论文部分内容阅读
到一定程度的时候，科学家比大部分人过得有意思。
10月19日下午，以“挑落欧姆定律的量子现象和应用展望创新源于科技”为主题的未来论坛科技创新峰会在北京举行。当物理学家薛其坤出现在台上并作主旨演讲时，台下的观众纷纷拿起手机拍照，试图记录下“未来科学大奖”的首位物质科学奖获得者在获奖后的首次亮相。
薛其坤的备受瞩目，和他一直研究的量子霍尔效应有关。作为量子反常霍尔效应理论模型的发现提出者，薛其坤在2013年就被称作是“离诺贝尔奖最近”的中科院院士。量子反常霍尔效应如若实现产业化，为电子器件发展、量子计算机应用等领域开辟新的道路，将为人类社会带来巨大的应用前景。
神奇的量子世界
物理学家眼里世界是什么样的？在薛其坤看来，他研究的量子世界充满了神奇。
普通状态下的电子运动轨迹是无序的，时有碰撞，电子设备也会因此而发热，导致能量损耗，这也是目前整个微电子产业面临的瓶颈问题之一。但在超导和量子霍尔效应这两个奇异的量子现象中，发热问题可以被完全避免。薛其坤表示，量子反常霍尔效应代表着微观世界电子运动的新规律。
薛其坤及团队自2012年10月在实验中发现量子反常霍尔效应至今已有4年时间，薛其坤说，其团队目前所取得的较大的进展就是将测量到量子反常霍尔效应的温度——即观测温度从30mk（负273.12℃，仅比绝对零度高0.03℃）提升了约30倍。
《时间线》：当初怎么想到要研究量子反常霍尔效应？
薛其坤：作为一个实验物理学家，首先要学习做科学研究的方法，学习怎么判断科学问题重要还是不重要。当然要练好基本功、积累经验，随着时间和投入变多，对整个领域的把握能力变强，具备一个成熟科学家最基本的素质。在2005年左右国际上就兴起了拓扑绝缘体这个领域，而我以前的科研基础特别适合研究张守晟老师提出来的量子反常理论。应该说是瓜熟蒂落的过程。
《时间线》：量子反常霍尔效应、和高温超导这两个研究方向在未来的应用会有哪些想象空间？
薛其坤：量子反常霍尔效应将来的应用方向有两个——集成电路和新型磁储存。现在只要重启计算机，里面所有的程序也会重启，如果用量子反常霍尔效应或相关效应做磁存储的芯片、非挥发性磁存储或者是存储器，那么关机前原来的状态将会保留。
高温超导方面，主要是解决材料发热的问题，并且在磁共振成像方面有所应用。根据欧姆定律，互联总是发热的，一般的导体都会存在着发热问题。如果用我们能把高温超导材料的超导临界温度提高到液氮替代以后温度以上，只要发热的电子器件都可以应用。此外，雷达、舰艇、飞机的探测上，都有一些高温超导应用的可能，主要取决于材料超导转变温度高低。如果液氮温度达到，不管是电子器件还是雷达，包括医疗设备等磁共振成像，都可以更换成相对便宜的液氮冷却去实现。
《时间线》：今年诺贝尔奖物理学奖的研究成果也提到了您的研究成果，您的团队也被认为是中国冲击诺贝尔奖物理学奖的热门人选。
薛其坤：作为一个科学家应该是追求把研究在能力范围内做到最好。我们的团队在这个方向上可以说做到了世界最高水平，我们还会在这个基础上继续找到新的科学问题去研究。至于拿不拿奖，老实说我们有拿奖的想法，但是因为诺贝尔奖的评奖完全取决于一个委员会，有时候还带着一些别的色彩，所以我们不去刻意追求。在科学上追求最高水平是我们现在持有的态度。其实这一次未来科学大奖的设立也是中国人自信的一个表现。
《时间线》：刚才您提到它在集成电路和芯片方面有比较大的应用空间，从2012年发现量子反常霍尔效应到现在已经过了4年，这两个领域在产业化方面是否有进展？
