事實上，他即將開啟一個全新的時代。4月9日，由這位教授領導，來自清華大學、中國科學院物理所與斯坦福大學的科學家們組成的團隊宣布，他們從實驗中觀測到了量子反?；魻栃?。他們的論文，3月15日發(fā)表在國際權威學術雜志《科學》上。
對普通人而言，“量子反常霍爾效應”并不僅是一個讓人云里霧里的科學名詞，它還意味著某種科幻小說般的未來生活：若這項發(fā)現(xiàn)能投入應用，超級計算機將有可能成為iPad大小的掌上筆記本，智能手機內(nèi)存也許會超過目前最先進產(chǎn)品的上千倍，除了超長待機時間，還將擁有當代人無法想象的快速。
這一發(fā)現(xiàn)甚至令年過九旬的諾貝爾獎獲得者楊振寧都激動了：“這是從中國的實驗室里頭，第一次做出并發(fā)表諾貝爾獎級的物理學論文。”
“那一時刻，我們看到我們深刻的信念，在大自然里果然是被實現(xiàn)了”
普通人幾乎沒人知道什么叫“量子反?；魻栃?，但1879年美國物理學家霍爾發(fā)現(xiàn)的“霍爾效應”，實際上已經(jīng)被應用在普通人生活的方方面面：測量磁場，測量運動事故，也可以生產(chǎn)新的器件，比如汽車的里程表、速度表，以及點火系統(tǒng)。
這一次，薛其坤團隊的最新發(fā)現(xiàn)，在科學家眼中，更是一個極為美妙的現(xiàn)象。
在擺滿儀器設備的實驗室，清華大學物理系教授王亞愚試圖通過一種通俗易懂的方式向外界解釋他們的研究。他手持的筆記本電腦屏幕上播放著動畫：一個透明的長方體物件內(nèi)，許多玫紅色小顆粒正在橫沖直撞。
“如果這是一個一般的金屬材料或者半導體材料，那里面的電子運動是非常無序的。它們雜亂無章，互相碰撞。這就引起電子器件的速度降低，而且會使能耗增大?！?/FONT>
雖然肉眼看不到這些到處亂跑的電子，但誰都會在生活中感受到它們的存在，譬如，盡管有風扇“呼啦呼啦”地吹，工作多時的筆記本電腦卻還是熱得燙手，反應緩慢得像老牛爬坡。
但這些粒子卻是可以被科學家們“管”起來，順著一定規(guī)律在材料內(nèi)老老實實排著隊跑步的。
“如果我們在材料上加一個強磁場，非常強的磁場，電子運動就變得有規(guī)律了——它們在材料的兩端，像高速公路上的汽車一樣，這么反向運動，這時候，電子運動速度就變快了?！蓖鮼営藿淌诮忉屨f。
動畫中，玫紅色小顆粒乖乖地排在材料兩邊，一邊的隊伍向前跑，對面的隊伍則向后跑，就像公路上遵守交通規(guī)則的往來車輛，在不同的車道里暢通無阻。
在上世紀80年代，這種量子霍爾效應被德國物理學家馮·克利青在研究極低溫度和強磁場中的半導體時偶然發(fā)現(xiàn)。這一成果讓他獲得了1985年的諾貝爾物理學獎。
只是，要讓肉眼都看不到的電子像動畫中那樣規(guī)律地運動，需要極強的磁場：至少得是一個一人高，冰箱一般大小的設備。運作起來非常麻煩，而且極其昂貴。
顯然，這不是一件能走出實驗室的“降溫提速設備”。
這也就是為什么薛其坤的團隊在實驗中觀測到的量子反?；魻栃沁@么重要、又是這么優(yōu)美了：在零磁場中，材料的反?；魻栯娮柽_到量子電阻的數(shù)值，并形成一個平臺，也就是說，在微觀世界中，那些原本亂沖亂撞的電子們正循著“高速公路”暢通有序地運動著。這一次，沒有強大的磁場。
這一場面證實了科學界等待多年的預言。
“這是量子霍爾家族的最后一位成員，”一位美國科學家在《科學》雜志上撰文稱，“不需要外磁場的量子霍爾態(tài)的實驗觀測，使人們終于能夠完整地研究量子霍爾效應的三重奏了”。
在得知這一結果的時刻，薛其坤的合作者，曾經(jīng)預言過自旋量子霍爾效應的斯坦福大學教授張首晟想起了老師楊振寧曾對他們說過的話：任何科學發(fā)現(xiàn)，都早已存在于自然界中。
“在發(fā)現(xiàn)的那一時刻，我們看到我們深刻的信念，在大自然里果然是被實現(xiàn)了，這種感受是科學家最最大的一種回報?！?/FONT>
