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奖项给自家那条沂蒙小船注入核重力,中科院院

文章作者:国际学校 上传时间:2019-08-22

中国科学院院士、清华大学副校长薛其坤教授来山东省莱芜第一中学作报告

来源:中国高校之窗 2017-02-7


2017年2月5日上午,山东省莱芜第一中学第一报告厅座无虚席,秩序井然!应山东省莱芜第一中学邀请,中国科学院院士、 清华大学 副校长,国际著名的实验物理学家薛其坤教授来山东省莱芜第一中学为师生作报告。

薛院士的报告主题为“超越欧姆定律的物理学——量子物理研究的经历和体会”。报告分三部分。

第一部分介绍了清华大学的发展历程以及当前学科设置和教科研情况,鼓励同学们好好学习,有志于到清华园感受浓厚的学习和科研氛围。

第二部分介绍了霍尔效应和量子反常霍尔效应的研究发现历程及薛院士团队所取得的研究成就。量子反常霍尔效应是目前全世界量子物理研究领域最尖端的科技成果,而薛其坤院士却从最基本的原理欧姆定律开始讲起。欧姆定律是指,电流在传输的过程中就会因为电阻的存在发热,因此会浪费一部分电,而且浪费的数量非常大。薛其坤院士以精确的数字来说明,2015年全球发电20万亿度,其中浪费了1.16万亿度,价值0.6万亿元,相当于甘肃省全年的GDP。如何减少或者消灭电阻,避免电能浪费?薛院士告诉大家,量子反常霍尔效应有可能解决电阻带来的浪费问题。接着,他依然从最简单的霍尔效应和反霍尔效应等基础内容讲起,用通俗的语言,介绍霍尔效应之后人类如何一次次对这一效应进行进一步的实验和探索,直到发现量子平台,为人类克服电阻带来了曙光和希望。2013年,正是薛院士带领他的研究团队,在国际上首次实现了“量子反常霍尔效应”。2016年9月,薛院士团队获得首届未来科学大奖“物质科学奖”,奖金100万美金。

第三部分,薛其坤院士结合个人成长经历介绍了在科学研究过程中的感悟和体会。薛院士的成功并非一帆风顺,他1984年1986年连续两年考研失败,直到1987年第三次考研才考入中国科学院物理所。研究生期间,由于实验仪器不过关,他读研的前5年几乎没有任何成果,甚至写不出一篇像样的博士论文。直到1992年一次偶然的机会,获得了到日本留学联合培养的机会才有了转机。但是在日本的前半段,更是他人生最黑暗的时期,一方面有思乡和思念孩子的苦楚,还有因为不适应日本的作息时间造成身体的不适,更重要的是由于语言交流不畅,导致日本导师对他的不屑。这些困难加在一起,让他多次萌发放弃的念头。但是他并没有就这样被困难吓倒,而是冷静分析这些问题的原因,并把这些原因归结到自己身上,最后凭借坚强的意志克服了这些困难,并逐渐适应了学习环境,并且开始有了独立科研的能力,于1994年完成博士论文答辩。结合自己的坎坷经历,薛其坤院士告诉在座的高中学生,正是这些经历磨练了他的意志,有了厚积薄发的基础,形成了积极乐观的人生态度,更坚定了他精益求精的工作态度。薛其坤院士进一步勉励同学们,要做到“积极乐观,自强不息”,树立积极乐观向上的人生观,顺利时要再接再厉,乘胜前进,坎坷时要不屈不挠,逆水行舟,痛苦的时候要想着快乐,快乐的时候不能忘乎所以,碰到偏见,要学会躲避,也要学会迎接鼓励和赞扬。薛其坤院士还希望同学们能做到“团结互助,善以待人”,尊重师长,也要尊重自己的同学和同事,还要尊重低年级的同学,要尊重自己的合作者,同时还要尊重自己的竞争对手,尊重并团结一切交往的人,容易看到别人的长处和优点,善于容忍别人的短处;最后,薛其坤院士衷心希望同学们“志存高远,追求卓越”,把自己的命运,国家的命运,自己的兴趣和国家的强大结合起来,希望同学们能够更加努力,使国家变得更加富强,能胜任历史所赋予的责任。

薛院士的报告高屋建瓴,又深入浅出,通过各种形象的比喻把当前物理界最前沿的科学研究成果讲得通俗易懂,引人入胜!薛院士精彩的报告博得一次又一次热烈的掌声!