薛其坤：4年之中我们一个比较大的进展，就是测量到量子反常霍尔效应的温度，也叫观测温度，从原来30毫K现在提高到1K，大概是30倍的增加。1K对大部分应用来讲还是比较昂贵的，整个温度制冷这么低需要非常昂贵的制冷设备，所以目前大概要花几百万机器制冷，探索它的产业化时机还不成熟。我们设想是在今年或者两三年之内把观测温度提高到4K，灌上液氦，仪器就可以工作了，到时候会考虑特种器件的研发，甚至在国防方面也会有。目前现在温度还太低，还没有到考虑技术开发甚至应用的程度。
《时间线》：未来科学大奖背后有很多企业家在支持，获奖的研发成果有没有和这些企业家去探讨把它产业化或者民用化的一个方向？
薛其坤：一方面是从基础研究到应用的对接、合作需要人与人之间的了解，另一方面是基于对科学的热爱，当然以后和科学大奖背后的企业家合作的可能性会大一点。只要是到了具备研发条件的水平，我们愿意和国内任何企业去合作。
《时间线》：拿到未来科学大奖对您的学术生活和个人生活有什么影响？100万美元的高额奖金打算怎么支配呢？
薛其坤：最大的还是对自己这么多年科学生活的鼓励吧。给了这么大的荣誉，进一步激发了我探索科学和做基础研究的热情。奖金部分，会在科研上继续投入，当然也让自己的生活有了一些改善，团队的成员也会根据个人的贡献拿到一部分，这是对他们工作的肯定和回报，鼓舞年轻人在未来科学生涯中和研究中做得更好。
用打游戏来比喻做科研
2005年41岁的薛其坤被增选为中科院院士，是当时技术科学部“新科院士”中最年轻的一位。薛其坤1984年毕业于山东大学，1994年在中国科学院物理研究所获理学博士学位。曾先后在日本东北大学、美国北卡罗莱纳州立大学、中国科学院物理所从事研究工作。
然而薛其坤并非出身书香世家，靠着常人难有的毅力才有了今天的成就。面对两次考研失败，以及日本八年留学期间的种种挫折，薛其坤教授以“异于常人的吃苦耐劳精神”和高度的责任感完成了研究任务。
薛其坤曾说：“我虽然不会理发，但学过数学和物理，懂得无穷逼近的道理，只要告诉我要理的发型，通过逐步接近的办法总能够剪出来。理发是这样，做学问也是如此。”正是这样对科学“无穷逼近”的探索，让他感受到了常人难以体会到的科学之美。
《时间线》：从事科研那么长时间，您自己感受到科学美丽的地方在哪儿？
薛其坤：科学家几乎每天都能看到新东西，对琢磨不清的谜团试图找到一个圆满的回答。到一定程度的时候，科学家比大部分人过得有意思。就好像打游戏一样，一旦进入玩游戏的时候，每过一关或者升级都是一种享受，其实很有多其他的工作没法得到这种收获和回报。有时候这种美妙还只能意会不能言传，我天天在办公室待着看数据，看出了不解的地方，最后经过研究设计出巧妙的实验，思考出问题怎么解决。比如说我怎么设计出一双鞋子，使我增高了，但是你看不出我垫了高跟，我把这个事情解决了结果非常圆满，那就是今天的生活太有意思了。
《时间线》：对于普通大众来说，您觉得科学魅力在哪儿？特别是对成长中的孩子和年轻人来说呢？
薛其坤：科学的魅力实际上是可以可以简单比喻为满足他的好奇心，让他们感受世界的特别，回答他提出的很多为什么。人都是好奇的，尤其是孩子，但提出的问题如果没有人能够解释，就满足不了他的好奇心。满足孩子的好奇心的过程就是一个非常好的回报。我想对大人也一样，对很多事情想知道为什么。在不同层次上满足人的求知欲和想象，这会让你感到非常的幸福给出圆满的回答。
《时间线》：科学家这个职业很有趣吧。
薛其坤：世界上很多事情都讲究规则，科学家不一样，在研究方向的选择上，不用受别人控制，你想象的东西是什么就按照这样去做，思想没有禁锢是自由的，当然前提是科学的。如果一个科学家是世界上第一个解决了某个难题的，那么全世界很多人都要在后面跟着你研究，这是任何很多职业都没有的魅力。
比如说我是第一个登上珠穆朗玛峰，和第二个登感觉就完全不一样，是第一个领略这种风光的人。
《时间线》：科学非常美妙的地方？
