他是凝聚态物理范畴的闻名科学家,取得了多项引领性的重要科学打破。他带领团队初次试验观测到量子失常霍尔效应,在世界上发生严重学术影响;在异质结系统中发现界面增强的高温超导电性,敞开了世界高温超导范畴的全新研讨方向。
“一个人能走多远?他的学术大厦能建成两层楼、五十层楼仍是数百层的楼?这很大程度取决于他基础知识所筑就的地基。”作为首个取得奥利弗·巴克利奖、菲列兹·伦敦奖的我国籍科学家,薛其坤两次在诺贝尔论坛作特邀陈述。
奥利弗·巴克利奖是世界凝聚态物理最高奖,菲列兹·伦敦奖是世界低温物理最高奖,为何薛其坤能取得这两项大奖?正是由于薛其坤带队在基础研讨范畴,取得了量子失常霍尔效应和界面高温超导等世界引领性严重科学打破。
6月24日,我国科学院院士、清华大学教授、南边科技大校园长薛其坤站上领奖台,获颁2023年度国家最高科学技能奖。
“国家的富足给科学家攀爬科学顶峰、冲击世界科学问题,供给了强壮支撑和良好条件。”薛其坤亲自感受到,国家的改革开放等好方针,为他和一大批科学家发明晰完结愿望的时机。
怎么让一个运动员,一同具有短跑运动员的速度、篮球运动员的高度和体操运动员的灵活?在试验发现量子失常霍尔效应的过程中,薛其坤团队就遇到了相似难题,由于他们要制备出磁性的、拓扑的、体绝缘的高质量资料。
这种资料将成为勇攀凝聚态物理科研顶峰的“爬山杖”。从20世纪80年代初开始,一系列量子霍尔效应的发现,敞开了拓扑量子物态这一新研讨范畴,为展开低能耗电子器件指明晰新方向。但是20多年来,人们一向没能在实在资猜中,试验发现量子失常霍尔效应。
面临许多应战,薛其坤在2002年,带队将分子束外延、扫描隧道显微镜和角分辩光电子能谱等多种互补的精细试验手法,立异地互联成一个超高真空系统。该系统在量子资料原子标准可操控备和表征方面,供给了世界通用的强壮试验技能,现已被世界上近百家研讨组选用。
“物理学科展开至今,已很难在理论层面取得严重打破。”薛其坤以为,在科研比赛中,要想跑赢许多更聪明、更勤勉的同行,抢先揽下试验层面的“瓷器活”,需求悉心打好科学研讨仪器这把“金刚钻”。
清华大学物理系副教授冯硝曾是薛其坤的博士生,在参加高温量子失常霍尔效应课题攻关时,她将脉冲激光堆积技能与分子束外延设备结合,扩展了可探究的资料系统。
凭仗超分子束外延—扫描隧道显微镜—角分辩光电子能谱超高真空联合系统这把“金刚钻”,薛其坤团队可在原子标准上准确操控薄膜成长,还能观测薄膜的成长描摹、缺点和电子结构等。他们做出了高质量拓扑绝缘体薄膜。从2009年起,薛其坤团队与清华大学、我国科学院物理研讨所、斯坦福大学的专家,强强联合,对量子失常霍尔效应进行困难的试验攻关。
团队20多位研讨生尽力4年多,制备出1000多个样品。历经无数次失利、改善、立异,2012年末,薛其坤团队在世界上初次于试验中观测到了量子失常霍尔效应。
这是其时已知的量子霍尔效应宗族成员中,最终一个被试验发现的,也是仅有一个在我国发现的。这一研讨成果有或许为未来信息技能革命拓荒新赛道。如将量子失常霍尔态和超导态结合,所取得的量子态,可处理量子核算研讨中的核心问题,有或许使科幻电影中的超高算力核算机成为实际。
薛其坤在年轻时喜爱踢足球。在他看来,踢足球和做物理学研讨相同,都需求有大局思想,找到战略打破点。
“要处理物理学的严重科学问题,就有必要了解物理学的曩昔、现在和未来,在洞悉全体局势以及本身研讨优势后,才干把好方向、精准反击。”薛其坤将界面高温超导、量子失常霍尔效应等,作为团队继续多年的主攻方向。
自1986年发现铜氧化物高温超导体以来,人们还没发现常压下超导改变温度在液氮温区邻近的新超导系统。按以往的理论和试验,当超导资料变得很薄时,其超导改变温度一般会显着下降。寻觅高温超导新资料,根究高温超导机理,是整个物理学界最重视的问题之一,科学价值极大。
