トイレで眠ってしまうほど疲れていた科学者が、今年の国家最高科学技術賞を受賞した。

▲薛其坤

マイルストーン

私が初めて薛其坤院士に会ったのは2019年の初めだった。彼のチームが完成させた「量子異常ホール効果の実験的発見」プロジェクトは、2018年に国家自然科学賞で唯一の一等賞を受賞した。ノーベル賞受賞者の楊振寧氏は「中国の研究室からノーベル賞レベルの物理学成果が生まれたのはこれが初めてだ」とさえコメントした。

その際、国家科学技術賞事務局は科学技術メディアとのインタビューを企画し、記者たちは清華大学物理学棟の廊下を取り囲んだ。薛其坤はチームメンバーを率いて、笑顔で全員に挨拶した。彼は背が高くないが、エネルギーに満ちている。彼が笑うと、目が細くなります。彼が話す山東省臨沂訛りの中国語は、まるで「近所のおじさん」のように、特に親しみを感じさせます。

薛其坤氏は複雑な手順や大げさな演出なしに、記者たちを自らの研究室に直接招き入れ、その場で実験状況を紹介した。薛其坤チームの研究室に入ると、銀白色のアルミホイルで包まれたステンレス鋼の空洞内の装置をさまざまな複雑なパイプラインが接続しており、まるでSFの世界に足を踏み入れたような気分になる。これらはすべて、量子異常ホール効果の探索における「宝物」です。

物理学の分野では、ホール効果は過去 100 年間、科学者による継続的なブレークスルーの方向となってきました。これは、凝縮系物理学の分野で最もホットな話題であり、最も多くの実践者がいる分野でもあります。過去数十年間に、ホール効果における科学的ブレークスルーにより、3つのチームがノーベル物理学賞を受賞しました。その研究の進歩は、電子機器やインターネットの発展に関連しています。

1980年代に物理学者たちは不思議な量子ホール効果を発見しました。薛其坤は非常に現実的な比喩を使った。通常の状態の電子は混沌としており、無秩序に動き、絶えず衝突している。量子ホール効果における電子は、真ん中に障壁があり 2 つの方向の「交通」を分離している「高速道路」上にいるようなものです。

これは、量子ホール効果が電子衝突によって発生する熱の問題を解決できることを意味し、量子コンピューティングや量子情報ストレージに大きな応用可能性を秘めています。これに基づいて設計された新世代の電子チップは、エネルギー消費が極めて低くなります。しかし、実用化するには、外部磁場が必要であるという解決できない問題があります。この磁場は高価なだけでなく、かさばります。

量子異常ホール効果は量子ホール効果とは異なります。これは強力な磁場に依存するのではなく、物質自体の自発的な磁化によって生成されます。したがって、これまで発見された量子ホール効果よりも応用がはるかに便利です。この発見が実用化されれば、トランジスタ動作のエネルギー消費量が大幅に削減され、携帯電話やパソコンの動作速度が向上し、記憶容量が増加し、電子機器の動作中に発生する熱の問題が解決されるだろう。現在ビルほどの大きさを占める巨大なスーパーコンピューターも、タブレットコンピューターと同じくらい持ち運び可能になるでしょう。

これは画期的な発見です。そのため、1990年代以降、理論物理学者たちはさまざまな解決策を提案しており、世界のトップクラスの研究グループがこぞってこの課題の解決を目指してきました。しかし、実験では進展が見られませんでした。

2008年、中国系アメリカ人の物理学者、張守成氏は、磁性トポロジカル絶縁体における量子異常ホール効果の実験の方向性を提案した。しかし、適切な材料を見つけることは非常に困難です。このような物質で量子異常ホール効果が観測できるかどうか、またいつ観測できるかは誰にも分かりません。これは一生かけても完成しないかもしれないプロジェクトです。

