薛其坤院士(右)接受本报记者采访时，耐心讲解量子反常霍尔效应。　　　　□杨志灵/摄
　　

薛其坤为大众日报读者题写“既有梦想，又有责任”
 

　　■　周末人物·中国梦·出彩人生

　　□　本报记者　逄春阶

　　四月的北京清华园，天朗气清，花绽卉绿，生机盎然。

　　记者来到静谧的理科楼四楼，拜访山东老乡薛其坤院士。薛先生中等个，偏瘦，面带微笑，目光炯炯。我握住他的手，第一感觉是，如果他再手捏一支粉笔，就很像上世纪八十年代我的一位高中物理老师。他语速很快，一口山东味的普通话，准确点说，是带有山东蒙阴口音的普通话。

　　薛先生非常谦和，平易近人。谈专业，谈治学，谈生活，对话轻松而愉快，自然率真，风趣幽默，但不乏严谨。一个多小时聆听，如沐春风。

　　陪我采访的中科院进化生物学博士杨志灵说，真正的科学家，不显山不露水，平凡淡定，让人敬佩。

　　49岁的薛其坤，是清华大学理学院院长、物理系主任、“低维量子物理”国家重点实验室主任。

　　“获奖这个事咱不谈”

　　记者(以下简称记):最近媒体关于您和您的团队在实验中发现量子反常霍尔效应的新闻特别多，其中诺奖得主杨振宁先生的评价引起强烈反响。他认为你们发表出来了诺贝尔奖级的物理学的论文，还说这是整个国家发展的一个大喜事。有人就猜测，这个发现很可能问鼎诺贝尔物理学奖。

　　薛其坤(以下简称薛):能否获奖这个事咱不谈。杨先生呢，他的评价，主要是看了这个工作的意义和做出来的难度，我们感谢杨先生对我们的肯定。这个工作才刚刚起步，后面要做的事情还有很多，我们要考虑的是如何进一步把工作做得更加深入。

　　记:多数人对量子反常霍尔效应不太明白。

　　薛:要理解量子反常霍尔效应，你得先理解量子霍尔效应，要理解量子霍尔效应，你得先理解霍尔效应。霍尔是美国科学家，他分别于1879年和1880年发现霍尔效应和反常霍尔效应。此后，整数量子霍尔效应和分数量子霍尔效应也相继被发现。

　　霍尔效应，是一个在物理上非常重要的电磁现象。咱用一个形象的比喻，计算机芯片里电子的运动从微观上看是无规则的。当它们从晶体管的一个电极到达另一个电极的时候，就像人从农贸市场的一端到达另一端，运动过程中总是碰到很多无序的障碍，它要走弯路，走弯路就会造成发热，效率就不高，这是目前晶体管发热的重要原因之一。量子霍尔效应给电子定义了一个规则，其运动不像农贸市场的运动那么杂乱，而是像高速公路上的汽车一样，按照规则，有序进行。

　　记:好比是电子运动的“交通规则”。

　　薛:对。它使得电子只能沿着边缘的一维通道运动，并且只能做单向运动，不能返回，这相当于建立了电子运动的“高速公路”，使其告别了杂乱无章的运动。

　　记:我看到媒体报道，1980年，德国科学家冯·克利青发现整数量子霍尔效应，1982年，美国科学家崔琦和施特默发现分数量子霍尔效应，这两项成果分别于1985年和1998年获得诺贝尔物理学奖。

　　薛:与量子霍尔效应相关的发现之所以屡获学术大奖，是因为它揭示了微观世界的美妙，比如上面提到的电子高速公路。同时也是因为霍尔效应在应用中特别重要。人类日常生活中常用的很多电子器件都来自霍尔效应，比如汽车上广泛应用的霍尔器件就有:信号传感器、ABS系统中的速度传感器、汽车速度表、液体物理量检测器、各种用电负载的电流检测及工作状态诊断、发动机转速及曲轴角度传感器等。

　　随着汽车的自动化程度越来越高，微电子电路越多，就越怕电磁干扰。而汽车上有许多灯具和电器件在开关时会产生浪涌电流，使机械式开关触点产生电弧，产生较大的电磁干扰信号。采用功率霍尔开关电路就可以减小这些现象。节省能源的“效应”

