原標題：薛其坤：探尋量子世界奧秘

　　5月30日，薛其坤（左）和他的學生在清華大學實驗室里工作。新華社記者 李文攝

　　人可以穿墻而過，旋轉可以永動不?！犉饋硐袷恰读凝S志異》中才有的場景，然而在微觀世界里它卻真實存在。那是一個只屬于物理學家的世界，在那里有許多不可思議的現象——它是薛其坤的另一個世界。

　　在此，物理學家薛其坤已經守望了30多年，有過許多的發現，其中最讓世人驚嘆的便是他于2012年10月從實驗上首次發現量子反?；魻栃?。

　　令人振奮的發現——量子反?；魻栃?/strong>

　　在微觀世界里，在不需要強磁場的情況下，電子可在各自的跑道上按規則有序地快速奔跑，這便是量子反常霍爾效應。而薛其坤第一次在實驗中觀測到這一現象。

　　2013年3月15日《科學》雜志發表文章，宣布由薛其坤院士領銜的清華大學物理系和中科院物理所聯合組成的實驗團隊，從實驗上首次發現量子反?；魻栃?，這意味著量子霍爾效應物理領域一個期待已久的重要現象已經被中國科學家率先觀測到。

　　“量子反?；魻栃?，這是一個大多數人聽不懂的名詞。然而，它卻讓微觀世界的奇妙現象轉換到宏觀世界中成為可能。

　　在凝聚態物理中，量子霍爾效應占據著極其重要的地位。我們使用計算機的時候，會遇到計算機發熱、能量損耗、速度變慢等問題。這是因為常態下芯片中的電子運動沒有特定的軌道、相互碰撞從而發生能量損耗。而量子霍爾效應則可改變這一現象，“就好比一輛高級跑車，常態下是在擁擠的農貿市場上前進，而在量子霍爾效應下，則可以在‘各行其道、互不干擾’的高速路上前進?！?/p>

　　遺憾的是，量子霍爾效應的產生需要非常強的磁場，這一缺點阻礙了其在現實生活中的應用。量子反?；魻栃且粋€全新的量子效應，由于其不需要外加磁場，因此在應用方面比此前發現的量子霍爾效應要方便得多，可以推動新一代的低能耗晶體管和電子學器件的發展。因此從理論研究和實驗上實現量子反?；魻栃蔀槭澜缒蹜B物理學家關注的焦點。

　　“你想想，在那個世界里，粒子怎么可以穿過勢壘，電子為什么可以圍繞原子核不停旋轉，這些奇妙的現象是偶然嗎？到底是什么原理呢？好奇么？”薛其坤說這話的時候帶著他招牌式的笑容，語氣卻又帶著幾分孩子氣的探究。據說他平時老用這招吸引學生在枯燥的實驗和科研中堅持下去。

　　一切不是偶然——機會屬于有準備的人

　　2012年10月12日晚10點35分，薛其坤收到學生常翠祖的一條短信，“薛老師，量子反?；魻栃鰜砹耍却敿殰y量。”這是薛其坤等待已久的消息，他和他的團隊已經為此努力了4年多。

　　時光追溯到2008年，薛其坤清楚地記得自己最初了解到拓撲絕緣體的概念以及相關研究成果時激動和興奮的心情。從此，“拓撲絕緣體”走進了薛其坤的視野，并一直伴隨著他的研究生涯。

　　那一年，華裔物理學家、斯坦福大學的張首晟教授等理論物理學家提出了用磁性拓撲絕緣體實現量子反?；魻栃姆桨福瑥睦碚撋咸岢鲞@一材料實現量子反常霍爾效應可能性，但能否在實驗中發現它還是未知數。張首晟和薛其坤有深厚的友誼，他們在交流中認識到，這是一個非常值得在中國進行深入探究的領域。從那時起，他們就展開了對拓撲絕緣體中新奇量子效應的實驗研究。

　　機會從來都屬于有準備的人。薛其坤在材料、半導體領域的研究讓他成為從事這一研究的不二人選。材料的生長動力學描述的是如何從一個個原子的反應最后形成一個宏觀樣品的過程，只有掌握了材料的生長動力學，才能精確地控制材料的生長。從1992年攻讀博士學位起，薛其坤就一直從事薄膜生長動力學的系統研究，至今已經累積了20余年的經驗，并已獲得兩項國家自然科學獎二等獎。“你不知道，早在多年前，薛老師在材料科學領域就已經是極富盛名的科學家，在日本科學界是響當當的人物。”薛其坤曾經的學生、現在的同事何珂告訴科技日報記者。