在听取了报告后,同学们纷纷表示,报告会不但开阔了视野,更被薛其坤院士的人格魅力所打动,激发了他们主动学习,追求梦想的动力。

报告会由山东省莱芜第一中学校长、党委书记陈传军主持。市教育局局长李维运,市教育局有关科室成员,山东省莱芜第一中学中层以上干部、各年级师生代表以及部分家长代表共600余人聆听了报告。

报告会前,薛其坤院士还听取了陈传军校长介绍的山东省莱芜第一中学发展历程和未来打算。薛院士对山东省莱芜第一中学取得的成绩表示敬佩,对山东省莱芜第一中学注重校园文化建设的发展思路表示赞同,认为有传承才有永远的发展,有传承才能一代一代的发展下去。

薛其坤教授,1963年12月出生于蒙阴县。1980年9月考入山东大学光学系,1984年7月毕业到曲阜师范大学物理系任教。1994年获得中国科学院物理研究所博士学位。1999年8月回国到中国科学院物理研究所工作,2005年5月到清华大学物理系工作,同年11月被增选为中国科学院院士,是当时最年轻的中科院院士。2006年12月任物理系副主任,2010年7月任理学院院长、物理系主任。2013年3月任校长助理、科研院院长、理学院院长、物理系主任。5月起任清华大学党委委员、常委、副校长。2013年,他带领他的研究团队,在国际上首次实现了“量子反常霍尔效应”。2016年9月,获得未来科学大奖“物质科学奖”,奖金100万美金。2017年1月,在未来论坛2017年会,颁发未来科学大奖“物质科学奖”;同月被“科技盛典——中央电视台年度科技创新人物推选活动”评为2016年度最具影响力的十大“科技创新人物”。

薛其坤院士到山东省莱芜第一中学作报告,是薛院士进中学的第三站,前两站为厦门和杭州。薛院士能接受邀请到山东省莱芜第一中学来作报告,一方面是由于山东省莱芜第一中学取得的办学成绩,同时也得益于清华大学推出的iTsinghua学堂项目。2016年4月开始,清华大学推出iTsinghua学堂项目,首批iTsinghua学堂讲师共70余名教授,包括院士近10人,走进全国各省市自治区的中学,每年开设100场左右的讲座,为中学生讲述学科前沿、专业发展、清华故事与大学文化。

自2016年秋季新学期开始,清华大学招生办公室携手清华校企——启迪教育,为iTsinghua学堂讲座活动广播全国而添柴加薪。

启迪教育集团是清华科技园的运营机构—启迪控股的重要组成部分,是清华大学社会服务功能的载体,也是清华文化传播的重要平台。目前,启迪教育已经在K12素质教育板块、国际教育、高等教育、职业教育、在线教育与全球教育创新创业网络等领域做了充分布局,旗下企业与机构包括巨人教育、启迪麒麟国际学校、学堂在线、厚德人力、启迪数字学院、海南健康管理职业技术学院、华艺名美术教育、启迪教育创新孵化器等。

编辑:华山

首届未来科学奖得主薛其坤:奖项给我这条沂蒙小船注入核动力

来源:澎湃新闻 2017-01-16 虞涵棋 王盈颖


“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。这项沉甸甸的奖励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.”。

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。

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。”

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,荷兰科学家昂内斯发现汞的电阻在温度降到4.2K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。

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。

国际学校,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”。

编辑:华山

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