2008年,薛其坤带队使用异质结界面,规划高温超导系统。经过继续攻关,2012年,薛其坤团队在钛酸锶衬底上外延成长的单层硒化铁薄膜中,发现了界面增强的高温超导电性。这是1986年人类发现铜氧化物以来,在常压下超导改变温度最高的超导体,也为处理高温超导机理拓荒了全新途径,引起国内外许多追寻研讨。
为何能带队屡获严重科研打破?“作为团队带头人,要在战略上做好规划,选准基础研讨的方向、要点。”薛其坤将海量阅览、独立考虑、广泛交流,作为科研人员提高判断才能的窍门。
“咱们一线科研人员根本每天都要看最新的科学文献等,我就要求学生仔细翻阅文献,看完之后不但要了解作者做了什么、得到了什么成果,还要重复考虑,给自己多提几个问题,例如这篇文献给我最大的启示是什么?”在薛其坤看来,看一篇文献或许只需两小时,但或许要花两三天才干问出一个好问题。这有利于引导学生独立考虑,有用提高科研判断才能。
经过让学生做月度工作陈述、课题展开陈述等,薛其坤常常引导学生从剖析数据等日常试验中跳出来,从更高远的视点,去深化考虑所攻关的科学问题。
薛其坤曾把自己比为一条从沂蒙山区驶出的小舟,“爸爸妈妈给了小舟生命。小舟有毛病了,导师帮他修修;方向不对了,导师给辅导辅导。我的学生赋予了小舟更芳华的生命……”
三位导师对薛其坤影响很大。读研时,我国导师陆华教授教会他遵从根本规矩;留学时,日本导师樱井利夫教会他精雕细镂,美国导师David Aspnes引导他提高科学判断力。
当成为师者,薛其坤十分垂青学生的学习爱好和与人交流的才能。在教训学生时,他屡次着重,“要勤勉、仔细、联合”。
“薛教师常说,单打独斗难以完结严重科学问题,需求不同技能、范畴的人协作,这样研讨成功的或许性就会更大。他就特别拿手把我们拧成一股绳。”冯硝也尽力将薛其坤的教训,传递给自己的研讨生们。
薛其坤培育了120多名博士生、博士后,并带着他们一同寻求极致。他带领的小组成员或培育的学生中,已有一人当选我国科学院院士,30余人次当选国家级人才方案。薛其坤常把这视作他个人最成功的一点。
而科教融汇帮薛其坤及其学生练就了较强的科研才能。薛其坤以为,研讨型大学也应加强科学技能讨论研讨,并发挥好本身“五育”并重的强项,培育更多立异人才。
薛其坤领导建设了低维量子物理国家要点试验室,这是清华大学理科第一个国家要点试验室。担任南科大校长后,他提出一流新式研讨型大学展开的“三三五”战略,带领校园成功当选“双一流”。
“新式研讨型大学最根本的特色,便是将科学研讨和课堂教学融为一体。”薛其坤表明,南科大全力构建科研才能杰出的教师团队,强化科教融汇,力求为国家高水平科技自立自强培育更多优秀立异人才。
开掘和培育优秀立异人才是项系统工程,高等教育难以独立完结。“假如许多中小校园还将分数作为培育、评判人才的仅有标准,应试教育的学科训练、学科比赛等仍大行其道,就会摧残许多好苗子。”薛其坤着重,没有高质轻负的基础教育,就难以营建好优秀立异人才纷繁破土而出的生态。
薛其坤经过开讲座、担任荣誉班主任等方法,参加“高中—高校贯通式人才教育训练形式”,并呼吁更多校园展开相似探究,“中小校园、幼儿园要在孩子们心中播下酷爱科学的种子,看护好孩子们灵动的天分、猎奇的眼睛、立异的热心和求知的初心”。
薛其坤最喜爱杜甫的《望岳》,他时常用这首诗勉励自己和学生,“假如用‘荡胸生曾云’的胸襟与境地去做科学研讨,用‘决眦入归鸟’的专心和洞悉力捉住事物本质,支付艰苦的尽力和斗争,总有一天你会登上更高的科学顶峰,‘会当凌绝顶,一览众山小’”。
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