影響一個人研究成果的因素有很多：個人的努力、才能、經費，導師和合作者的情況，研究課題的難度，還有運氣。很多因素不是自己能夠控制的。
採訪 | 金莊維
整理 | 金斯基
2019年1月8日，由清華大學教授、 中國科學院院士薛其坤領銜的實驗團隊，因“量子反常霍爾效應的實驗發現”榮獲國家自然科學獎一等獎。此時，距離他們首次在實驗上觀測到量子反常霍爾效應，並將這一成果發表在《科學》（Science）雜誌，已經過去將近6年時間。“賽先生”近期採訪到獲獎團隊成員之一，清華大學的何珂老師，請他談了談自己的研究經歷和心得。
問：您是如何加入這個實驗團隊的？
何珂：我其實基本上一直都在薛其坤老師的團隊裡。我2000年從山東大學物理系畢業之後進入了中國科學院物理所。開始在磁學實驗室，後來被薛其坤老師研究的表面科學所吸引，轉入到他的課題組。2006獲得博士學位之後，我到日本東京大學進行了3年博士後研究。2009年回到物理所工作。那個時候薛老師已經去了清華大學，物理所這邊的團隊由馬旭村老師帶領。但我們始終在一起工作，無論是我們自己，還是外界，基本上都將我們看成是一個團隊。
後來為了做拓撲絕緣體和量子反常霍爾效應這個方向，我們和清華大學的王亞愚老師開始了緊密的合作。王亞愚老師在材料的輸運性質測量方面非常厲害，物理功底很深厚。我們的合作非常緊密，就像一個研究組一樣。到研究的最後階段，我們又和呂力老師一起，利用他們的極低溫測量技術獲得了完美的最終實驗結果。我想這種緊密合作是我們實驗成功的一個關鍵因素。
我個人對拓撲物質態的興趣可能最早來源於文小剛老師的《量子多體理論》。我是2005年博士快畢業的時候偶爾看到這本書。實際上這本書大部分我看不懂，但它的引言和第一章寫得非常精彩，對凝聚態物理的大框架和基本問題給出了一個很清晰的概述，也讓我發現拓撲物質態非常有意思。當然了，其實即使到現在，我們的實驗和小剛老師描述的理論世界還有一定距離。但由於這個影響，後來有機會做拓撲物質態相關的研究的時候，我就會格外熱情。
另外，我在日本做博後期間主要做的研究是結合分子束外延和角分辨光電子能譜研究低維強自旋軌道材料的電子能帶結構。這方面研究需要的知識和技術在很多方面和拓撲絕緣體的研究類似。2009年回國後，拓撲絕緣體領域變得很熱，很多很厲害的理論物理學家，像方忠、戴希、張首晟等老師都建議我們做這個方向。所以我很自然就選擇了這個方向的研究。
問：薛老師和薛老師團隊的研究特色是什麼？
何珂：首先是對研究工作非常熱情。這也是我最欽佩薛老師的地方。年輕時全身心投入研究不是很難，但隨著年齡增長、資歷加深，身上肩負起的責任會越來越多，各種事務性工作也會越來越多，有時難免會對研究有所懈怠，力不從心。但薛老師現在儘管事情非常多，仍然對於學術問題保持著極高的熱情，這是非常不容易的。
我覺得薛老師團隊的研究哲學基本上是一種化繁為簡、再由簡到繁的思路。我們從事的是凝聚態物理研究。凝聚態物理一個最大的特點和問題是什麼？就是複雜性。所謂凝聚態就是相互關聯的多體系統，是牽一髮而動全身的系統。那麼面對這樣一個複雜的系統，我們應該怎麼去理解它、控制它？比如我們面對一個鐘錶，什麼叫真正理解一個鐘錶？我覺得我們不能夠只是看看它，晃晃它聽聽響，而是應該把它拆成一個一個的部件，知道部件之間怎樣連接、互動，然後一點點地把它裝回去。當這個鐘錶再一次正常工作了，我就可以說我真正理解了它。我覺得我們的研究思路就有點像這樣。我們努力把複雜的事情分解成簡單的事情，然後從簡單的事情做起，一點一點再做成複雜的事情。
量子反常霍爾效應的發現就是這樣。我們從最簡單的兩元材料（含兩種元素）開始，然後通過逐步引入新的元素，帶來新的性質，同時保持對樣品的控制。現在我們的量子反常霍爾效應樣品是五元材料（含五種元素），非常複雜，我們還可以將它做成各種各樣更加複雜的異質結構。這樣複雜的材料就是由簡單材料一步一步逐漸組合成的。這有一點像生物進化，通過很多代的遺傳-變異，生物可以達到令人驚歎的複雜結構。我們也是通過每一階段對材料的控制-嘗試，獲得了非常複雜但可控的材料。
