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  • 薛其坤:投身中国科研的“黄金时代”

    来源:新清华 2016年12月16日 2017-01-10 17:23:32 点击:561 赞美:15

     

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    记者 程曦 学生记者 纪彦康 林文镔 王大地
        薛其坤
        1963
    12月生,山东蒙阴人。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。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。20169月,中国首个民间科学大奖———首届未来科学大奖揭晓,薛其坤荣获未来科学大奖物质科学奖。
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    年前,薛其坤在清华理科楼的实验室刚刚打好地基。加盟清华半年后,他被增选为中科院技术科学部年轻的新科院士。不过对清华园里的大多数人而言,这位个子不高、带着浓重沂蒙口音的中年人的名字还很陌生。

      11年后,薛其坤和他的团队当之无愧成为清华在基础科学领域的一张名片。因为他们的世界级研究成果,很多人试图去理解量子反常霍尔效应这个有点拗口的科学名词。
      当薛其坤还是一个蒙山少年的时候,他没有想过自己会成为科学家。
      薛其坤庆幸自己遇上了中国科研的黄金时代。在这个时代,他可以接触并瞄准最前沿的科学问题,带领团队在最先进的仪器上精益求精地打磨实验技术,耐心而执著地筛选通往目标的最佳路径。
      走过万重山,薛其坤质朴依旧:我想告诉年轻人的是,做好每个人在每个年龄段所对应的事情最重要。

