薛其坤：追求極致的精神早已融入血液里
薛其坤對極致的追求，早已經內化在他的血液里，成為了一種不自覺的行事方式。
「科研確實存在一定的運氣，和一個領域的發展階段有關，每個領域、每個階段都會有科學上的機遇。當一切都準備好的話，一旦有新的機遇來臨，運氣就會變成現實。最主要的是要把基本功練好。」
薛其坤教授愛喝咖啡，朋友來了也會熱情地勸人來一杯。在未來科學大獎頒獎現場播放的短視頻里，有一個鏡頭正好捕捉到了薛教授辦公室咕嘟咕嘟響煮咖啡的場景。但不為人知的是，薛教授愛上喝咖啡的原因卻是苦澀的。
2017年1月15日晚，作為獲得物質科學獎的傑出科學家，站在首屆未來科學大獎頒獎典禮舞台上的薛其坤教授光彩奪目。他獲得本次物質科學獎，其貢獻是利用分子束外延技術發現量子反常霍爾效應和單層鐵硒超導等新奇量子效應方面做出的開拓性工作。薛教授關於量子反常霍爾效應的發現，被楊振寧先生評價為「諾貝爾獎級」的科研成果。
「量子反常霍爾效應的應用價值不亞於電的發明」。4月的清華園草長鶯飛，薛教授在辦公室煮著咖啡，通俗地向我們介紹他的科研成果。
電子在運動過程中，會因為相互碰撞而導致器件發熱、效率不高且造成能源浪費，而量子霍爾效應則使電子像高速路上的汽車一樣，分車道分方向行駛，從而大大降低能耗。但普通量子霍爾效應的產生需要強磁場，成本非常昂貴。如果可以找到一種材料，不需要外加磁場，就可以實現電子的有序運動，也就是實現量子反常霍爾效應。薛教授利用分子束外延技術找到了這種材料，並在這種材料中實現了量子反常霍爾效應。這為人類發展新一代低能耗電子學器件帶來了曙光。
在頒獎典禮上的視頻短片中，一個學生使用了一個一長一短、合不攏的鑷子做實驗，視頻里的薛教授說：「這在我們老家叫意歪，湊合著能過就過，這是做科研的大忌。」他對學生諄諄教導，在以後的實驗過程中，要牢記他講到的這一點，追求極致。
在追問薛教授為什麼能取得成功時，視頻里師生間的交談給出了答案。追求極致的精神早已經內化在薛教授的血液里，成為一種不自覺的行事方式。
1994年，薛其坤在日本櫻井教授實驗室做中日聯合培養生，與同在一個實驗室的中科院物理所周軍明教授一起做實驗，很快就出了好結果，最終發表在《物理評論快報》（《Physical Review Letters》）雜誌上。《物理評論快報》是美國物理學學會主辦的學術期刊，在物理學領域是最權威的雜誌。正是因為這項工作成績突出，1995年，薛其坤受邀在物理學領域規模最大的美國物理學會年會上作報告。
這是他的第一個英語報告，當時他的口語相當差。為了將這個報告作好，薛其坤將報告演講的內容一字不落地寫了下來，經過反覆修改後，就開始了演練，一共練了80多遍，終於把20分鐘報告時間的誤差控制在10秒以內。其實在練習到二三十遍的時候，薛其坤就已經熟練掌握了節奏，但他堅持練了80多遍，直到練習到念哪個單詞應該看左邊的觀眾，念到哪個單詞應該看右邊的觀眾，念到哪個單詞應該看哪一位嘉賓時，這才覺得可以了。結果，在當年的報告會上，這位來自中國的博士生大放異彩。平時只能在文獻上見到的頂尖教授紛紛起立走過來和他握手，薛其坤說，「我當時感到了一種追求極致的快樂」。
薛其坤教授人生中有很多轉折點，但最重要的一次莫過於1992年，他的中國導師陸華教授把他引薦給日本櫻井利夫教授，而櫻井教授又是德裔美籍著名科學家E.W.Muller的關門弟子。自此，一個更廣闊、更先進的科研殿堂向籍籍無名的薛其坤打開了一扇窗口。然而幸福總是短暫的，當1992年6月26日飛機降落到日本成田機場時，薛其坤沒有意識到自己很快將面臨一場生死考驗。
櫻井實驗室有個習慣，叫「seven-eleven」，早上7點鐘必須到實驗室，晚上11點以後才可以離開實驗室，一個星期要工作6天，非常辛苦。為保證早上7點前到達實驗室，薛其坤每天早上6點就要起床，中午只有1個小時吃飯，沒有午休時間，晚上11點才能離開實驗室，到家後已經晚上12點。洗漱完後，每天最多只有5個半到6個小時的睡覺時間。
