薛其坤，中國科學院院士，南方科技大學校長。不久前，他獲得國際凝聚態物理領域的最高獎，巴克利獎，成為70年以來首位中國籍的獲獎者。但是要理解他獲獎的原因，就需要面對諸如量子霍爾效應、拓撲絕緣體等難以三言兩語解釋清楚的專業詞匯。
王寧：確確實實你所在的領域，對於普通的觀眾來說一定是有門檻，好多人不知道什麽是拓撲絕緣體，也不知道凝聚態物理。但是當大家看到新聞標題裏，70年首位中國籍科學家這些關鍵詞的時候，就會特別受關註，你怎麽看待這些關鍵詞？
薛其坤：作為一個最大的物理學的分支，因為我們所研究這個方向，目前又代表著凝聚態物理最前沿的方向之一， 說明我們國家的物理學工作者為世界物理學的發展作出一些貢獻，得到這種認可，所以感到非常非常自豪。
凝聚態物理學透過研究構成凝聚態物質的電子、離子、原子及分子的運動形態和規律，認識其物理性質。作為一個學科，它源於固體物理學和低溫物理學的發展，由於引入了新的概念體系，它可以處理傳統固體物理遺留的許多疑難問題，也便於推廣套用到比常規固體更加復雜的物質。因此，在上世紀90年代，它逐漸取代固體物理學成為學科名稱。而量子霍爾效應則是20世紀以來凝聚態物理領域最重要的科學發現之一，迄今已有四個諾貝爾獎與其直接相關。
王寧：我們使用的手機或者電腦，在使用過程當中發熱的狀態是量子霍爾效應的狀態，能這麽理解嗎？
薛其坤：電子器件發熱的根本性問題，就是因為有電阻，它會產生熱，這個熱在器件中是不需要的，是浪費掉的，所以量子反常霍爾效應和量子霍爾效應，給看不見、摸不著的電子建了一個高速公路。在這個高速公路上電子就像高速公路的汽車一樣，是分道行駛，有序行駛，在同一個道上還不能超越，不能碰撞。
王寧：而正因為它們都像高速公路上的車一樣，互相之間不發生任何碰撞，所以就沒有電阻？
薛其坤：所以它能耗就非常小，將來就有可能用上它，發展低能耗的電子學器件。
1879年，艾德溫·霍爾發現了霍爾效應。套用這一原理而發明的霍爾器件至今仍被廣泛套用。當這一效應深入到微觀層面時，量子霍爾效應被發現，在強磁場的作用下，電流只在系統的邊緣流動，並且沒有電阻。這激發科學家進一步探索，是否能找到不依賴於強磁場也能產生量子霍爾效應的材料？自1988年開始，不斷有理論物理學家針對這一問題提出各種方案，但這些方案沒能在實驗上取得任何進展。2009年，薛其坤團隊與清華大學、中科院物理所、史丹福大學的研究者合作，試圖驗證其中一個預言：在磁性摻雜的拓撲絕緣體材料中可真正觀察到量子反常霍爾效應。於是，什麽是拓撲絕緣體，成了薛其坤這十多年裏在各種場合都要面對的問題。
薛其坤：我們自然界中，如果把所有的材料、物質做一個分類，只有兩類材料，一個是導電的，我們叫導體，一個是不導電的絕緣體。（磁性）拓撲絕緣體，這個材料我用一個叫「三不像」的材料來表示，相當於這個材料既有磁性，又有拓撲，但體材料又必須要絕緣，絕緣、拓撲、磁性。
王寧：這相互都是相互矛盾的，相互矛盾怎麽放在一起？
薛其坤：就相當於一個運動員，你既要有姚明的高度，打籃球打得非常好，你還要像一個溜冰運動員一樣，非常靈活，你可能還要像一個排球運動員，你非常伶俐。
王寧：但用它來做實驗，量子的反常霍爾效應是一個什麽樣的實驗？
薛其坤：首先就要解決材料制備，特別是高質素材料制備的問題。我們很幸運的是，利用我們以前做半導體材料生長的基礎和經驗，我們大約在半年左右就做到世界上材料在質素的控制方面，達到了最好。
薛其坤所說的「幸運」在於團隊能夠高水平完成材料的制備，但幸運的背後，是在原子的尺度上，制備出超過1000多個樣品，並始終嚴防「失之毫厘、謬以千裏」的災難發生。
王寧：要想做這個實驗必須要把這種材料生成？
薛其坤：對。
王寧：這種生成的過程。
薛其坤：是比較艱難的。
王寧：是一個什麽樣的過程？
薛其坤：要把兩個矛盾的性質，要控制在一個合適的點上。你要摻多了鐵，讓它成為有磁性的時候，它就會便於導電。你要不讓它導電，它磁性又顯示不出來，所以光這兩個矛盾的性質，我們就花了很長的時間。再加上拓撲的性質，又和磁性摻雜，也是有矛盾的，我們就需要設計各種各樣的實驗，從各種各樣的途徑上來解決一系列的問題。
