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全世界等了整整一百多年,等一个从中国本土实验室长出来的诺贝尔物理学奖。 这不

全世界等了整整一百多年,等一个从中国本土实验室长出来的诺贝尔物理学奖。

这不是一句口号,是一笔一笔算出来的账。

从1901年诺贝尔奖第一次颁发算起,一百二十多年过去了。杨振宁、李政道、丁肇中、朱棣文、崔琦,这些名字拿过诺贝尔物理学奖,但他们都加入了美国国籍,获奖时代表的是美国实验室。

2015年屠呦呦拿的是生理学或医学奖,那是中国本土科学家第一次站上诺贝尔自然科学奖的领奖台。

可物理学奖呢?一百多年,从中国本土实验室里长出来的诺贝尔物理学奖,一个都没有。

所以每年十月,斯德哥尔摩那通电话打出去之前,国内总有人在问:今年会有中国人的名字吗?

今年这个问题问得格外急。因为一个叫薛其坤的人,正被全球物理学界反复提及。

薛其坤是谁?中国科学院院士,南方科技大学校长,清华大学教授。但比这些头衔更有意思的是他的外号——学生们管他叫“7-11”教授。早上7点进实验室,晚上11点才离开,雷打不动。一年工作330天以上,每天泡在实验室超过15个小时。

就是这么一个看起来只会“笨干”的人,带着团队干了一件全世界物理学家都想干却没干成的事。

先说说这件事为什么这么难。

量子霍尔效应这个概念,听起来很学术,但打个比方就明白了。普通导体里跑电子,就像农贸市场里人挤人,你撞我我撞你,磕磕碰碰寸步难行,碰撞就产生电阻,电阻就发热耗能。而量子霍尔效应呢?电子像是在高速公路上开车,各行其道,互不碰撞,零电阻,能量几乎不损耗。

这已经够神奇了。但问题是,要实现量子霍尔效应,得外加一个超强磁场,需要十几万高斯的磁场强度,还得把温度降到接近绝对零度。这意味着需要一台价格极其昂贵、体积巨大得离谱的设备。实验室里能用,但没法普及到日常生活中。

而量子反常霍尔效应,就是不需要外加磁场、靠材料自身的性质就能实现电子的“高速公路”。这就像原来得靠一台巨型电磁铁才能让车流有序,现在材料本身就自带这个功能。

薛其坤打过一个比方:好比要求一个人同时具备短跑运动员的速度、篮球运动员的高度和体操运动员的灵巧——这三个条件本身就互相矛盾。

要让材料同时满足“绝缘”“拓扑”“磁性”三个条件,几乎是不可能完成的任务。

但薛其坤偏偏选了这条路。2008年开始,他带着清华大学和中科院物理所的联合团队,一头扎进了这个“几乎不可能”的课题。从2009年起,他们开始向这个目标发起冲击。

四年时间,团队制备和测量了一千多个样品。一千多个。每一个样品都需要在纳米级别上精确控制薄膜的生长,然后放到极低温环境下进行精密测量。做完一个,数据不对,推倒重来。再做,再测,再调整。就这样反反复复,一千多次。

2012年底,他们终于成功了。在一种叫“磁性拓扑绝缘体薄膜”的特殊材料上,他们首次在实验上观测到了量子反常霍尔效应。

消息传出来的时候,诺贝尔物理学奖得主杨振宁说了一句话。他说:“这是第一次从中国实验室里发表的诺贝尔奖级的物理学论文。”他还说,他相信99%在前沿物理学做研究的人都会同意这是一个诺贝尔奖级的成果。

杨振宁说这话的时候,还特意补了一句:“过去人们总认为中国人不擅于做实验。”

这句话的分量,比任何夸奖都重。因为量子反常霍尔效应是一个实验突破,不是理论推演。它意味着中国科学家在最前沿的物理实验领域,站到了世界第一的位置。

说到这里,得提一个背景。量子霍尔效应这个家族,已经拿过三次诺贝尔物理学奖了。1985年,整数量子霍尔效应获奖;1998年,分数量子霍尔效应获奖;2016年,拓扑相变和拓扑材料获奖。而量子反常霍尔效应,被物理学界认为是这个家族最后一个等待实验发现的成员。

拿过三次诺奖的领域,最后一次实验突破,是中国团队做出来的。这件事情本身,已经说明了很多。

今年9月,薛其坤凭借这项成果入选了科睿唯安“引文桂冠奖”。这个奖自2002年设立以来,大约有89位得主后来拿了诺贝尔奖,转化率在18%左右。换句话说,大约每五六个入选者里,就有一个最终拿到诺奖。

北京时间10月6日下午5点45分,斯德哥尔摩会拨出那通电话。每年这个时候,全世界的物理学圈子都会盯着那个时间点。

但比电话本身更重要的,是电话铃响之前已经发生的事。

一个从山东大学光学系走出来的学生,靠每天早上7点到晚上11点的坚持,带着团队在一个拿过三次诺奖的领域里完成了最后的实验拼图,让杨振宁说出“第一次从中国实验室里”这句话。

这条路上每一个样品、每一次失败、每一组数据,都是中国基础科研从追赶走到并跑的真实脚印。

诺贝尔奖的评选有它的节奏和规则,什么时候颁奖不是哪一个人能左右的。但从中国实验室里长出来的成果,已经站在了世界最前沿,这一点,不需要等电话来确认。