    1.
    科学的魅力是第一凝聚力
      《新清华》:11年前初来清华,您是怎样着手组建在清华的实验室的?
      薛其坤:来清华工作是我的一个新起点,也是很关键的阶段。在此之前,我是作为年轻教授领导一个小的课题组,做一些当时有限的阅历下能维持正常科研的工作———可能是自己所在的领域发展中碰到的问题,也可能是国际上正在活跃的一些方向,如果有能力介入的话就会尝试去研究。
      来到清华以后,我在年龄上相对比较成熟了,有了一定的阅历,对科学发展的情况也有了一定的把握。这时候首先考虑的问题,就是自己的重新定位和再思考———如何区别于以前的研究方向,在科研定位上瞄准更高的目标?围绕自己的长期规划和实验室的长期发展我作了很多思考,这是组建实验室的一个基础。
      当时,中科院物理所的贾金锋老师跟随我来到清华———现在他在上海交通大学也组建了一个很好的团队,做出了国际上非常领先的工作;今天的清华物理系主任陈曦老师2006年也正好回国。有了他们的加入,团队不仅更加年轻,而且各有特长、相互补充。
      《新清华》:您在清华搭建的第一台机器,结合了分子束外延(MBE)薄膜制备技术、能看到原子的扫描隧道显微镜(STM)以及能够对电子结构进行精确表征的ARPES(角分辨光电子能谱)三种技术,这是否是一项独创?
      薛其坤:这三者的结合是我们的独创,不过这并不是什么很奇特、了不起的想法,因为这三种技术都已经出现了很长时间,其中MBESTM的结合在我读博士的时候国内外也都有了。即使不在同一个空间内使用,大家也可以实现它们的结合。关键是首先要有非常强的实验能力,能够同时掌握和熟练应用这三种非常先进的技术;然后要能找到一个合适的体系,使它们的结合产生“1+1+1>3”的效应。在我们发现量子反常霍尔效应的工作之前,全世界意识到要把它们结合起来的团队不多;直到我们的工作出来后,大家才觉得这真是太重要了。所以,善于发掘并不新奇的实验技术的潜力,发现它更强大的功能,是能做出别人做不出来的东西、实现科学突破非常重要的一点。这需要一定的学术判断,也是我们的优势所在。
      《新清华》:这些年来,实验室主要聚焦在哪些更高的科研目标上呢?
      薛其坤:我们的实验室搭建完成两三年后,拓扑绝缘体这个领域开始在国际上兴起。拓扑绝缘体的研究,需要合适的实验工具和对前期相关研究领域的熟悉,这两方面我们都作好了准备,所以抓住机会介入了。
      2008~2013年这四年多的时间里,我们在拓扑绝缘体这个新的领域持续钻研,不但做一些常规性的基础方面的研究,更多的就是瞄准这个领域最好、最高的科研目标之一———量子反常霍尔效应去。当然,在当时的情况下,我们既不知道这个理论预言是否正确,也不知道是否能在实验中实现。
      无论在理论还是实验方面,我们对拓扑绝缘体的研究都不是最早的,为什么最后我们能做出这个领域实验方面最重要的工作,实现量子反常霍尔效应呢?我觉得很重要的原因是我们在实验技术上有一些很独特的地方。在材料的制备、控制,以及怎么用扫描隧道显微镜这只明亮的眼睛去深刻把握对材料的控制等方面,我们都做到了国际最好。这是我们实现量子反常霍尔效应的基础。
      另一个我们专注的领域就是高温超导。自从1986年高温超导体被发现以来,全世界最优秀的凝聚态物理学家和实验物理学家几乎都曾涉足过这个领域,据统计先后有十多个诺贝尔物理学奖获得者都做过这一领域的研究。但是30年来高温超导体的物理机制问题一直没有被完美解决,甚至变得越来越不清楚,这可能是凝聚态物理学上的一个世纪性难题。2008年奥运会前后,我产生了把MBE技术用于发现全新的界面高温超导体系的新想法,并且很快作了相关部署。界面超导现在已经成为高温超导领域的一个全新研究热点,引领了国际学术研究方向。目前我们在这一领域的研究已经显示出很好的迹象,实际上如果像我们预期的一样顺利的话,将来有可能产生比量子反常霍尔效应更重要的成果,甚至有可能解决高温超导的机理问题。
      这次未来科学大奖物质科学奖对我的获奖评语是利用分子束外延技术,在对奇特量子现象的研究中取得了突破性的发现。对奇特量子现象的研究,指的就是我们首次发现量子反常霍尔效应,以及在钛酸锶衬底上的单层铁硒高温超导现象。这都是我在考虑较高、较大问题的框架下,结合自己的阅历找到的前沿研究方向。
      《新清华》:对于研究方向的选择,您有怎样的心得?
      薛其坤:作为科研工作者,应该考虑选择研究与自己所处的年龄段和发展阶段相适应的科学问题。无论博士、博士后还是年轻教师,他们都处在从事科研的初级阶段,可能经历、经验还都不够,很难做到对比较大的战略问题的把握。而如果把自己看成一个比较成熟的所谓战略科学家的话,就一定要在科学研究的整个战略布局上有非常深刻的思考,这是非常重要的。
      在早期的科学研究中,年轻的科学天才可能靠一个简单的想法就造成了重大的科学突破,这种情况到了今天已经不太多见了,或者即便有也比较难实现。以量子力学为例,经过了80多年的发展,这个领域里剩下的要不就是硬骨头、科学难题,要不就是分化以后产生的非常具体的方向。科学难题光靠拍脑袋来解决不太现实,解决小问题对于推动科学发展又没有太大作用。在这个研究方向越来越细化、科学重大问题很多已经得到解决的时代,可能很多人会在畏难瞧不上的两难中感到迷茫。在这种情况下要能判断出重要的科学问题,并且找到自己的新思路,这是作为一个优秀的学术工作者应该具有的特质。
      《新清华》:您集合了一支不同年龄、不同背景甚至来自不同单位的优秀团队,在团队建设方面您有哪些体会?
      薛其坤:首先,如果你选择的科学问题让大家都觉得重要并且感兴趣,大家就会自动团结到一起,形成一个有机合作的团队。在关键的大事情上合作会很有说服力。比如我们一起去食堂吃饭,我打菜,你打汤,这不感人;但是如果我们一起实现了一个重要的课题,那种感触会很不一样。所以,作为年长的教师和学术带头人,要有好的学术品位,选择有难度、有意思的课题来激发大家的兴趣和团队合作的动力和热情。这也是科学的魅力所在。
      第二个原因可能更加重要,那就是作为一个科学家,不但要有非常好的科研能力和学术判断力,还要有非常好的科学人文精神、情商和亲和力,能用自己的所作所为感动大家,让大家愿意在一起愉快地合作,形成良好的氛围。作为一个年长的学术带头人,尤其要花很多精力来考虑如何保持这种良好的氛围,让大家朝着共同的目标一起使劲,形成互相帮助、互相促进的精神。
      事实上,现在各行各业都很强调协同的重要性。不论进行科学研究、工程项目还是解决社会问题,只要一件事涉及到不同方面的人力,团队协同都是非常重要的。