薛其坤：研究科学，你会发现自然界非常美妙，比你想到的更神奇。
10月19日下午，以“挑落欧姆定律的量子现象和应用展望创新源于科技”为主题的未来论坛科技创新峰会在北京举行。当物理学家薛其坤出现在台上并作主旨演讲时，台下的观众纷纷拿起手机拍照，试图记录下“未来科学大奖”的首位物质科学奖获得者在获奖后的首次亮相。
薛其坤的备受瞩目，和他一直研究的量子霍尔效应有关。作为量子反常霍尔效应理论模型的发现提出者，薛其坤在2013年就被称作是“离诺贝尔奖最近”的中科院院士。量子反常霍尔效应如若实现产业化，为电子器件发展、量子计算机应用等领域开辟新的道路，将为人类社会带来巨大的应用前景。
神奇的量子世界
物理学家眼里世界是什么样的？在薛其坤看来，他研究的量子世界充满了神奇。
普通状态下的电子运动轨迹是无序的，时有碰撞，电子设备也会因此而发热，导致能量损耗，这也是目前整个微电子产业面临的瓶颈问题之一。但在超导和量子霍尔效应这两个奇异的量子现象中，发热问题可以被完全避免。薛其坤表示，量子反常霍尔效应代表着微观世界电子运动的新规律。
薛其坤及团队自2012年10月在实验中发现量子反常霍尔效应至今已有4年时间，薛其坤说，其团队目前所取得的较大的进展就是将测量到量子反常霍尔效应的温度——即观测温度从30mk（负273.12℃，仅比绝对零度高0.03℃）提升了约30倍。
《时间线》：当初怎么想到要研究量子反常霍尔效应？
薛其坤：作为一个实验物理学家，首先要学习做科学研究的方法，学习怎么判断科学问题重要还是不重要。当然要练好基本功、积累经验，随着时间和投入变多，对整个领域的把握能力变强，具备一个成熟科学家最基本的素质。在2005年左右国际上就兴起了拓扑绝缘体这个领域，而我以前的科研基础特别适合研究张守晟老师提出来的量子反常理论。应该说是瓜熟蒂落的过程。
《时间线》：量子反常霍尔效应、和高温超导这两个研究方向在未来的应用会有哪些想象空间？
薛其坤：量子反常霍尔效应将来的应用方向有两个——集成电路和新型磁储存。现在只要重启计算机，里面所有的程序也会重启，如果用量子反常霍尔效应或相关效应做磁存储的芯片、非挥发性磁存储或者是存储器，那么关机前原来的状态将会保留。
高温超导方面，主要是解决材料发热的问题，并且在磁共振成像方面有所应用。根据欧姆定律，互联总是发热的，一般的导体都会存在着发热问题。如果用我们能把高温超导材料的超导临界温度提高到液氮替代以后温度以上，只要发热的电子器件都可以应用。此外，雷达、舰艇、飞机的探测上，都有一些高温超导应用的可能，主要取决于材料超导转变温度高低。如果液氮温度达到，不管是电子器件还是雷达，包括医疗设备等磁共振成像，都可以更换成相对便宜的液氮冷却去实现。
《时间线》：今年诺贝尔奖物理学奖的研究成果也提到了您的研究成果，您的团队也被认为是中国冲击诺贝尔奖物理学奖的热门人选。
薛其坤：作为一个科学家应该是追求把研究在能力范围内做到最好。我们的团队在这个方向上可以说做到了世界最高水平，我们还会在这个基础上继续找到新的科学问题去研究。至于拿不拿奖，老实说我们有拿奖的想法，但是因为诺贝尔奖的评奖完全取决于一个委员会，有时候还带着一些别的色彩，所以我们不去刻意追求。在科学上追求最高水平是我们现在持有的态度。其实这一次未来科学大奖的设立也是中国人自信的一个表现。
《时间线》：刚才您提到它在集成电路和芯片方面有比较大的应用空间，从2012年发现量子反常霍尔效应到现在已经过了4年，这两个领域在产业化方面是否有进展？
