)展、不斷創(chuàng)新的階段，國家在呼喚人才，呼喚科學的突破。我們有各種各樣的人才計劃和獎勵，有全國和各省市區(qū)的科技創(chuàng)新大會，對創(chuàng)新和從事科學研究的人來說，這是很好的催化劑和驅(qū)動力，是充滿正能量的鞭策。我們可以看到，基礎(chǔ)前沿科學已經(jīng)成為中國發(fā)展的一支代表力量，這給了科學家們強大的動力。

在高等教育領(lǐng)域，國家正在加快推進“雙一流”建設(shè)，像清華這樣的學校正在全面深化綜合改革、深入開展科研體制改革，創(chuàng)新求變的氛圍非常濃郁，無形中激發(fā)我們每個人都要去努力工作。

作為一個擁有非常龐大人口的發(fā)展中國家，我們的發(fā)展還面臨著很多問題。但是總體來說，目前我覺得沒有一個國家像中國這樣追求創(chuàng)新、追求進步、追求改善，沒有一個國家像中國這樣充滿動力、挑戰(zhàn)性和生動的變化，能夠調(diào)動人的無窮潛力。在這種讓人振奮的氛圍里，只要有能力、夠努力，就一定能夠找到自己的位置。

清華學生要敢于挑戰(zhàn)最難的問題

《新清華》：正好在量子反常霍爾效應(yīng)的成果發(fā)表后不久，您就走上了學校的管理崗位。在科研和學校管理這兩項都需要投入很大精力的工作中，您是如何平衡的呢？

薛其坤：這既是個問題，也不是個問題。為什么說不是個問題呢？從學校發(fā)展的角度來說，清華要建成世界一流的研究型大學，非常重視基礎(chǔ)研究和人才培養(yǎng)，我自己在這些方面也有一些體會，如果能夠在更大的范圍、更高的層面上發(fā)揮作用，促進學校的發(fā)展，會是一項很有意義的工作。另一方面，我自己的科研團隊中已經(jīng)培養(yǎng)出了一些更年輕的學術(shù)帶頭人，我更多的是在把控方向上多投入精力，這也讓我能夠從具體細節(jié)中抽身出來，去做學校的管理工作。實際上，我在學校層面上接觸到不同學科的研究，也可以促進對自己所在學科進一步的認識。之所以說是個問題，因為節(jié)奏的確是更緊張了，必須最大程度地壓縮休閑包括鍛煉身體的時間。這種情況下對自己判斷核心問題、抓重點的能力是個挑戰(zhàn)，除了更加努力地工作，自己也要抓緊時間休息一會兒，這樣才有足夠的能力和精力去處理問題。第一年對我來說確實是個挑戰(zhàn)，逐漸地就可以找到一個平衡點。要感謝我們學校有一個團結(jié)的領(lǐng)導班子，其他校領(lǐng)導會主動替我參加一些活動，他們對我的幫助很大。

《新清華》：現(xiàn)階段您在科研和行政方面分別有怎樣的目標？

薛其坤：科研方面首要的就是培養(yǎng)人才，我想利用自己在科研上形成的特色，培養(yǎng)更多優(yōu)秀的年輕科學家和學術(shù)帶頭人。我希望對學生提出更高更嚴格的要求，讓他們能夠超過自己的老師，這樣一代接一代，不斷涌現(xiàn)出一批更優(yōu)秀的科學家為國家服務(wù)、為人類作貢獻，這是一個正向放大的過程。現(xiàn)階段，在高溫超導和熱電材料等領(lǐng)域，我們希望能夠解決幾個目前科學界普遍想解決的問題。行政方面，我希望能在自己分管的科研領(lǐng)域幫助學校發(fā)展得更加順利，完成學校的改革和發(fā)展目標。

《新清華》：說到科研體制改革，您覺得清華在科研體制機制方面可以朝什么方向努力？

薛其坤：隨著網(wǎng)絡(luò)世界的發(fā)展，信息交流更加便捷，整個國際學術(shù)界處于一個快速發(fā)展的階段，創(chuàng)新的氛圍也日漸濃厚。我覺得清華要想融入世界科研創(chuàng)新的大潮中，而不僅僅是在某個領(lǐng)域“一枝獨秀”，就必須盡快建立一個行之有效的創(chuàng)新體系，營造激勵創(chuàng)新的良好氛圍，吸引最好的人才并且最大限度發(fā)揮他們的潛力。

我們的學生在校時間從四年到八九年不等，他們的主要任務(wù)是學習科學精神、科學態(tài)度和基本的科學技能，所以大學的科研創(chuàng)新主要還是要靠一流的教師隊伍來完成。我們需要探索怎樣為教師們創(chuàng)造一個流暢的運行機制，讓他們在教學科研工作中能夠不受干擾，全力以赴。當然，這個機制還需要根據(jù)國際學術(shù)界的發(fā)展情況和國際評估體系等進行調(diào)整。

《新清華》：您對有志從事科研的本科生有什么建議？

薛其坤：在高等學校里求學，首先一定要注重對科學精神的認識和對科學原則的學習。科學是人類了解自然和社會的重要活動，同學們可以通過參與科研的機會培養(yǎng)嚴謹細致、實事求是的科學態(tài)度和基本技能，也可以通過廣泛聽取人文講座、學術(shù)沙龍來培養(yǎng)自己的綜合素質(zhì)，在不斷學習的過程中培養(yǎng)自己的興趣、找到自己的方向。

清華人才培養(yǎng)工作的定位，是要培養(yǎng)在同齡人中敢于挑戰(zhàn)最難的自然和社會問題的一批人。盡管同學們學習知識的能力很強，但是發(fā)現(xiàn)知識、創(chuàng)造知識的能力還有待培養(yǎng)。

從事科學和其他很多事情一樣，不僅需要必備的專業(yè)知識和技能，更需要多方面的文化素養(yǎng)。一個優(yōu)秀的人才不能光有智商，還要有情商，領(lǐng)導力、宏觀把握問題的能力等等，這些對同學們未來的科研工作都是非常重要的。希望同學們充分利用學校良好的學術(shù)氛圍和文化環(huán)境，充分吸收各方面的營養(yǎng)，不要做“豆芽菜”，而要健康茁壯成長，讓自己變成一個有豐富知識儲備和文化底蘊的人。

另外還有兩個小建議：一是一定要保持樂觀，每天多想些開心的事，不要“鉆牛角尖”；二是要有自己獨立的想法和思辨，即使是老師的話也不要“照單全收”。

《新清華》：您會如何向年輕人描述您眼中的科學？

薛其坤：從某種角度上看，科學探索跟人生的經(jīng)歷很相似——當你產(chǎn)生一個概念的時候，實現(xiàn)的路徑可以有很多。你要通過自己一系列的探索，逐漸把路徑集中起來匯聚到一點。這個通過探索逐漸減少可選項數(shù)目的過程，實際上就是科研的過程——一次次證明“此路不通”，也就在通向正確的道路上一步步前進。

科研過程中你會面對不同的難題——有時候是選擇題，有時候是判斷題，有時候是歸納題；還有的時候什么提示也沒有，需要你自己創(chuàng)造一條新的道路。其中會有很多模棱兩可的關(guān)鍵節(jié)點，這就是鍛煉你的學術(shù)眼光和分析判斷能力的時候了。

來源：新清華 2016-12-16

（清華新聞網(wǎng)12月21日電）

編輯：徐靜