     

      带研究生也是,同学们都需要毕业,都想成为文章第一作者,都想做容易上手又比较前沿的方向和项目。作为导师和学术带头人,要有足够的情商进行协调,要学会鼓励、培养年轻人的团队意识和合作精神,能够说服甚至感动他们。
      《新清华》:在培养学生的团队精神方面,您有哪些具体的方法?
      薛其坤:我给他们讲过我自己的两个学生的真实经历。第一个学生当年遇到了一个非常有意思的课题,用不长的时间独立发表了一篇非常好的文章,也很快毕业了。但是他没有经历过跟别人合作以及遇到困难、解决困难的锻炼,现在他的发展比较一般。
      第二个学生的研究一直在走弯路,直到博士第6年、也就是延期一年多后才开始有结果,但是他所经历的锻炼和在这个过程中得到的训练,要远远多于第一个学生。他在博士后阶段的短短两年中显示出很强的解决问题的能力,而且因为他很善于向别人学习、与别人合作,很快就拿到了名校的教职。
      这两个学生的经历实际上反映了我们培养研究生的过程中必须面对的一个基本问题———我们的目的到底是让他尽快顺利做出成果,还是培养他判断、解决问题和进行科学研究的基本能力?如果选择后者,那肯定需要一个过程。
      所以我们就可以告诉学生,研究生阶段不仅仅是发表文章、取得成果,更重要的是培养做科研的能力。不要把研究过程中碰到的困难看作失败,恰恰相反,这些困难和不顺利,正是研究生成长过程中应有的经历和体验。最终成果如何很可能要看运气,重要的是学会科研方法。把这个道理说清楚了,学生就会从根本上理解科研训练和合作的重要性,从而化解他们之间竞争的矛盾。
      我们跟学生讲团队合作的重要性,不能只靠简单的号召和劝说,而是要回到科学研究和做人的本质,让他从根本上理解团队合作的重要性,即使对个人发展来说也很有好处。如果采取错误的导向,谁发的文章多就表扬谁,肯定不会达到好的目的。
      