薛其坤氏は博士号を取得して以来物理学の研究に力を入れており、凝縮物質物理学と材料科学が常に彼の「主な分野」となっている。薛其坤は2009年以来、実験を通じて仮説を検証し、量子異常ホール効果の実験的実現に影響を与えることを決意し、チームを率いてトポロジカル絶縁体を研究してきました。

遠い場所を選んだのだから、風や雨に関係なく、旅に集中すればいいのです。物理学界の「エベレスト」に直面しても、薛其坤はまったく後退せず、勇敢に前進することを選んだ。彼の意見では、科学の道においては、時には規則を破り、習慣的な考え方を打ち破り、異なる景色を見るための新しい方法を見つけなければならない。

薛其坤氏のチームが実験に使用したサンプルは、原子が層ごとに積み重ねられていった。それらはわずか数ナノメートルの厚さで、髪の毛の10万分の1に相当し、一つ一つを準備するのは極めて困難でした。これは注意深い観察を必要とする仕事であり、実験中の手がかりによって最終結果が変わる可能性があります。

彼らは4年間にわたって1,000以上のサンプルを準備し、数え切れないほどの失敗を経験しました。失敗するたびに、薛其坤は再びチームを率いてサンプルを改良し、方法を革新しました。チームメンバーのフラストレーションに直面したとき、彼はいつも「失敗は私たちの認識を豊かにし、多くの新しい情報をもたらし、それは貴重な経験でもある」と彼らを励ましました。

午後10時半になってもまだでした。 2012 年 10 月 12 日、薛其坤は生徒から次のようなテキスト メッセージを受け取った。「薛先生、量子異常ホール効果が出現しており、詳細な測定を待っています。」ドキドキする心臓を抑えて、すぐに電話をかけて状況を確認したと振り返った。その後、彼はすぐに研究室に戻り、すぐにチームメンバーを組織し、いくつかの計画を設計し、次の実験を展開しました。 2か月にわたる集中的なテストと継続的な研究を経て、薛其坤氏のチームはついに完璧な実験データをテストし、130年以上も世界を悩ませてきた世界的な問題を克服した。サイエンス誌の評論家たちはこれを「凝縮物質物理学の分野における画期的な出来事」と評した。

▲薛其坤氏（左から1人目）がペンシルバニア大学物理学部の代表団と意見交換

極限までやり遂げる

薛其坤の粘り強さ、粘り強さ、そして卓越性の追求は、10代の頃の苦難から生まれたものです。彼は1963年12月に山東省沂蒙山地の小さな村で生まれた。生活の困難さから、彼は若い頃から家族の中で農作業の主力となっていた。そのような環境で育ち、貧困、飢餓、後進的な生活環境に苦しみながらも、彼は知識を活用して自分の運命を変え、山村の外への扉を開きたいと強く願っていました。

物質的な条件の欠如は、薛其坤が偉大な科学者になることを妨げることはなかった。 17歳のとき、彼の努力は報われ、正式に山東大学光学学部の新入生となり、新たな旅が始まりました。薛其坤さんは大学卒業後、当時は羨望の的だった「鉄の飯場」だった曲阜師範大学で物理の教師として働くよう任命された。しかし、彼は退屈ながらも安定した現実の生活に満足せず、10代の頃に抱いた科学者になるという夢を忘れていませんでした。科学者になるには、勉強を続け、より深い学習と実践に取り組む必要があります。薛其坤さんは大学院入学試験に2度挑戦した。 1 回目は上級数学で 39 点を獲得し、2 回目は物理で 39 点を獲得しました。この二つの失敗は彼にとって大きな打撃となった。しかし、四方八方からのプレッシャーを受けながら3度目の試験準備を経て、ついに試験に合格し、中国科学院大学物理学研究所に入学して物性物理学を学びました。

