【薛其坤考研】薛其坤:科研需放下名利 但也需要尊严

序言:未来的世界,是科技在改变生活;未来的中国,科技在重塑增长。2017年伊始,网易科技联合“未来论坛”推出“十大顶尖科学家预言未来”系列策划,独家专访了人工智能、生命科学、物理学、天文学、化学等近十大领域最顶尖的华人科学家,倾听他们对未来的预言。在这些预言的背后,他们凭借着自己的深厚学识,发出对人类未来的期盼之声。

“十大顶级科学家预言未来”的第二期,中国科学院院士、清华大学科研副校长、2016年度未来科学大奖-物质科学奖获奖人薛其坤。

他是谁

薛其坤,山东省临沂人。在担任清华大学副校长之前,他已经是知名的材料物理专家,因为在半导体材料方面的成就入选中国科学院院士。2012年,他带领团队首次在实验上发现量子反常霍尔效应,杨振宁先生称赞这是诺贝尔奖级的发现。2016年,薛其坤获得了未来论坛的“未来科学大奖”。他还因为常常每天早7点到实验室,晚11点才离开被学生们亲切的称为“7-11”教授。

他的预言

1、困惑物理学三十年的高温超导的机理未来10年有可能被解决,能耗会大大降低,利用超导微波器件的雷达等通讯设备的灵敏度和抗干扰能力会大大提高,磁共振成像等医疗器械会更加廉价;

2、可扩展的量子计算的实现,这一实现将会大大提高计算速度、降低用电量;

3、人类将探测到Majorana费米子;

作者:崔玉贤

策划:杨霞清、王真

内容产品:郭浩、王真

对于名利,薛其坤有着自己的坚持:作为科学家更应该追求对知识、对科学的崇拜,而不是奖项。不过,他也提醒到,科学几乎是人类在奋斗中竞争最激烈、最难的领域,需要投入最优秀的人在里面,更需要国家层面的支持。像未来论坛的“未来科学大奖”,它的意义更重要的是让大家树立一种热爱科学的风尚,让公众认识到科学研究是有尊严的,应该得到社会的回报。

在谈及当初如何选择“量子反常霍尔效应”这个方向时,薛其坤表示,作为一个实验室物理学家,要学会判断一个科学问题究竟是重要还是不重要,然后再去选择要研究的方向和课题。另外,实验技术需要长期磨,需要有“工匠”精神。

对于薛其坤来说,科学的魅力让他每天都拥有着像小孩一样的好奇心。“你几乎每天都能看到新东西,每过一段时间就会出现一个谜团,让你琢磨不清,经过长时间的努力弄清楚它了,这会让你感到非常幸福。”薛其坤表示这样的快乐,只能意会不能言传。薛其坤享受在科学研究领域的思想和决策的自由。

以下为问答全文:

网易科技:您目前正在从事哪些项目的研究?这些研究的应用前景?面临着哪些问题?

薛其坤:目前主要从事高温超导机理的研究,以及拓扑量子计算方面的基础研究。

网易科技:您感觉物理科学领域在未来5-10年会有哪些革命性的发现呢?

薛其坤:困惑物理学三十年的高温超导的机理未来10年有可能被解决;可扩展的量子计算的实现;探测到Majorana费米子。

网易科技:这些革命性的发现将会如何改变和影响人们的生活和生产?

薛其坤:全新的超导电子器件和电力设备会被研发出来,能耗会大大降低,利用超导微波器件的雷达等通讯设备的灵敏度和抗干扰能力会大大提高,磁共振成像等医疗器械会更加廉价。可扩展量子计算的实现会大大提高计算速度、会大大降低用电量。

网易科技:您对未来中国在物理科学这个领域有何期许?您认为目前中国在该领域处于怎样的水平?

薛其坤:在这两个领域,我国有领先和取得重大突破的机遇。

网易科技:您因发现“量子反常霍尔效应”获得了2016年“未来科学大奖”,您的同行邓肯·霍尔丹(F. Duncan M.Haldane)因为物质拓扑相变和拓扑相的理论发现获得了2016年“诺贝尔物理学奖”,实际上您在量子反常霍尔效应上的工作为他的理论提供了实验依据。为什么会选择“量子反常霍尔效应”这个方向来研究?当初是如何判断这个方向的前景的?

