首届未来科学奖得主薛其坤:大奖给我这条沂蒙小船注入核动力

澎湃新闻见习记者 虞涵棋 记者 王盈颖

2017-01-16 22:05 来源:澎湃新闻

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薛其坤发表获奖感言。 澎湃新闻见习记者 虞涵棋 记者 王盈颖(00:53)
“中国的科学家目前是最幸福的,中国的科学处在黄金时代,我本人就是这个黄金时代的幸运者” ,1月15日晚上,北京国贸三期的宴会厅里,清华大学教授薛其坤捧着首届未来科学奖的奖杯和证书,激动地发表获奖感言,“今天,我非常荣耀能够获得这个奖。这笔沉甸甸的奖金又给我这只小船注入了核反应堆式的动力。我会以今天作为新的起点,把我的小船加足马力,奔向未来。”
发言之前,薛其坤面向评委、捐赠人、观众连鞠了四个躬。当工作人员提出替他暂时保管奖杯时,他坚持说,“I will keep it.(我自己拿着吧)”。
未来科学大奖发起设立于2016年,是中国大陆第一个由科学家、企业家群体共同发起的民间科学奖项。薛其坤获奖,是为了表彰他“在利用分子束外延技术发现量子反常霍尔效应和单层铁硒超导等新奇量子效应方面做出的开拓性工作”。
另一位摘得首届未来科学大奖生命科学奖的是香港中文大学教授卢煜明,他做出开拓性贡献的无创产前胎儿基因检查已经惠及90多个国家的家庭。
现场,钢琴家李云迪、小提琴家吕思清为颁奖典礼开场,两位来自德国的诺奖得主、七八位国内科学家、包括马化腾、李彦宏、丁磊等在内十多位中国企业家和投资家沿红毯而入,薛其坤和卢煜明如摇滚明星,在呼声中最后现身。要让科学家成为年轻人的明星,这是未来科学奖想做的一件事。
薛其坤在红毯上
未来科学奖每年一届,面向对象不限国籍,但需要是在中国完成研究,研究要具备原创性、长期重要性和巨大的国际影响。不管是媒体,还是未来科学奖的理事会、科学委员,未来科学大奖都被称为“中国诺奖”。
在此之前的2016年9月19日,这个被成为中国民间诺奖的未来科学大奖,在薛其坤和卢煜明突然接到的祝贺电话中揭晓。
在北京国贸三期的宴会厅里,薛其坤和卢煜明从8位中国企业家的手中接过奖杯,并获得每人100万美元的奖金。
颁奖典礼现场还宣布了一个消息——第二届未来科学大奖将在生命科学奖和物质科学奖的基础上增加“数学与计算机科学奖”。该奖的捐赠人为网易公司创始人丁磊、分众传媒创始人江南春、腾讯公司控股董事会主席马化腾、真格基金和新东方联合创始人王强。
环绕地球的沂蒙小船