　　记:请具体谈谈量子反常霍尔效应。

　　薛:量子霍尔效应可以被用来实现低能耗高速电子器件，推动信息和能源产业的发展，对未来实现固体拓扑量子计算和信息处理的革命有直接的推动意义。然而，实现量子霍尔效应，需要十万高斯左右的强磁场(地磁场仅为0.5高斯)，要产生这样的磁场不但价格昂贵，而且其体积庞大(冰箱那么大)，这使得量子霍尔效应很难得到应用。于是，科学家们一直在寻找不需要外加磁场的量子霍尔效应，即量子反常霍尔效应。

　　记:我还没弄明白普通霍尔效应和反常霍尔效应的区别。

　　薛:反常霍尔效应与普通的霍尔效应在本质上完全不同，这里不存在外磁场对电子的洛伦兹力而产生的运动轨道偏转，反常霍尔电导是由于材料本身的自发磁化(即材料本身具有磁性)而产生的。

　　记:量子反常霍尔效应应用价值在哪里?

　　薛:最大的应用就是，从原理上来讲，可以推动下一代集成电路的发展，现在的集成电路，包括咱的笔记本电脑，大型计算机等，它用来做无用功的发热占到了将近三分之一，而量子反常霍尔效应，可以让计算机中的晶体管不发热。这不但可以提高速度，还能节约能源。

　　记:电脑用长了就发热。

　　薛:一开机，它就开始发热，一点点热，积攒起来就感觉很热了。第二，如果让它不发热，从理论上讲，它的集成度就能进一步增加。现在的情况是，你再增加就增加不下去了，笔记本电脑会速度变慢，甚至热得不能工作。

　　所以，利用量子反常霍尔效应，可以解决微电子技术的一些瓶颈性问题。现在我们电脑的用电量，是照明用电量的三分之一啊，你可以想象，每天有多少电浪费在这上面。如果解决了这个问题，对能源的节省将会是非常大的。

　　当然，还有很多其他的应用，随着科研的进一步深入，会发展起一些新的技术，潜力巨大。

　　非以求名而名从之

　　杨志灵:你做的量子反常霍尔效应试验，美国、日本的科学家都在做，但是他们都没做出来，你和你的团队当时怎么选择这么难的课题?

　　薛:量子霍尔效应，在我们这个领域中，是探索的几个重要方向之一。起初，我们朝这个方向努力，并没有想到这么快就做出来或者是我们先做出来，这是探索中的一种意外的结果吧。因为我们知道，要实现这个效应难度很大。

　　但是，只要你做，就有可能。不断做，对相关领域的理解会变得深入。这是深入过程中的一个收获吧。打个比方，你要小麦增产，从800斤增长到1000斤，这仅仅是目标。通过加大密度也好，通过改良土壤也好，采取这样那样的措施，最后的结果，也许永远达不到1000斤，也许能达到1200斤。研究不断改进，朝这个方向努力，这个很重要。对一个重大难题的研究是循序渐进、不断深入的，在实践的过程中，对这个领域的知识，或对知识的理解会更加深入，这本身就是收获。

　　科学的探索就是这样，有些具体的目标，也有些朦胧的目标。关键是你要用科学的方法去做这个事情，确定一个比较合理的、理性的方案，按照科学研究的规律去做事情。

　　记:这让我想起《淮南子》中的话:“圣人为善，非以求名而名从之；名不与利期，而利归之”。材料很重要，直觉更重要

　　记:你多次说过材料很重要。在讲座中反复强调:material!material!material!

　　薛:它是这样，要观察到量子反常霍尔效应，需要拓扑绝缘体材料绝缘。要做到这一点，以单晶硅为例，这要求在一百万个硅原子中只能有一个杂质，你可以想象，百万分之一的杂质啊，这是很难的。如果做不到这一点，你就测不到这个性质，所以说，材料很重要。

　　杨志灵:怎么才能达到这种纯度?