王寧：你記得試過多少種材料嗎？
薛其坤：我們制備了1000多個樣品，制備一個樣品再完成它的測量大概要3到4天的時間，1000個樣品大家可以想象，我們一年下來基本上沒有休息的時間，我常常用一句比較有意思的話來表現我們同學們的努力，就是「我們的機器沒有停過」，「我們把機器都給累死了。」但是我們的學生輪流在儀器上做實驗。
王寧：科學實驗在很大程度上是為了印證我們的科學家非常前沿的猜想，而你做的這個實驗恰恰就是這樣。
薛其坤：可能讓我們感到有一點後怕，也許當時我們認為比較正確的理論，經過我們10年、20年的探索也可能不是一件真事，我們仍然奮鬥了20多年，你說這樣的話就說我們這20年的努力就白費了嗎？我們就完全做了無用功嗎？從現代的科學評價來講，你只有徹底從實驗上證明這個理論不存在，就讓後來人不再朝這個方向努力了，這本身也是很重要的。
王寧：其實你也有過後怕的時候是嗎？
薛其坤：是的，優秀的物理學家他有一種直覺，判斷這個方向是不是值得你去努力。這個直覺上我是有的，但是不排除有可能會出現意外的情況。
當時，在三種具有拓撲絕緣體性質的化合物中，薛其坤團隊對其中一種寄予厚望，但反復實驗之後發現這個材料不可能實作拓撲性質的共融，這是團隊遭遇的一次重大打擊。
王寧：你怎麽調整的心態？
薛其坤：那就是鼓勵我們的學生，三種材料我們只試了一個，我們還有兩個材料，還有把這三種材料混合起來也可以做第四個候選。我也告訴同學們這證明了這個材料不行，這也是我們取得的一個成就。
薛其坤的團隊集結了這個領域最優秀的年輕人，鼓勵他們的同時，他也從不吝惜自己的贊揚。
王寧：在全世界做這方面的實驗當中，咱們的團隊是排在什麽樣的位置？
薛其坤：如果舉出世界上最好的五個團隊的話，我們不是說最好的，起碼肯定是在最好的五個團隊裏頭。但是在這樣一個領域你必須要做到奧運會的冠軍這種水平上，你才能把這個材料拿下。
王寧：這個材料的制備你指的就是要把這個材料合成出來？
薛其坤：對。第一個你要在原子尺度上控制材料的生長厚度。不單在材料的形態上實作原子尺度上的控制，對它的組分也要實作非常精確地控制，這對我們來講都是非常非常有挑戰性的。一下子錯過這樣一個最佳的組分和厚度，你就可能永遠找不到了。我們最後制出來的量子反常霍爾效應薄膜的厚度的話，大約是頭發絲厚度的十萬分之一。
王寧：一個就等於是頭發絲的十萬分之一，如果排列組合的話，這得是多少，多長的一條道路？
薛其坤：是的。組分是一個參數，生長的溫度是一個參數，這兩個參數你選十個溫度點，選十個組分，十乘十就是一百個實驗。如果你有三個參數，一個參數是10個不同的參數的話，這就是10×10是100，再乘10等於1000，就是1000個樣品要做，1000個樣品基本上學生就不肯幹了。3000天，10年的時間，還不知道最後找不找得到，當然了這就是我們作為物理學家、優秀的科研工作者必須具有的素質，就是不斷要根據自己的測量結果要進行最有效的判斷，找最捷徑的路。
關於薛其坤，有一個稱呼一直在校園和網絡上流傳，那就是「711先生」。他在1992年前往日本東北大學金屬研究所學習，研究所的導師奉行「711」作息制度，意為每天早上7點到實驗室，中午1個小時吃午飯，晚上11點才能離開。很多一同前往的同學因為受不了這樣的魔鬼作息選擇離開，而薛其坤卻樂在其中，堅持了7年。他形容自己是一艘從沂蒙山區駛出的小船，核心能力之一正是艱苦中養成的堅強。
王寧：這艘小船現在駛向了什麽樣的方向？是你當初認定的方向嗎？
薛其坤：如果現在要做這麽一個回顧的話，小船駛到現在這種狀態，完全出乎我自己的意料。趕上了高考，又能上到大學，還能回到北京，最後能出國，我每想到這個階段，我都覺得我很幸運，我很珍惜，那種很貧困的生活養成了非常堅強的性格。大家都知道沂蒙山區是非常貧窮的一個地方，小時候非常艱苦的生活，我們吃地瓜、煎餅，有時候還都吃黴變的那些地瓜做的煎餅，吃點鹹菜。所以碰到任何困難的時候我都會用積極的心態，不怕困難、不服輸的這種態度去面對這些困難和挑戰，只要我認定了這事情，很難很難讓我放棄。