我記得當我們剛開始進入拓撲領域時，做得最好的是德國的Laurens Molenkamp，他們做量子自旋霍爾效應樣品就做得就很複雜，包括大概有七八層的量子阱結構，樣品質量還非常高。當時我們很讚歎，這個人太厲害了，這麼複雜的材料能夠掌控得這麼好。幾年後，我們也能做到並控制這樣複雜的結構，還是很得意的。
（圖源：tsinghua.edu.cn）
問：您對青年研究者有哪些建議？
何珂：做學術這行不是太容易，特別是對於青年研究者。從讀博士、做博士後、到tenure-track助理教授，每一步都要求你獲得好的研究成果，否則就有可能走不下去。而影響一個人研究成果的因素有很多：個人的努力、才能、經費，導師和合作者的情況，研究課題的難度，還有運氣。很多因素不是自己能夠控制的。比如研究課題的難度。科學研究往往是容易做的題目不夠重要，真正重要的題目又往往難到做不動，偶爾有重要又不算太難的題目，又會很快被別人搶先做完。像量子反常霍爾效應就是一個很稀有的很重要，但我們又剛好能做得動的題目。所以我們還是非常非常幸運。
所以我給青年研究者的建議是首先要學會在學術界生存下來。要生存的話，就要學會怎麼樣去發文章、發好文章、建立學術界的人脈。所以我覺得對於一個青年科學家來講，追逐熱點沒有什麼問題。熱點方向確實容易發文章，引用也容易高，這有助於在學術界生存下來。
但在已經解決了生存問題，或者已經學會了怎麼在學術界生存的時候，就需要追求些真正重要的東西。我覺得做研究的人也會遇到中年危機。一個人大概40歲以後就會反思他這些年辛辛苦苦在忙活什麼。如果一個人即使發了很多好文章，引用也很高，但仍不是真正重要的研究，他可能會在中年後對自己工作的價值，甚至自己這一生的價值產生懷疑。所以當青年科學家解決生存問題之後，就可以找一些真正重要的題目去做。
問：物理學研究應該面嚮應用嗎？
何珂：做物理的人很有意思的一點是，往往以做的東西沒有用為驕傲，就好像《生活大爆炸》裡做得最沒用的Sheldon是最驕傲的那一個。我想這倒不意味著學物理的人很清高。當我們說一個東西的應用越具體、越明確的時候，也往往意味著它越容易被其他東西替代。如果一個人努力一生做的東西儘管很有用，但幾十年後就被替代了，過時了，那我想這是不會令很多物理學家滿意的。所以物理學家希望做的東西是應用範圍比較廣泛，並且可以持久的東西，而越是這樣的東西，往往就越難描述它的具體應用。
如果一定要說物理學有什麼用，那麼我的回答是物理學主要是用來推動工業革命的。物理系本科生有四門主要的專業課，我們管它叫《四大力學》，就是《經典力學》、《熱力學》、《電動力學》、《量子力學》。可以看到，這就是一部完整的工業革命史。力學和熱力學實際上推動了第一次工業革命的發生，電動力學推動了第二次工業革命的發生，而量子力學就是推動第三次工業革命，也就是信息革命的發生。工業革命的特點是，它需要很長時間的積累，但一旦發生，就會在短時間內對社會面貌造成巨大的變化。所以，在積累階段，物理學看起來似乎沒什麼用處。但如果我們不重視它，就可能無法及時跟上下一次工業革命。
問：那麼您現在的研究是為了什麼樣的工業革命？
何珂：我想這就是很多人最近提到過的“第二次量子革命”。第三次工業革命基本上是由量子力學推動的。人們在認識到物質微觀的量子力學本質的基礎上，發明出了半導體、激光這些很棒的東西，這給我們帶來了信息技術。但量子力學有很多很神奇的地方，像無耗散、非定域、量子疊加、量子糾纏這些真正量子的性質，還遠遠沒有被應用到。最近幾十年的科學發展，已經揭示出應用這些性質的可能性。比如最近很熱的量子信息研究就是這方面的努力之一，但我想這不限於量子信息，應該還有更多的應用前景。我相信當研究到達一個臨界點時，新的一次工業革命就會發生。我們工作的主要任務就是推動它儘早發生，或至少緊緊跟隨它。
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