    2.
    愿意创新求变就应该在中国
        《新清华》:您年轻的时候对人生有过什么设想吗?
      薛其坤:我的小学阶段是在文革期间度过的,1976文革结束后才上初中,整个少年时代读书不多,也没有一个很明确的、我们现在所说的理想。我从上大学到考研究生、读博士、出国,基本上每个阶段都是根据自己有限的认识树立一个小目标,然后努力做得更好一点,这样就走到了今天。
      我想告诉年轻人的是,做好每个人在每个年龄段所对应的事情最重要。如果是接受教育的学生,就扎扎实实按照学校提供的教育计划完成你的学业;走上了工作岗位,就要把自己的本职工作做好。个人的目标和理想,很多时候是在社会氛围的影响下自然形成的。如果没有特别明确的好的目标,那就做好自己应该做的事,最终都会找到归属,找到并且实现自己的奋斗目标。
      《新清华》:在您从事科研的道路上,哪些师长或同行对您的影响比较大?
      薛其坤:第一位是我的研究生导师陆华。虽然在学术上他只是一个引路人,但他对我的帮助和教育让我深深体会到为人正直、诚恳的重要性,这对我后来的人生影响很大。
      第二位就是我在日本东北大学的导师樱井利夫。在他的实验室里,我接受了实验技术方面严格甚至可以说是粗暴的训练,使我养成了严谨细致、精益求精的研究习惯。樱井利夫要求我们严格执行“7-11”工作制(早上7点到实验室,晚上11点离开),他对自己的要求更苛刻,一般6点就到实验室了,是“6-11”工作制。
      另外,我和张首晟老师的合作对我的影响也很大。我们大概在十三四年前认识,当时张首晟老师已经是斯坦福大学的教授了,在华人物理学家中赫赫有名,我算是他的粉丝。我在物理所的时候跟张老师有过一定的合作,但是没有特别理想的结果。后来张老师希望在拓扑绝缘体的理论与实验合作研究方面有所发展,我们团队的能力正好非常适合,加上我们两个人的脾气和对科学的追求都非常相似,可以说是情投意合,彼此信任。这次关于量子反常霍尔效应的实验之所以能成功,我和张老师之间的前期交流和互相鼓励是很重要的因素。
      与这些师长同行相处的经历让我体会到,做一个正直的、与人为善的人非常重要。如果你为人正直、善意,就会逐渐得到别人的认可,那么你在生活和科研工作中得到的往往都是鼓励和正能量,遇到困难也会有人来协助你。第二点,作为一个实验物理学家,要想用大家都有的实验仪器做出比别人更好的结果,就必须付出更多的时间精力,对自己的要求更加严格,不断追求极致,这样才能非常纯熟地掌握实验技术,并且开拓出别人看不到的功能。最后,科学的探索是无止境的,这个过程很难,一定要打开视野,通过与不同学科学者之间的交流,可能会了解到你远远想象不到的东西。
      《新清华》:您在国外学习、工作过相当长的一段时间,在中国、在清华做科研的感受跟在国外有什么不同?
      薛其坤:今天的中国高度重视基础研究,政府和民众对科学家给予厚望,国家投入很大,我觉得今天在中国做科研是处在一个黄金时代,比在国外更有动力,更有热情,也更有成就感。
      我在国外做科研时,他们的实验条件、国际学术交流条件和生活条件都比咱们国家更先进、更便利,但是节奏相对慢。我感觉如果我在那边继续做下去,可能就是每天按部就班工作,周六周日出去享受人生的另一部分乐趣了。
      人保持一种状态太久,就会容易懈怠;而如果处在一个变革的时代、一个发展的阶段,往往会觉得更有意思。这就是为什么很多入选千人计划的人才愿意放弃在国外安逸舒适的生活和安定的研究氛围、良好的实验条件,愿意承受交通拥堵、环境污染和繁琐事务等方面的问题,回到中国来。
      中国正处在迅速发展、不断创新的阶段,国家在呼唤人才,呼唤科学的突破。我们有各种各样的人才计划和奖励,有全国和各省市区的科技创新大会,对创新和从事科学研究的人来说,这是很好的催化剂和驱动力,是充满正能量的鞭策。我们可以看到,基础前沿科学已经成为中国发展的一支代表力量,这给了科学家们强大的动力。
      在高等教育领域,国家正在加快推进双一流建设,像清华这样的学校正在全面深化综合改革、深入开展科研体制改革,创新求变的氛围非常浓郁,无形中激发我们每个人都要去努力工作。
      作为一个拥有非常庞大人口的发展中国家,我们的发展还面临着很多问题。但是总体来说,目前我觉得没有一个国家像中国这样追求创新、追求进步、追求改善,没有一个国家像中国这样充满动力、挑战性和生动的变化,能够调动人的无穷潜力。在这种让人振奋的氛围里,只要有能力、够努力,就一定能够找到自己的位置。
      