薛其坤:2005年左右,国际上兴起了关于拓扑绝缘体(Topologicalinsulator,一种特殊的绝缘体材料)的研究,由于这个材料体系比较适合我们,所以自然认为这是我们的一次机遇。后来张首晟(华裔,斯坦福大学物理系教授,2016年诺贝尔物理学奖热门候选人)基于这种新材料提出了量子反常霍尔效应的理论。一次偶然的机遇,我们走到了一起,量子反常霍尔效应成为我的研究组的研究目标之一。

作为一个实验物理学家,要学会判断一个科学问题究竟是重要还是不重要,然后再去选择要研究的方向和课题。另一方面,实验技术需要长期磨,需要有“工匠”精神。等知识背景和实验技能都具备时,再加上对科学问题判断能力,当出现机遇的时候,你就会做出正确的选择和判断,

就我个人来说,打好基本功,积累经验,随着年龄的增长对整个领域的把握能力变强,这个时候在别人的基础上我会有新的发现。我们对界面超导领域的研究,应该说是瓜熟蒂落的过程。

网易科技:“量子霍尔效应”和“高温超导”取得的研究成果未来会有哪些应用领域和方向?

薛其坤:在“量子霍尔效应”方面,我们做出了不需要磁场的“量子反常霍尔效应”,第一个很明确的应用就是集成电路,量子霍尔效应可以基本解决集成电路上的发热问题。如果能降低材料价格、提高量子反常霍尔效应的实现温度,就可以做出特殊的不发热的计算机芯片,会有效解决芯片发热、耗能和老化的问题;第二,我们每次开计算机的时候,所有的程序要重新启动,如果我们用量子反常霍尔效应做出磁存储芯片的话,那么它关机以后原来的状态会保留,不需要我们在每次开机的时候启动程序。

所以,新型的磁存储器,甚至随机存储器,是量子反常霍尔效应可能第二个应用,这实际上也是计算机芯片的一部分。这是量子反常霍尔效应目前比较明确的两个应用方向,拓扑量子计算机目前来看还比较远,我们正在研究。

在高温超导方面,第一个明确的应用是有效降低普通电器件的耗能。由于欧姆定律,一般的导线都会存在着发热问题,如果能把高温超导材料的超导临界温度提高到液氮温度以上,就可以解决发热问题,大大节省电器件的耗能;高温超导的第二个应用方向是做磁共振成像,包括像雷达等等。

这主要取决于材料的超导转变温度能达到多高,如果能达到液氮温度以上,那么雷达、电子器件的互联,包括医院里的磁共振成像设备,都可以在液氮冷却的情况下实现应用。

除此之外,我们对材料的超导特性或其他特性的测量结果更加明确以后,或许还会开拓新的应用。基础研究有一个好处:一旦发现了共性的、基础的、原理性的东西,在比较好的商业化条件下,它的拓展空间可以说是无限的。实际上科学家做出来的基础研究,在将来哪一天都可能会忽然变成我们都想不到的应用,给我们人类、社会提供新的技术。

网易科技:在半导体材料领域的多年研究背景对您观察到“量子反常霍尔效应”有什么帮助?

薛其坤:过去这些年在半导体领域研究中掌握的知识、工具,积累的实验技术,都是今天做出这些发现的基础。回忆多年的科研之路,我认为作为一名科学研究者要有很好的科学知识基础,在理论上深刻理解所在领域,当新的材料和应用出现的时候,就能很自然去理解它,这个背景很重要;另一方面,研究半导体的经历帮助我实现了实验技术的积累,能看到别人看不到的东西。

过去20多年里的研究里,我们的实验水平一直在提高,而且有自己的特色,所以当一个新的领域、新的材料和新的科学问题出现时,我们才有优势的条件去做这件事。

网易科技:拿到“未来科学大奖”您有什么感受?对您的科研工作和个人生活会有哪些影响?

薛其坤:“未来科学大奖”的奖金数额很大,对我个人生活会改善,感激捐赠人。同时,这是对我科研工作很大的鼓励,我相信会进一步激发我和我的科研团队在基础研究领域的坚持和热情,这不仅是我,也是一个团队的成就,我会根据每个人的贡献分配,这是对他们工作的肯定和回报,也是一个鼓励。

网易科技:您和您的团队被认为是未来中国冲击“诺贝尔奖物理学奖”的大热门,您如何看待这个问题?

薛其坤:作为一个科学家,我和我的团队要把研究做到世界最好的水平,在基础研究领域继续寻找新的科学问题,我们不去刻意追求拿这样一个奖,这是我们应该持有的态度,也是我们自己现在持有的态度。中国设立“未来科学大奖”我觉得是中国人的自信。我们以前觉得拿了诺贝尔奖是成功的标志,现在我们也有一套自己的客观评价体系。国家强大起来,我们更应该追求对知识、对科学的崇拜,而不是奖项,这是一个科学家应该持有的正确态度。

网易科技:对不同年龄段的人群来讲,您觉得科学魅力在哪里?