“我叫薛其坤,薛宝钗的薛,薛定谔的薛。我50多年前出生在山东沂蒙山区的一个小山村,家乡非常贫穷,我就像一只小船,从非常简单的地方出发。”在发表获奖感言时,薛其坤一开口是这么一段话。不论是中文还是英文,薛其坤讲话总是带着能轻易识别出的家乡口音,这也引发台上主持人的善意调侃。
甚至在教导学生时,薛其坤也不忘搬出家乡话来。在颁奖典礼上的视频短片中,因为一个学生使用了一个两边一长一短、合不拢的镊子做实验,薛其坤说道,“这在我们老家叫意歪,凑活着能过就过。这是做科研的大忌。”
薛其坤在颁奖典礼上。左起:1987年诺贝尔物理学奖得主Georg Bednorz、1985年诺贝尔物理学奖得主Klaus von Klitzing、北极光风险投资基金总经理邓峰、龙湖集团董事长吴亚军、薛其坤、中泽嘉盟投资基金董事长吴鹰、新东方联合创始人徐小平
而这条始发沂蒙山区的小船,曾经围观地球转了一个圈。薛其坤到济南读大学,再到北京读研,接着东渡日本仙台,继而投师美国北卡Aspnes门下,最终落脚于清华大学。
学术生涯环绕地球一圈的薛其坤。在工作之余最大的爱好,是观察地球仪。他乐于在地球仪上找到一个个旅游胜地,通过这些景观在地球上的位置,思考这些特殊的地貌、具体的气候是如何形成的。
而在薛其坤看来,物理之美,不亚于这些地理景观。闲暇时,他从地球的宏观地理推想不同地方的美景;在工作中,他基于宏大的物理学世界探索神奇的物理学现象。这是一种爱好,也是对把握宏观和微观之间的联系的训练。“在科学研究的不同阶段,你能看到不同的风景。这不断在促使你看到更优美的风景,探索科学上更有趣的现象”。
在物理学赶时髦必须赶这两个
薛其坤在两个重要领域中都做出了突破性贡献,一是反常霍尔效应,二是高温超导。“这两个领域时物理学中从业人员最多的,最热的话题,在物理学赶时髦必须赶这两个。”薛其坤说。
而这两项“时髦”的研究,目标是相同的:破解欧姆定律的“魔咒”。在欧姆定律的经典叙事下,导线通过的电流应该与导线的电阻成反比。但电阻的存在又会导致导线和电子器件的发热,而且这个热量等于通过导线的电流的平方,乘上电阻和通电时间。人类生活中大量的能源就在这个发热过程中被浪费了。
为了打破这一浪费能量的魔咒,高温超导和量子反常霍尔效应可谓是殊途同归。
1911年,荷兰科学家昂内斯(Onnes)发现汞的电阻在温度降到4.2K(约-269℃)以下时变为0。他把这种材料在温度降低到某一临界温度以下,电阻突然消失的现象命名为超导性,并斩获了1913年的诺贝尔物理学奖。此后,共有9名科学家在超导研究领域获得了5次诺奖。而科学家们在这个领域探索的主力方向,就是在临界温度上实现不断突破,探索在更高温度下实现超导条件。
值得一提的是,中国科学家在高温超导领域收获颇丰。就在近日结束的2016年度国家科技奖励大会上,赵忠贤院士就因在这一领域的突出贡献荣获国家最高科学技术奖。在2008年,国内几个研究团队各自独立在铁基高温超导上实现了突破,堪称中国铁基超导“奇迹”。2012年2月,薛其坤领导团队利用分子束外延方法,在导电钛酸锶衬底上生长出的单层铁硒具有大幅提高的临界温度(可能超过77K)。
量子反常霍尔效应背后的一段“浪漫”
霍尔效应是由美国物理学家霍尔(E.H.Hall)于1879年发现的,指的是在通电导线上外加垂直磁场,这时垂直电流方向会出现电压,称为霍尔电压。霍尔电压和所加磁场强度成线性关系。
1980年,德国物理学家冯·克利青(Klaus von Klitzing)观察到了量子化版本的霍尔效应,量子霍尔效应,在低温强磁场的极端条件下,二维电子材料的霍尔电阻与磁场强度不再呈现线性关系,而出现量子化平台。它的另一个重要特征是纵向电阻消失:电子可以在材料的边缘上不发热地传导。
而量子反常霍尔效应是指由磁性极化电子代替外加磁场所产生的量子化的霍尔效应。由于磁性极化电子模拟出的外加磁场比现有实验室可达到的最强外加磁场高一百倍,量子反常霍尔效应被认为是未来室温量子器件的一种可能实现方法。但这只是理论上的一种构想,实际的材料制备和原位测量存在着巨大的挑战。接着,科学家们提出在拓扑绝缘体中掺杂磁性离子是实现量子反常霍尔效应的最佳体系。
2012年12月薛其坤团队经过近4年的研究,首次利用分子束外延方法,生长出铬(Cr)掺杂(Bi,Sb)2Te3拓扑绝缘体的薄膜,并用该薄膜制备场效应器件,在极低温和零磁场条件下观察到霍尔电阻达到了量子化的数值,标志着实验上首次实现量子反常霍尔效应。这为人类发展新一代低能耗电子学器件带来了曙光。
在颁奖典礼上,薛其坤的同庚好友张首晟还透露了这个发现背后的一段“浪漫”。当时针对这项研究,远在斯坦福的张首晟和在清华的薛其坤一直隔着太平洋保持密切的交流,但迟迟没有取得核心进展。后来,薛其坤造访美国,张首晟邀他在一家日本餐馆吃晚餐。就在他们互相鼓励,而心里还是不太踏实的时候,薛其坤收到了学生发来的微信:他们在实验上观察到了量子反常霍尔效应的平台。
诺贝尔物理学奖得主杨振宁将量子反常霍尔现象的实现称为“诺贝尔奖级的发现”,而薛其坤自己的感受却是十分感性的,“尽管由于我表达能力的欠缺,不能充分地展现物理有多美,但是我还是想说物理是极其美的”。
责任编辑:虞涵棋澎湃新闻报料:4009-20-4009   澎湃新闻,未经授权不得转载
关键词 >> 未来科学大学,清华大学,薛其坤,超导,量子霍尔效应,反常霍尔效应,诺奖,山东,临沂,澎湃,澎湃新闻

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