    3.
    清华学生要敢于挑战最难的问题
        《新清华》:正好在量子反常霍尔效应的成果发表后不久,您就走上了学校的管理岗位。在科研和学校管理这两项都需要投入很大精力的工作中,您是如何平衡的呢?
      薛其坤:这既是个问题,也不是个问题。为什么说不是个问题呢?从学校发展的角度来说,清华要建成世界一流的研究型大学,非常重视基础研究和人才培养,我自己在这些方面也有一些体会,如果能够在更大的范围、更高的层面上发挥作用,促进学校的发展,会是一项很有意义的工作。另一方面,我自己的科研团队中已经培养出了一些更年轻的学术带头人,我更多的是在把控方向上多投入精力,这也让我能够从具体细节中抽身出来,去做学校的管理工作。实际上,我在学校层面上接触到不同学科的研究,也可以促进对自己所在学科进一步的认识。
      之所以说是个问题,因为节奏的确是更紧张了,必须最大程度地压缩休闲包括锻炼身体的时间。这种情况下对自己判断核心问题、抓重点的能力是个挑战,除了更加努力地工作,自己也要抓紧时间休息一会儿,这样才有足够的能力和精力去处理问题。第一年对我来说确实是个挑战,逐渐地就可以找到一个平衡点。要感谢我们学校有一个团结的领导班子,其他校领导会主动替我参加一些活动,他们对我的帮助很大。
      《新清华》:现阶段您在科研和行政方面分别有怎样的目标?
      薛其坤:科研方面首要的就是培养人才,我想利用自己在科研上形成的特色,培养更多优秀的年轻科学家和学术带头人。我希望对学生提出更高更严格的要求,让他们能够超过自己的老师,这样一代接一代,不断涌现出一批更优秀的科学家为国家服务、为人类作贡献,这是一个正向放大的过程。现阶段,在高温超导和热电材料等领域,我们希望能够解决几个目前科学界普遍想解决的问题。行政方面,我希望能在自己分管的科研领域帮助学校发展得更加顺利,完成学校的改革和发展目标。
      《新清华》:说到科研体制改革,您觉得清华在科研体制机制方面可以朝什么方向努力?
      薛其坤:随着网络世界的发展,信息交流更加便捷,整个国际学术界处于一个快速发展的阶段,创新的氛围也日渐浓厚。我觉得清华要想融入世界科研创新的大潮中,而不仅仅是在某个领域一枝独秀,就必须尽快建立一个行之有效的创新体系,营造激励创新的良好氛围,吸引最好的人才并且最大限度发挥他们的潜力。
      我们的学生在校时间从四年到八九年不等,他们的主要任务是学习科学精神、科学态度和基本的科学技能,所以大学的科研创新主要还是要靠一流的教师队伍来完成。我们需要探索怎样为教师们创造一个流畅的运行机制,让他们在教学科研工作中能够不受干扰,全力以赴。当然,这个机制还需要根据国际学术界的发展情况和国际评估体系等进行调整。
      《新清华》:您对有志从事科研的本科生有什么建议?
      薛其坤:在高等学校里求学,首先一定要注重对科学精神的认识和对科学原则的学习。科学是人类了解自然和社会的重要活动,同学们可以通过参与科研的机会培养严谨细致、实事求是的科学态度和基本技能,也可以通过广泛听取人文讲座、学术沙龙来培养自己的综合素质,在不断学习的过程中培养自己的兴趣、找到自己的方向。
      清华人才培养工作的定位,是要培养在同龄人中敢于挑战最难的自然和社会问题的一批人。尽管同学们学习知识的能力很强,但是发现知识、创造知识的能力还有待培养。
      从事科学和其他很多事情一样,不仅需要必备的专业知识和技能,更需要多方面的文化素养。一个优秀的人才不能光有智商,还要有情商,领导力、宏观把握问题的能力等等,这些对同学们未来的科研工作都是非常重要的。希望同学们充分利用学校良好的学术氛围和文化环境,充分吸收各方面的营养,不要做豆芽菜,而要健康茁壮成长,让自己变成一个有丰富知识储备和文化底蕴的人。
      另外还有两个小建议:一是一定要保持乐观,每天多想些开心的事,不要钻牛角尖;二是要有自己独立的想法和思辨,即使是老师的话也不要照单全收
      《新清华》:您会如何向年轻人描述您眼中的科学?
      薛其坤:从某种角度上看,科学探索跟人生的经历很相似———当你产生一个概念的时候,实现的路径可以有很多。你要通过自己一系列的探索,逐渐把路径集中起来汇聚到一点。这个通过探索逐渐减少可选项数目的过程,实际上就是科研的过程———一次次证明此路不通,也就在通向正确的道路上一步步前进。
      科研过程中你会面对不同的难题———有时候是选择题,有时候是判断题,有时候是归纳题;还有的时候什么提示也没有,需要你自己创造一条新的道路。其中会有很多模棱两可的关键节点,这就是锻炼你的学术眼光和分析判断能力的时候了。
         

 

 

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