薛其坤:科学的魅力可以简单比喻为满足人的好奇心。这种满足好奇心的魅力,不仅会吸引小孩子和年轻人,也包括成年人。科学家每天都觉得很有意思,每天都拥有着像小孩一样的好奇心。你几乎每天都能看到新东西,每过一段时间就会出现一个谜团,让你琢磨不清,经过长时间的努力弄清楚它了,这会让你感到非常幸福。

就像打游戏,每过一关或者升级时带来的那种成就感,我们科学家常常能享受到,很多其他工作都没有像我们这样的收获和回报。

这种快乐,有时候只能意会不能言传,我天天在办公室待着看数据都很高兴,因为每天都会看到新东西:这条图线为什么拐这个弯?研究一下,最后经过思考,设计出巧妙的实验解决了这个问题,结果非常圆满,这样的生活太有意思了。

另一方面,科学的魅力也在于思想和决策的自由。在研究方向的选择上,科学家很少受别人控制,思想是自由的。从选题上,可以说你想做什么就可以做什么。

网易科技:科学和创新力关系是什么样的关系,科学界代表创新力吗?

薛其坤:科学和创新力还是有比较大的区别,创新包含着范围更广一些,科学就是对自然界基本规律的一些认识,创新力可以体现在科学上,也可以体现在生产力上,甚至做饭上。

网易科技:舆论此前对中国科研工作者的待遇与娱乐圈明星等有过一些对比和讨论,您如何看待这个问题?

薛其坤:一个正确的待遇体系根据你的贡献大小按劳分配,目前其他的容易得到好回报的领域,可能不需要很大努力就能获得的话,这可能不是一个非常正常的现象。我们这一代因为经过上大学的时候正好是80年代,我们经历过生活的剧变,所以我们对现在的待遇我们应该是满意的。

但是对年轻人来讲,要想把最优秀的智慧最高、而且能力最强的人,把他用在刀刃上需要一种激励,现在待遇还需要进一步的提高,尤其下一代的年轻人。科学几乎是人类在奋斗中竞争最激烈最难的领域,如果不把最优秀的人放在哪里去是不行的。

像未来科学大奖,它本身只能奖励有限的一部分人,更重要的作用是让大家树立热爱科学的风尚,让公众认识到科学研究是有尊严的,应该得到社会的回报,它的意义就在这个地方。

总而言之,用一切方法鼓励一些优秀年轻人战斗在科学的第一线,做出原创性的成果,为未来技术的变革,为未来社会和经济的发展进步作贡献,是需要这种导向的。

网易科技:现阶段国家和企业怎样才能吸引更多优秀的人从事基础科学研究?

薛其坤:现在我们国家已经采取了一些有利的措施,比如说一系列人才计划,实际上从一种机制上引导更多的人去做这种学术研究,万人计划、千人计划,各个大学有各种各样的计划和机制,各个省和地方上都有这种机制,用年薪制或者有一定的补贴,这是一种重要的引导作用,如果不是国家去引导,企业来讲它是讲究企业生存和发展,它不会考虑那么长远。

只有当企业已经解决了生存问题,有足够的能力和资金来做研发,他们才考虑长远计划,部署更基础的研发。

如果你老跟着人家学知识,自己不去做基础研究,不去做科学发现,到了2200年也是跟着人家走,这是不行的。所以需要统筹布局,有些是短期的,有些是针对长远的,比如基础研究。这应该是一个非常有机的、协同的体系,既考虑到现状,也要考虑到未来。

薛其坤教授介绍:

薛其坤,1963年12月出生于山东省临沂市,材料物理专家,中国科学院院士,清华大学副校长。先后任中国科学院表面物理国家重点实验室主任,清华大学物理系主任、理学院院长、校长助理、科研院院长等职,曾获国家自然科学二等奖、中国科学院杰出科技成就奖、何梁何利科学与技术成就奖、求是杰出科学家奖、陈嘉庚科学奖等奖项。

主要研究方向为扫描隧道显微学、表面物理、自旋电子学、拓扑绝缘量子态和低维超导电性等。因“量子反常霍尔效应”的进一步发现研究成果于2016年9月,获得未来科学大奖“物质科学奖”,奖金100万美金。