薛其坤在國內習慣了午休，而這裡吃完午飯不能休息，直接就要進行實驗，本來早上起床就早，別說實驗了，眼睛看著的人和儀器都是重影，體力根本盯不下來。
在這個時期薛其坤開始大量喝咖啡，靠著咖啡因對神經的刺激，挨過漫長的每一天。一個拒絕喝咖啡的人也由此慢慢咂摸出味道並且愛上了這種西方流行飲品。體力上的疲憊還能撐住，精神上的羞辱讓薛其坤生不如死。
櫻井實驗室都要用英語交流，即使中國同事間也要用英語，不允許講中文。薛其坤那時的英語很不好，因此對話時一方面要拚命理解對方在講什麼，一方面還要想著怎麼表述，一天下來非常疲憊。
有一次在做實驗時，一位副教授要薛其坤遞扳手，結果沒聽懂遞成了改錐。副教授什麼話也沒說，站起來就走，把薛其坤一個人晾在那裡，周圍都是實驗室的同事，當時他就想找個地縫鑽進去。
沒過多久，這位副教授又讓薛其坤整理整面牆的工具櫥，將實驗室所有用過的工具、零件、元器件，按類別、型號分類放進格子里。薛其坤越整理越覺得委屈，為什麼不讓低年級的學生去整理呢？是不是副教授故意刁難。花了兩三天的工夫，薛其坤才把所有的工具零件整理好。「
事後回顧要感謝這位教授。」薛其坤說，通過整理工具櫥，他迅速地知道了每個工具的英文名字，擺放的位置和尺寸大小，這對他以後獨立操作實驗室儀器大有幫助。不過，當時的薛其坤還沒有心思琢磨副教授的良苦用心，每天想的一件事就是要不要回去。
第一次遠離家鄉的薛其坤，越發思念國內的愛人和孩子。在日本對實驗儀器和工作不熟悉，經常受到批評和冷落。對自己什麼時候可以掌握儀器、獨立操作、進入科研狀態毫無把握，一切都是未知。堅持不下去的時候，薛其坤就坐在學校的河邊，望著山坡後中國的方向，委屈、壓抑一齊湧上心頭……只是想來完成自己的博士學業，改善一下生活狀況，沒想到過程這麼艱難。
「想起來，還是自己沒有做好充分的思想準備。」薛教授分析，人就怕不冷靜，在受到多重困難同時攻擊、所有問題一起湧現的時候，就想放棄，而且人累了精神也變得更脆弱。如果能冷靜下來，堅持住了，其實一切沒那麼可怕。
就這樣經過十幾次是放棄還是堅持的激烈交戰，經歷了地獄般的三四個月後，博士生薛其坤漸漸適應了日本的學習和生活，憑藉自己在國內實驗室4年摸爬滾打的經歷，克服了語言障礙的薛其坤漸入佳境，並最終在《物理評論快報》上發表論文。在當時的實驗室，論文的發表引起了轟動，很多同事都向他表示祝賀，包括讓他整理工具櫥的副教授。「一隻醜小鴨終於變成了王子。」薛其坤調侃地說。
薛教授總結日本對他的影響，最大的就是精益求精追求極致。在日本實驗室，學生把材料做到平整了，一般情況下湊合也能用了，但日本人會繼續重複這件事，直到把材料推平到最好，好到不能再好了才算完成。在日本當一個老師告訴學生做一件事需要兩個小時，學生絕不會半小時做完，實驗中每一步都想到把各種方案做到最好。樣品有一點不夠完美，即使已經可以用了，也要重複到「不可能再好」才算完成，而實驗中每一個步驟都是如此追求完美和極致。
基於20多年的積累和對極致精神的理解運用，薛教授帶領著團隊，在很短的時間裡成功製成了高質量的材料。一種百萬量級原子中不能出現一個原子的誤差或雜質的材料。正是在這個材料中，證實了量子反常霍爾效應的存在。
材料實現之難就如同要求一個人同時具有短跑世界冠軍的速度、鐵餅世界冠軍的力量和體操世界冠軍的靈巧。在實際的材料中實現以上任何一點都具有相當大的難度，而要同時滿足這三點對實驗物理學家來講是一個巨大的挑戰。
回首這4年研究的艱辛，薛其坤甚至也有點後怕。這項研究成果不僅是新中國成立以來中國人首次可以寫入教科書的新的物理效應，同時將推動新一代低能耗晶體管和電子學器件的發展，加速推進信息技術革命進程。
◎ 撰文 | 傅雪
◎ 圖片 | 潘之望
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《科學大觀園》2018年5月合（總第546期）
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