王寧：而即使有了這些底氣，你還得需要「711」上班和工作時間。我跟你再核實一下，準確嗎？
薛其坤：準確，這是我在日本七年是嚴格按照這個工作時間走過來的歷程。回國以後，我不一定是按照「711」這麽一個時間表去工作，但是我還是非常非常勤奮的，幾乎沒有什麽假期，一個星期大部份情況下都是幹七天。
王寧：有沒有你睡不著覺的時候？
薛其坤：有啊。所以我們作為科學家來講，這種不睡覺有兩種因素，有一種是不順利，搞得你很苦惱睡不好覺；另一種得到了非常好的結果，讓你很興奮，也會讓你睡不著覺。
從2008年開始，四年時間，薛其坤和團隊以超常的耐心和精細度，重復著從制備材料到測量的過程。日復一日，他們終於抓住了量子反常霍爾效應這條狐貍的尾巴。
王寧：那一天你在做什麽？
薛其坤：那天好像也不是很順利，我還記得情緒不是特別高。晚上10點35的時候我的手機短訊鈴響了，結果看到了我的學生，當時主打實驗的常翠祖的一個短訊，他說薛老師量子反常霍爾效應出來了。當我看到這個的時候，我是不太相信自己的眼睛，我立即就給他打了一個電話，他說有兩個數據支撐，我們抓住了最重要的東西，歐姆電阻下降，就說明跡象有了。
王寧：有點絕處逢生的感覺。
薛其坤：哎，對了，所以那天有點像你講的，要絕處逢生，好像有點柳暗花明，真是又一村來了。量子反常霍爾效應還有好多的實驗要做，不但讓歐姆電阻幾乎降到零，完全是零。
王寧：你一直在說，歐姆電阻要變成零，我就利用我特別僅有的物理學知識，這怎麽可能呢？
薛其坤：超導就是電阻等於零的這種導體。我們在這個材料中，實作了霍爾電阻的量子化，同時還要實作零電阻，就是變成超導，所以這就是很神奇。電阻要幾乎等於零，這個材料就不會發熱，不會發熱不就可以做電子器件，低能耗電子器件，我們靠的就是歐姆電阻幾乎等於零，而去發展未來的電子器件，降低它的能耗。
2012年12月16日，兩個多月之後，薛其坤和團隊利用分子束外延方法生長出了高質素的磁性拓撲絕緣體薄膜，並在極低溫輸運測量裝置上成功地觀測到了「量子反常霍爾效應」。
王寧：真正看到整個狐貍的全貌是在哪一刻？你還有印象嗎？
薛其坤：到了2012年12月16日左右，全部實驗完成了。我還記得很清楚，那天咱們帶了一瓶我事先從免稅店買的香檳，我們一起拍了個照片，一起喝了香檳酒，慶祝。當時我有一種預感，我們這個團隊也許是第一次，也可能最後一次能有幸運發現，所以我就和同學們講，今天對我們這個組來講歷史上將會是一個什麽樣的，但是今天值得我們慶賀，記住這一天。
首次在實驗中觀測到量子反常霍爾效應的論文發表在國際期刊 【科學】雜誌上，被審稿人稱為「凝聚態物理界一項裏程碑式的工作」。2013年4月10日，「量子反常霍爾效應成果釋出會」在清華大學舉行，著名諾貝爾獎物理學家楊振寧激動不已，「這是從中國實驗室裏，第一次發表出了諾貝爾獎級的物理學論文！」
最近的十年裏，薛其坤和他的團隊又發現了一種全新的更容易制備的材料，而且一直在致力於提高量子反常霍爾效應的溫度。另外，他同時在對高溫超導材料和高溫超導機理進行探索，這也是物理界另一個非常重要的前沿研究方向。現在，薛其坤又多了一個身份，那就是南方科技大學的第三任校長。
王寧：我們看到你是大學的管理者，你需要能夠把南方科技大學往更高尖端的一個團隊的領軍者上去培養，但是你自己又帶著兩個非常重大的國家課題在做，也得做實驗做研究。這兩者需要平衡嗎？
薛其坤：其實這兩個都是非常重要的任務，所以我是透過培養優秀的年輕學術帶頭人，平衡好我做大學校長的管理和我自己研究團隊科學研究這個關系的。在這個方面實際上我做了很多思考、探索和努力。
王寧：怎麽樣他們才能成為你眼中的青年學科帶頭人呢？具備什麽素質？
薛其坤：1分天賦、99分努力還是非常非常重要的。
王寧：可是這99分的勤奮能夠持續不斷讓一個人往前走，你覺得他內心動力的源泉會是什麽？
薛其坤：這就是我現在好幾次反復強調的，要有信念。人活一輩子要有一點誌氣，就是我不能負這個時代，我要做一個完美的自己。
