攻克量子世界的制高点——记清华大学薛其坤院士领衔的科研团队

2013年初春时节，北京传出喜讯：清华大学物理系和中科院物理所联合组成的团队在实验中首次发现量子反常霍尔效应，这被著名物理学家杨振宁称之为“诺贝尔奖级”的科研成果。

在凝聚态物理中，量子霍尔效应占据着极其重要的地位。整数量子霍尔效应和分数量子霍尔效应的实验分别发现于1985年和1998年，获诺贝尔物理学奖。这次中国科学家首次在实验上观测到的量子反常霍尔效应，被认为可能是量子霍尔效应家族最后一个有待实验发现的成员。为实现这一基础科学领域的重大突破，以清华大学薛其坤院士领衔的团队花费整整四年时间。

从1992年读博士起，薛其坤就一直从事薄膜生长动力学的系统研究，至今已累积了20余年的经验，他因此获得两项国家自然科学二等奖。在他的指导下，科研团队仅用三四个月时间就在国际上率先建立了拓扑绝缘体薄膜的分子束外延生长动力学，实现了对样品生长过程在原子水平上的精确控制，薄膜样品质量很快达到了国际领先水平。

虽然材料生长动力学这一关键问题得以解决，但这并不意味着接下来就是一片坦途。实现量子反常霍尔效应所需的三个苛刻条件带来的种种难题他们都遇到了，实验面临的瓶颈数次让整个团队举步维艰。然而，他们没有放弃，而是选择独辟蹊径，最终找到一条现在看来非常合理的技术路线。这得益于研究组的紧密合作，他们几乎每天都通过邮件和电话交流实验结果，每两三周都进行一次讨论，分析实验的所有细节，制定详尽的下一步计划。

许多团队成员说：“每一点进步都得益于精诚合作、联合攻关，我们这些有不同专长、不同性格、不同思路的研究人员为了一个共同的目标而努力，互相交流，互相促进，是取得成功的关键。”

团队成员在过去四年里共生长和测量1000多个样品，并通过一次次的生长、测量、反馈、调整，争取在每一步都做到极致。功夫不负有心人，每半年到9个月，他们就会克服一个困难，向前跳一级，一个个激动人心的成果接踵而来。

2012年10月的一个晚上，薛其坤收到学生的短信：他们在实验中发现了量子反常霍尔效应的迹象！历史将这一时刻定格，在美国物理学家霍尔1880年发现反常霍尔效应130多年后，人类终于实现了其量子化！

量子反常霍尔效应这一重大科学发现证明，中国科学家的科学素养、研究水平和对实验技术的掌握，已与国际先进水平接轨。在中国加大投入基础科学研究20年后，中国科学界已经具备一批国际水平的科学家向世界科学领域“亮剑”。

现在，这个诞生于中国本土的优秀科研团队仍在为量子反常霍尔效应的应用前景而奋斗着。薛其坤说：“作为清华的一名教师和科研工作者，培养一流的人才，创造一流的科技成果，服务于创新型国家建设和经济社会发展，是我们始终不懈追求的目标，也唯此才能为实现中华民族的伟大复兴的‘中国梦’作出自己的贡献。”