　　　薛:我们用的方法，非专业人士很难理解。它是靠生长动力学控制的。

　　记:据说实验持续时间是4年。

　　薛:从时间跨度来讲，4年不是很长。但是，这个领域发展非常快，所以应该说是争分夺秒吧。我们的学生工作比较努力，我们的实验技术，我们运用的技巧，也是世界一流的。

　　记:你还说过，材料很重要，但直觉更重要。

　　薛:人天生的智慧很重要，潜在的生理上的素质对搞研究有重要影响。一个学者，经过长期的研究，知识的积累，经验的积累，到了一定的程度，就变成一种“数据库”。当你碰到一些新的现象，这些积累就会让你对正在研究的问题产生种感觉，这也许就是直觉。直觉本身是个很天性的东西，是吧?天生的智慧与积累的知识，这些东西共同作用，指导你去作判断，我觉得这也叫直觉，它对研究很重要。

　　7-11教授

　　　记:媒体上说你是7-11教授?

　　　薛:哈哈，7-11是便利店的名字，seven-eleven，这个是上世纪二十年代在美国发展起来的一种便利商店，早晨7点开门，晚上11点关门，商店上面就写着seven-eleven，我在日本留学的时候，我导师就是这样管理的，不管刮风下雨，你必须早晨7点前到实验室，一直到深夜离开。

　　后来，回到国内，也是这样，虽然不是7-11，但是工作时间差不多。

　　记:你怎么排解枯燥，你整天在实验室里……

　　薛:在实验室里其实很愉快。作实验是一个非常愉快的事情。比如你学自行车，刚开始学，没有成就感。等你学会了，骑自行车速度快了，就觉得很愉快。我们不断遇到新问题，不断地尝试新的问题，是探索未知，很有挑战性和新意。

　　记:作实验也是简单重复啊。

　　薛:不不不，它每一步都是变化的，都有意外，都有新的东西出现。不是简单的重复。要把职业做到专业化

　　杨志灵:怎么协调工作和杂事的关系?比如写申请基金报告等等。

　　薛:写申请基金报告，本身是科研的一个正常部分，写一个基金报告要对这个领域的情况有个总体把握，对过去的整个研究情况要了解得很清楚，哪些地方存在着重要的问题，还没有解决的，这都要搞明白，马虎不得。说白了，这是一个很好的学习过程。

　　杨志灵:刚毕业的研究生有很重的科研压力，刚开始选题的时候，适合选什么样的题目比较好?

　　薛:从长远来讲，你肯定要选择生命力比较长的方向。但在好多情况下，你得先挣得第一桶金，还没站住脚，你就吆喝着去研究那些大问题，肯定不行。要根据情况，一步步，扎扎实实地朝前走。

　　年轻人一开始搞科研，不能过多地考虑多少年以后干什么，我觉得首先还是把基础打好。

　　记:你41岁就成为院士了。

　　薛:我很幸运吧。

　　不管怎样，要把职业做到专业化。比如一个炒菜的厨师，你炒的菜一定要炒地道，开汽车的，就要按照规则，认认真真开好，不出事。做科研，你就要按科学研究规律去做。

　　记:脑子里一直要想着那个事。

　　　薛:对。三天打鱼两天晒网，那肯定不行。你想，做这个领域的成千上万的人，大家都很优秀，凭什么你会比别人做得好?你就得多做实验多学习啊。要做好一件事，你就一定要专心去做。

　　记:你一直强调团队的合作。

　　薛:一个复杂的实验，不是一个人就能完成的。我们团队合作非常愉快，很默契。四年当中，有几十个，上百个大大小小的困难啊，就是靠着团队精神一个个克服了。

　　记:你说过，科学是有传承的……

　　薛:就是一代一代积累，不断探索发现。看学生，要看你导师的导师的导师的水平，作为导师，教给学生的是不是最好的，或者是选的方向是不是最好的。有成就的科学家，都是一脉传承下来的，很少有一个平地而起的科学家。

　　记:最近有什么计划?

