攻克量子世界的制高點(diǎn)
——記清華大學(xué)薛其坤院士領(lǐng)銜的科研團(tuán)隊(duì)
來源：新華網(wǎng) 2013-04-12 李江濤 吳晶晶
初春時(shí)節(jié)，北京傳出喜訊：清華大學(xué)物理系和中科院物理所聯(lián)合組成的團(tuán)隊(duì)在實(shí)驗(yàn)中首次發(fā)現(xiàn)量子反常霍爾效應(yīng)，這被著名物理學(xué)家楊振寧稱之為“諾貝爾獎級”的科研成果。
在凝聚態(tài)物理中，量子霍爾效應(yīng)占據(jù)著極其重要的地位。整數(shù)量子霍爾效應(yīng)和分?jǐn)?shù)量子霍爾效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)分別發(fā)現(xiàn)于1985年和1998年，獲諾貝爾物理學(xué)獎。這次中國科學(xué)家首次在實(shí)驗(yàn)上觀測到的量子反常霍爾效應(yīng)，被認(rèn)為可能是量子霍爾效應(yīng)家族最后一個(gè)有待實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)的成員。為實(shí)現(xiàn)這一基礎(chǔ)科學(xué)領(lǐng)域的重大突破，以清華大學(xué)薛其坤院士領(lǐng)銜的團(tuán)隊(duì)花費(fèi)整整四年時(shí)間。
從1992年讀博士起，薛其坤就一直從事薄膜生長動力學(xué)的系統(tǒng)研究，至今已累積了20余年的經(jīng)驗(yàn)，他因此獲得兩項(xiàng)國家自然科學(xué)二等獎。在他的指導(dǎo)下，科研團(tuán)隊(duì)僅用三四個(gè)月時(shí)間就在國際上率先建立了拓?fù)浣^緣體薄膜的分子束外延生長動力學(xué)，實(shí)現(xiàn)了對樣品生長過程在原子水平上的精確控制，薄膜樣品質(zhì)量很快達(dá)到了國際領(lǐng)先水平。
雖然材料生長動力學(xué)這一關(guān)鍵問題得以解決，但這并不意味著接下來就是一片坦途。實(shí)現(xiàn)量子反常霍爾效應(yīng)所需的三個(gè)苛刻條件帶來的種種難題他們都遇到了，實(shí)驗(yàn)面臨的瓶頸數(shù)次讓整個(gè)團(tuán)隊(duì)舉步維艱。然而，他們沒有放棄，而是選擇獨(dú)辟蹊徑，最終找到一條現(xiàn)在看來非常合理的技術(shù)路線。這得益于研究組的緊密合作，他們幾乎每天都通過郵件和電話交流實(shí)驗(yàn)結(jié)果，每兩三周都進(jìn)行一次討論，分析實(shí)驗(yàn)的所有細(xì)節(jié)，制定詳盡的下一步計(jì)劃。
許多團(tuán)隊(duì)成員說：“每一點(diǎn)進(jìn)步都得益于精誠合作、聯(lián)合攻關(guān)，我們這些有不同專長、不同性格、不同思路的研究人員為了一個(gè)共同的目標(biāo)而努力，互相交流，互相促進(jìn)，是取得成功的關(guān)鍵。”
團(tuán)隊(duì)成員在過去四年里共生長和測量1000多個(gè)樣品，并通過一次次的生長、測量、反饋、調(diào)整，爭取在每一步都做到極致。功夫不負(fù)有心人，每半年到9個(gè)月，他們就會克服一個(gè)困難，向前跳一級，一個(gè)個(gè)激動人心的成果接踵而來。
2012年10月的一個(gè)晚上，薛其坤收到學(xué)生的短信：他們在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)了量子反常霍爾效應(yīng)的跡象！歷史將這一時(shí)刻定格，在美國物理學(xué)家霍爾1880年發(fā)現(xiàn)反常霍爾效應(yīng)130多年后，人類終于實(shí)現(xiàn)了其量子化！
量子反常霍爾效應(yīng)這一重大科學(xué)發(fā)現(xiàn)證明，中國科學(xué)家的科學(xué)素養(yǎng)、研究水平和對實(shí)驗(yàn)技術(shù)的掌握，已與國際先進(jìn)水平接軌。在中國加大投入基礎(chǔ)科學(xué)研究20年后，中國科學(xué)界已經(jīng)具備一批國際水平的科學(xué)家向世界科學(xué)領(lǐng)域“亮劍”。
現(xiàn)在，這個(gè)誕生于中國本土的優(yōu)秀科研團(tuán)隊(duì)仍在為量子反常霍爾效應(yīng)的應(yīng)用前景而奮斗著。薛其坤說：“作為清華的一名教師和科研工作者，培養(yǎng)一流的人才，創(chuàng)造一流的科技成果，服務(wù)于創(chuàng)新型國家建設(shè)和經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展，是我們始終不懈追求的目標(biāo)，也唯此才能為實(shí)現(xiàn)中華民族的偉大復(fù)興的‘中國夢’作出自己的貢獻(xiàn)。”