大学院入試を3回受験した経験は、薛其坤さんに自分自身をより深く見つめさせるきっかけとなった。彼は自分がそれほど頭が良いわけではないことに気づき、一時的な成功はむしろ懸命な努力と挫折に耐える粘り強さによるものだと悟った。 「勉強であれ、科学研究であれ、長期にわたる堅実で実践的な取り組みと、研究のあらゆる段階で最善を尽くすことが必要です。勉強は人間になるようなものです。偽ったり妥協したりせず、あらゆる道を着実に進んでいかなければなりません。」薛其坤は早い段階でこの真実を理解しました。

博士課程在学中、指導教官の陸華氏の推薦により、薛其坤さんは日中合同研修の機会を得て、日本の東北大学金属材料研究所に留学しました。これは日本最古の大学付属研究所であり、物理学を学ぶ学生にとっては夢の場所です。しかし、飛行機が着陸するとすぐに困難が起こりました。最大の問題は言語の壁です。薛其坤さんは日本語が話せず、新人だったため、全くペースについていけなかった。彼は研究室での上司の指示を理解できなかった。他の人が実験をしているとき、彼はただぼんやりと見ているしかなかった。彼はいつも他の人より一歩遅れていて、そのことで上司からよく批判されていました。

指導者の桜井俊夫氏は、厳格さと厳しさで知られています。桜井俊夫氏はチームメンバーに週 6 日勤務し、午前 7 時に研究室に来て、午後 11 時までに帰らないことを義務付けているため、彼の研究室は「セブンイレブン研究室」として知られています。薛其坤さんが初めて日本に来た時の記憶は、毎日食べること、寝ること、そして科学研究をすることの3つをしていたという。眠すぎてトイレに座りながら寝てしまうこともあります。

かつて、薛其坤は師匠から3日間かけて何万本ものネジを種類ごとにきちんと並べるように言われました。最初、薛其坤はそれを受け入れることができず、「これは自分に対する侮辱だ」と感じたが、落ち着いてから、これはまさに指導者が卓越性を追求する姿勢を和らげるための方法であり、科学に最も必要な姿勢であることを理解した。

それ以来、薛其坤は毎日最初に研究室に到着し、最後に研究室を出るようになった。だんだんと講師の言うことを理解できるようになり、実験装置も操作できるようになりました。実験は単純な繰り返しのように見えるかもしれませんが、実際にはすべてのステップが変化し、予期しない出来事、驚き、利益が生まれます。 「多くの学習、蓄積、実践を通じてのみ、より優れた科学的直感を得ることができる。」 「強固な要塞を築き、愚かな戦いを戦う」という一見愚かな方法により、薛其坤は気づかないうちにチーム内で最も進歩し、最も急速に成長する生徒の一人となった。最終的に世界トップクラスの学術誌に論文が掲載され、彼の科学研究成果は桜井俊風研究室の約30年で最も画期的な科学研究成果となった。

薛其坤は海外にいたにもかかわらず、常に中国の物理学分野の発展に注目し、日本で学んだ高度な知識を中国に持ち帰ろうと決意していた。 1999年、中国科学院「百人計画」に選出される。彼は「7-11実験室」で8年間働いた後、日本での有利な条件を断固として放棄し、中国に戻り、中国科学院表面物理国家重点実験室の所長に採用された。 2005年、薛其坤は清華大学物理学部に入学し、同年、史上最年少で中国科学院の院士に選出された。

薛其坤さんは成功を収めた後も日本で仕事と休息のスケジュールを守り続けており、もう20年以上が経ちました。彼が生徒に求める学業上の要求は、しっかりとした基礎訓練から始まり、日本の指導者が彼に対して求めるものと同じくらい厳しい。 「レポートを書くときは句読点の間違いも指摘します。計器を操作するときは、時計回りでも反時計回りでも、目を閉じて正しく操作できなければなりません。」薛其坤は微笑んだ。 「欠点を見つける」目的は当然罰することではありません。「科学研究はいい加減であってはならないからです。日常生活で極めて厳格になることによってのみ、優れた科学研究スタイルを養うことができるのです。」