　　　薛:与我们这个方向的研究相关的，还有很多有意思的事情要做。一定要有健全的人格

　　记:发现你的讲座现场效果很好。

　　薛:我是个挺能讲笑话的人，很喜欢开玩笑，这跟性格有关系。

　　记:看来你的家庭环境是个很自由的环境。

　　薛:小时候没人管啊很自由。那时在农村的小学，农忙放假，作业很少，家长哪有功夫管你!那时候小学教育不是很正规。但是，传统的伦理道德，让我们不知不觉形成比较健全的人格。　　记:我们现在的中学生教育，大家普遍提出质疑。

　　薛:现在的教育方式对小孩的限制太多了，但是已经成为一种潮流，你又不能逆潮流而动。我不知道如何能尽快扭转这个局面。

　　记:现在家长老说，不要让孩子输在起跑线上。

　　薛:好多事情是有惯性的，一旦形成，变成社会效应，不是一个人在短期内能改变的。这只能慢慢地改进吧。

　　记:比如复旦大学的学生投毒事件，个别大学生出现心理上的异常反应，是不是跟教育有关系。

　　薛:虽然是个案，也反映出一些问题。要处理好人与人之间的关系，老师和同学，同学和同学之间的关系，还是要有健全的人格。

　　记:你老家是沂蒙山区的蒙阴县?

　　薛:新泰朝东南走，就是蒙阴，蒙阴在蒙山的北面。从小在蒙阴长大，从蒙阴一中高中毕业，考入山东大学光学系，然后分到曲师大物理系，再考到中科院物理所，后来到日本东北大学金属材料研究所留学。

　　记:我看到你自己总结学术道路用了这样的话:两年考研失败，七年读研坎坷，八年留学苦乐，九年创业喜悦。

　　薛:这是讲座时概括的，是我的真实经历。

　　记:你家族中还有搞科研的吗?

　　薛:有两个堂兄弟，他们也是山东大学毕业的，现在在美国，都是在公司做科研的。是梦想，更是责任

　　记:你很小就有当科学家的梦想吗?

　　薛:没有。那时候有种朦朦胧胧的感觉，感觉到科学家是一个非常崇高的事业，很神圣。随着研究生学习，到国外深造、工作，慢慢地也是自然地走上了这条路，

　　记:梦越来越清晰了。

　　薛:梦哪，是有的。

　　记:各行各业都在诠释中国梦的内涵，作为一个科学家，你对民族复兴的梦想有没有具体解读?

　　薛:从世界的科学发展情况来看，中华民族虽然有五千年的辉煌历史，我们在现代科学上的贡献与我们的民族不是很相称，尤其是原创性的研究。

　　我们这个年龄段的人，肩负着做科研和培养下一代的两重角色，所以一定要把这个事情做好，我们国家发展到今天，在科学的发展上也应该与世界经济第二大国地位相称，这是我们的梦想，更是我们的责任。

　　记:民族复兴，科技占领高地，光喊口号不行。

　　薛:经济效益比较大的产业往往是高技术产业，原创性的成果往往会造就领先的技术，这在国防方面更加突出。要实现强国梦，让我们国家长治久安，我们必须从最根本的地方，从源头上领先才行。科学研究，不能打折扣，光满腔热忱是不够的，要踏踏实实地干，没有捷径可走。

　　记者附记:告别薛院士，漫步惠风和畅的清华园。无论是步履匆匆的莘莘学子，还是白发满头的科学泰斗，他们都在默默做着自己的事情。一直做，则功不唐捐。不禁感叹，这里是上下求索，永不停滞的地方；这里是创造奇迹，见证奇迹的地方；这里是追寻梦想，实现梦想的地方。

　　编辑附记:两周前，就把这个采访任务交给了记者，记者在北京忙着学习，我一直没催稿。直到5月6日，记者发来短信说:“薛院士非常严谨，把深奥课题通俗化，采访中，我一遍一遍求教。薛院士非常耐心，写出初稿后，有些术语错了，薛院士作了认真订正，并嘱咐我，请再仔细点，我又反复听了两遍录音，最后交给薛院士审定。采访有难度，但是很愉快。”记者自言是科盲，但临时抱佛脚，虚心跟大学者学科学，下得是笨工夫。这是对读者负责任。　

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