薛其坤：4年之中我们一个比较大的进展，就是测量到量子反常霍尔效应的温度，也叫观测温度，从原来30毫K现在提高到1K，大概是30倍的增加。1K对大部分应用来讲还是比较昂贵的，整个温度制冷这么低需要非常昂贵的制冷设备，所以目前大概要花几百万机器制冷，探索它的产业化时机还不成熟。我们设想是在今年或者两三年之内把观测温度提高到4K，灌上液氦，仪器就可以工作了，到时候会考虑特种器件的研发，甚至在国防方面也会有。目前现在温度还太低，还没有到考虑技术开发甚至应用的程度。
《时间线》：未来科学大奖背后有很多企业家在支持，获奖的研发成果有没有和这些企业家去探讨把它产业化或者民用化的一个方向？
薛其坤：一方面是从基础研究到应用的对接、合作需要人与人之间的了解，另一方面是基于对科学的热爱，当然以后和科学大奖背后的企业家合作的可能性会大一点。只要是到了具备研发条件的水平，我们愿意和国内任何企业去合作。
《时间线》：拿到未来科学大奖对您的学术生活和个人生活有什么影响？100万美元的高额奖金打算怎么支配呢？
薛其坤：最大的还是对自己这么多年科学生活的鼓励吧。给了这么大的荣誉，进一步激发了我探索科学和做基础研究的热情。奖金部分，会在科研上继续投入，当然也让自己的生活有了一些改善，团队的成员也会根据个人的贡献拿到一部分，这是对他们工作的肯定和回报，鼓舞年轻人在未来科学生涯中和研究中做得更好。
用打游戏来比喻做科研
2005年41岁的薛其坤被增选为中科院院士，是当时技术科学部“新科院士”中最年轻的一位。薛其坤1984年毕业于山东大学，1994年在中国科学院物理研究所获理学博士学位。曾先后在日本东北大学、美国北卡罗莱纳州立大学、中国科学院物理所从事研究工作。
然而薛其坤并非出身书香世家，靠着常人难有的毅力才有了今天的成就。面对两次考研失败，以及日本八年留学期间的种种挫折，薛其坤教授以“异于常人的吃苦耐劳精神”和高度的责任感完成了研究任务。
薛其坤曾说：“我虽然不会理发，但学过数学和物理，懂得无穷逼近的道理，只要告诉我要理的发型，通过逐步接近的办法总能够剪出来。理发是这样，做学问也是如此。”正是这样对科学“无穷逼近”的探索，让他感受到了常人难以体会到的科学之美。
《时间线》：从事科研那么长时间，您自己感受到科学美丽的地方在哪儿？
薛其坤：科学家几乎每天都能看到新东西，对琢磨不清的谜团试图找到一个圆满的回答。到一定程度的时候，科学家比大部分人过得有意思。就好像打游戏一样，一旦进入玩游戏的时候，每过一关或者升级都是一种享受，其实很有多其他的工作没法得到这种收获和回报。有时候这种美妙还只能意会不能言传，我天天在办公室待着看数据，看出了不解的地方，最后经过研究设计出巧妙的实验，思考出问题怎么解决。比如说我怎么设计出一双鞋子，使我增高了，但是你看不出我垫了高跟，我把这个事情解决了结果非常圆满，那就是今天的生活太有意思了。
《时间线》：对于普通大众来说，您觉得科学魅力在哪儿？特别是对成长中的孩子和年轻人来说呢？
薛其坤：科学的魅力实际上是可以可以简单比喻为满足他的好奇心，让他们感受世界的特别，回答他提出的很多为什么。人都是好奇的，尤其是孩子，但提出的问题如果没有人能够解释，就满足不了他的好奇心。满足孩子的好奇心的过程就是一个非常好的回报。我想对大人也一样，对很多事情想知道为什么。在不同层次上满足人的求知欲和想象，这会让你感到非常的幸福给出圆满的回答。
《时间线》：科学家这个职业很有趣吧。
薛其坤：世界上很多事情都讲究规则，科学家不一样，在研究方向的选择上，不用受别人控制，你想象的东西是什么就按照这样去做，思想没有禁锢是自由的，当然前提是科学的。如果一个科学家是世界上第一个解决了某个难题的，那么全世界很多人都要在后面跟着你研究，这是任何很多职业都没有的魅力。
比如说我是第一个登上珠穆朗玛峰，和第二个登感觉就完全不一样，是第一个领略这种风光的人。
《时间线》：科学非常美妙的地方？
薛其坤：研究科学，你会发现自然界非常美妙，比你想到的更神奇。