　　不是一個人在戰斗——協調團隊做出最好的科研

　　用拓撲絕緣體制備出樣品，而后進行檢測，然后根據檢測結果做出相應的調整是每天的工作。如何能提高效率，盡快地實現量子反?；魻栃垦ζ淅は氲搅送鮼営?。王亞愚是普林斯頓走出的著名物理學家，主要研究工作是運用精密的電學、磁學、熱學和掃描隧道顯微術等實驗手段，探索凝聚態物質中由于電子間的強相互作用而引起的非常規物理現象。簡單地說，薛其坤制備樣品、王亞愚來檢測。兩個方向不同的物理學家開創性地組成了一個團隊，這樣緊密地結合在全世界也不多見，極大地提高了實驗的效率。這個團隊以每天兩個樣品的速度高效地運轉著，在進行實驗的4年中，他們先后嘗試了1000多個拓撲絕緣體樣品，最終他們獲得了成功。

　　當年那個給他發短信的學生常翠祖如今已經身在美國麻省理工學院（MIT），在那里他從新的材料體系里也實現了量子反常霍爾效應。他始終保持著與恩師最緊密的聯系。他說從老師那里，得到的最重要的東西不是作為第一作者發表了引起重大影響的學術論文，而是知道了如何協調一個團隊做出最好的科研成果。

　　“好人”，是學生對薛老師最樸實的評價。即便是在成為清華大學副校長后異常忙碌的日子里，他始終保持著與學生們研討的習慣，“不管在哪里見到他，他都會先向你笑——那樣咧開嘴，高興到心里的笑，感染著我們團隊的每一個人?！彼膶W生告訴記者。

　　幾乎所有與薛其坤認識的人都愿意與他有更深入的合作。王亞愚說：“只有薛老師才能匯聚起這么多人，能去做這項研究?！?/p>

　　做研究如看偵探小說——一旦開始就停不下來

　　薛其坤愛看偵探小說，最愛看破案的節目?！爱斘铱磦商叫≌f的時候，在謎底揭開之前絕對不會把書放下。同樣，當我發現一個現象不能解釋，我一定要天天做實驗，不停地想啊，這個現象到底存在嗎，什么條件下存在呢，揭開謎底的過程每一步都充滿著驚喜?！?/p>

　　“對沉迷于科研的人來說，每一天都是那么快樂，以至于時間一不小心就溜走了?！毖ζ淅ふf，“當你的實驗數據比別人更準確、更漂亮時，那種快樂，你能體會嗎？當你把一個復雜的龐大的儀器用得像騎自行車一樣熟練時，那種自如，你能體會嗎？當你的研究獲得突破性進展時，那種驕傲，你能體會嗎？”薛其坤追問記者。

　　所以，對薛其坤來說，發現量子反?；魻栃?，不是終點，而是開篇。薛其坤在科研的道路上從未停止。他告訴記者，現在的量子反常霍爾效應是在接近零下273攝氏度中實現的，要想實現應用，就需要把溫度往上升?！叭羰悄茏屃孔臃闯；魻栃诔叵聦崿F，那時全世界的物理學家都會欣喜萬分?！毖ζ淅ふf。

　　現在，離薛其坤團隊第一次觀測到量子反常霍爾效應已經過去了兩年多，在這兩年多的時間里，不斷有好消息傳來：4所國外頂級名校已實現量子反?；魻栃?。同時，薛其坤和他的同事還在保持著每天兩個樣品的速度加緊研究和測試，并又觀察到一些有趣的新現象，比如發現零霍爾電導平臺。

　　“即便有再多事情，只要在北京，薛老師一定要到實驗室來，因為他要跟我們一起想象另外一個世界的事，哎呀，真是特別有趣?！焙午嫘Σ[瞇地對記者說。

　　5月30日中午12點，薛其坤忙完上午工作，從實驗室回理學院辦公室，經過三樓時他照例稍停了一下，這里有一堵聞名全國的院士墻。上面是清華物理系畢業或工作過的八十多位院士圖片，葉企孫、吳有訓、吳大猷、王大珩、周培源……每一位都有赫赫威名，薛其坤是其中的“小字輩”。薛其坤的手從他們的照片上一一撫過，中國物理學的昨天、今天和明天在這里延伸……（科技日報北京5月30日電）