那是2012年的10月12日，距離霍爾最初發(fā)現(xiàn)這種電磁效應已130年有余，距離薛其坤的團隊開始實驗，也已整整4年。
“吃飯，睡覺，做研究”
在同行中，已經(jīng)有300多篇SCI論文發(fā)表的材料物理學家薛其坤以勤奮刻苦著稱。他有一個“比‘院士’更響亮的名號”，叫“7-11”：早上7點進實驗室工作，一直干到晚上11點。在進行實驗的4年中，他的團隊先后嘗試了1000多個拓撲絕緣體樣品。
磁性拓撲絕緣體，是實現(xiàn)量子反?；魻栃睦硐胂到y(tǒng)。要實現(xiàn)量子反常效應，對材料的要求非常高：這種材料必須具有拓撲特性，具有長程鐵磁序，體內(nèi)則必須是絕緣態(tài)。按科學家的解釋，就好比要求一個人具有劉翔的速度、姚明的高度和郭晶晶的靈巧。
在薛其坤的指導下，研究者們用于實驗的拓撲絕緣體樣品是以“原子”為單位的：在100萬個原子中，只能有一個雜質原子。這1000多個不到小拇指指甲蓋大小的特殊實驗材料，都需要在超真空環(huán)境中慢慢長出來。它們的厚度得是5納米，高1納米或是低1納米都不行。
分散在世界各地的實驗團隊成員，每天都通過電話和郵件交流實驗結果，隔兩三周就充分討論實驗的所有細節(jié)。不過，在很長一段時間里，它們得不到任何有意義的結果。負責測量反?；魻栃耐鮼営藿淌谛稳?，那時他們都“不大好意思見薛老師”。
但團隊領導者薛其坤耐得住性子。他是過過苦日子的人。小時候，母親得到了一條珍貴的牛肉，舍不得吃，一定要等著出外上學的孩子回家，才把已經(jīng)風干的牛肉慢慢在水里浸開，包了餃子吃。
很多年以后，這個從沂蒙山區(qū)走出來的農(nóng)村孩子還記得，年少時第一次進縣城，如何被那里的繁華震驚。他對家鄉(xiāng)記者描述說，那心情就像臨沂人的一句笑談，“蒙陰就像是北京一樣，是個大地方”。
當時這少年心中的“最高理想”，就是在那個蒙陰縣城中“找個工作，娶個媳婦”。這理想人生至少實現(xiàn)了一半，薛其坤后來確實娶到了一個蒙陰媳婦。
另一半人生也許有些超出他最初預想的軌道：在日本和美國留學，35歲晉級教授，41歲成為中科院最年輕的院士之一?！拔腋緵]想到自己會是個科學家……只想有事干，踏踏實實做點事。”
在證實“量子反?；魻栃钡某晒l(fā)布后，有網(wǎng)友在微博上對著“薛其坤”這名字大發(fā)感慨：當年這個人去他們學校講座，沒人聽，他還被拉去充數(shù)——近幾年，薛其坤曾在復旦大學、山東大學、湖南大學等多所高校，作過以“個人成長的體會”為內(nèi)容的報告。
他人看來幾乎是一帆風順的履歷，在當事人心中則另有滋味：大學畢業(yè)后一次次想考研，第一次考哈爾濱工業(yè)大學，高等數(shù)學只考了39分，落榜;兩年后報中科院物理所，物理考了39分，又落榜。
第三年，他終于考上了中科院的物理所。但之后的幾年里，這個大齡研究生“整天處在維修儀器的苦惱狀態(tài)中”。當年，物理所的設備不靈光，常常做不了實驗。就算一次次做實驗，但得到的數(shù)據(jù)也總是對不上號。
直到全無日語基礎的他被送往日本東北大學聯(lián)合培養(yǎng)，生活才逐漸順利了起來。正是在日本導師櫻井利夫的要求下，他養(yǎng)成了“7-11”的工作習慣。隨后他被櫻井先生推薦至美國北卡羅來那州立大學D.E.Aspnes門下做博士后，這位老先生也極有個性，每次實驗室外出聚餐，年過六旬的他總會騎著摩托車，帶上一個學生，順著高速公路一路風馳電掣而去。
如今，當薛其坤成為整個研究團隊的中心人物后，他也極其擅長發(fā)現(xiàn)每一個人的優(yōu)點，為整個團隊鼓勁兒。
留學經(jīng)歷還磨礪了薛其坤“流利的山東口音英語”：“俺沒啥子能耐，別人上臺不敢講，俺膽子大，敢講!”