▲薛其坤が教える

一生懸命働くことは井戸を掘るようなものだ

世界的な競争に直面して、より多くの優れた才能を持つ者が競争で主導権を握り、将来を勝ち取ることができるでしょう。これは業界にも国にも当てはまります。薛其坤は常に人材育成を科学の長期的な発展のための重要な任務とみなしてきました。 2020年11月、彼は南方科技大学（以下、「SUSTech」という）の学長に就任し、科学者から大学長への役割転換を完了した。

中国の高等教育改革と発展の文脈において確立された高い出発点と高い位置付けを持つ新しいタイプの公立研究大学として、SUSTechは「中国の高等教育改革の実験場」として知られています。薛其坤は、科学研究モデルと人材育成モデルを調整し、一連の改革措置を打ち出すために精力的に取り組んできました。 「SUSTech 2035の質問」を提案する。 SUSTechの「3大発展戦略」の策定「専門＋一般教育」、「大学＋学部」、「科学教育＋産学連携」の研修メカニズムの構築など。

科学と工学に強みを持つ革新的な大学として、薛其坤氏が率いる華南理工大学は、0から1への独創的なイノベーションを奨励するために全力を尽くしています。薛其坤氏は、基礎研究を行うことは基礎を築くことと同じであると述べました。華やかさや明るさはありませんが、建物全体の安定性と直立性を支えています。基礎研究の最大の特徴は不確実性です。画期的な成果を達成するには長期的な投資が必要であり、「いつ達成されるかは誰にも分からない」。そのため、薛其坤は、科学研究は単純に結果に基づいて評価されるべきではなく、評価は積を数えるような量で測られる俗な「物差し」になってはならないと具体的に提唱した。

華南理工大学は、評価メカニズムをさらに改善し、良好な科学研究環境を醸成し、若者が基礎科学研究に専念し、長期的な科学研究探究を行えるようにするために、比較的柔軟な長期準雇用制度を採用し、若い教員を独立した研究室にマッチングさせ、他の経験豊富な教員と同じ大学院の資源と科学研究資金を提供し、独立した科学研究を行う舞台を提供し、多くの優秀な若い学者を引き付けています。

曾国藩はかつてこう言った。「一生懸命働くことは井戸を掘るようなものだ。いくつもの井戸を掘っても泉にたどり着かないより、一つの井戸にこだわって泉にたどり着くまで一生懸命努力し、それを尽きることなく使うべきだ！」薛其坤氏は、科学研究を行うことを、水を得るために井戸を掘ることと似ていると考えている。表面の柔らかい土を掘り起こすと、その下には硬い岩の層がある場合があります。今こそ人々を試す重要な瞬間です。さまざまな道具や方法の使い方を学び、掘り続けなければ、甘い湧き水が湧き出ることはない。困難に直面したときには、場所を変えないように注意してください。ちょっと試しただけでやめないでください。結果は毎日、毎年同じものになるでしょう。たとえ丘のあちこちを掘ったとしても、結局は山のそばの泉を羨むだけで、飲む水はなく、成功することは難しいでしょう。

薛其坤は、決して簡単に諦めない、とても勇敢で決意のある井戸掘り人です。彼は、あらゆる「浮き沈み」も人生において欠かせない経験だと考えている。何かを特定し、それに固執し、毎日進歩し続ける限り、必ずより大きな成果を積み重ね、最終的には目標を達成できるでしょう。

「科学的な発見は偶然の産物かもしれないが、その裏には数え切れないほどの必然的な努力がある。より多くの若者が科学研究の面白さを味わい、やりがいのある科学研究に携わってほしい。」薛其坤は若い世代への期待に満ちている。中国中央テレビのインタビュー番組で、習主席は「10億人を超える国民一人ひとりが卓越性を追求するために一生懸命努力すれば、中華民族の偉大な復興もそう遠くない」と抱負を語った。