與薛其坤有接觸的人眾口一詞地描述說，這位科學家風趣幽默，精力充沛。他喜歡踢足球，愛看武俠小說，早年生活中令人愉快的消遣是在樓道里打麻將。而他的研究生們則提到，這位導師每次出差后回北京的第一件事，就是去實驗室看看有沒有什么新發(fā)現(xiàn)，哪怕已經(jīng)是晚上12點。
在就任清華教授之后的一次采訪中，他對記者介紹說，自己的團隊來自五湖四海，有著共同的志向。誰知對方問他：您的團隊成員有什么共同愛好嗎?
這位團隊老大思索了片刻之后說：吃飯、睡覺、做研究。
上周，在“證實量子反?；魻栃钡陌l(fā)布會上，楊振寧為這群中國學者的新發(fā)現(xiàn)補充說，有一點值得人們?nèi)ニ伎迹毫孔臃闯；魻栃獙嶒灒澜绾芏鄬嶒炇叶荚阢@研，為什么唯有清華大學與物理所的合作成功了?“我想這與中國整個科研體系的體制，跟中國傳統(tǒng)的人文關系都有非常密切的直接關系?！?/FONT>
“這可能是我們兩個人人生當中最最喜悅的那一天”
2012年10月12日晚上10點35分，薛其坤接到團隊成員、博士生常翠祖的一條短信：“薛老師，量子化反常霍爾效應出來了，等待詳細測量。”
實驗測量到的數(shù)據(jù)是一條漂亮的曲線，與理想情況下量子反?；魻栃男袨橥昝赖匚呛?。
團隊成員觀測到的現(xiàn)象，是在接近絕對零度的極低溫度下對拓撲絕緣體薄膜進行精密測量后獲得的。也就是說，目前要談論這種現(xiàn)象在生活中的實際應用，還為時過早。畢竟，室溫要比實驗溫度高很多，《科學》雜志上一篇文章也指出，實驗材料在其他方面還有不盡人意的地方。
但對為之付出多年努力的科學家們而言，這一結果已經(jīng)足夠令人驚喜?！斑@可能是我們兩個人人生當中最最喜悅的那一天?！睆埵钻珊髞碓诎l(fā)布會上說。在座的楊振寧聽著這個學生的報告，也想起了1956年12月的某一天，吳健雄在電話中告訴他，她發(fā)現(xiàn)了宇稱是不守恒的。
“我認為是從中國實驗室里頭一次，做出來了，并發(fā)表出來了諾貝爾獎級的物理學論文……這也是整個國家發(fā)展的大喜事。”他一遍遍地對著不同的媒體說。
這篇論文發(fā)表后，清華大學的一名學生想起來，在從前的一次“文化素質教育講座”上，曾有學生對薛院士提問：“您是否有志為中國贏得諾貝爾獎?”
“沒有想過?！膘o靜地想了一會后，他給出了這樣的回答。
“我認為一個不想得諾獎的科學家不是好科學家?！睂W生不依不饒。
但薛其坤就是沒有這樣的想法：“我在做科研時，沒想過這個問題”。
