如果說當代科學家裡最勵志的應該要屬薛其坤了，從一個放牛娃，到如今世界著名的大物理學家，薛其坤用自己的努力書寫了人生的傳奇。
出身寒門，2次考研失敗
1963年，薛其坤出生在山東省沂蒙山區的一個小村莊，家裡兄弟姐妹比較多。讀小學、中學時，農村條件還相對落後，父母為了生機起早貪黑，而薛其坤從小就幫父母放牛。薛其坤也因為自己的童年經常自稱自己為來自“沂蒙山區的放牛娃“。
在那個年代，尤其是在農村裡，薛其坤的父母雖然並沒有嚴格督促薛其坤學習，但是也沒有讓他放棄學業。
1977年薛其坤考入了蒙陰縣第一中學 ，那個時候恢復高考的消息傳來，薛其坤的中學老師對全班同學說了一句：“同學們，高考恢復了，好好學習就有希望考上大學，接受高等教育。”
薛其坤也大受鼓舞，定下理想——走出大山，讀大學。不過薛其坤一開始並沒有想要做一名物理學家，他因為物理成績考得好，所以老師給薛其坤推薦了幾個系，薛其坤就直接照著填，其中就包括山東大學光學系。
後來薛其坤被山東大學光學系錄取，薛其坤就糊里糊塗地上了大學，他當時都不知道這個專業是學什麼的，以後從事什麼工作。
在山東大學第二年，薛其坤看到學校的報欄上貼著一些招生宣傳資料，心裡覺著“研究生”這個詞很神聖。薛其坤心想說不定當了研究生也許就能做研究人員、做科學家。所以薛其坤就開始準備考研。
1984年大學畢業以後，薛其坤第一次考研失敗，高等數學只考了39分，他被分配到曲阜師範大學物理系教書。1986年再次考研，再次失敗，大學物理只得了39分。
連續兩次落榜，對他的心理打擊非常大，周圍人也勸他別固執，認為他不是一塊讀書的料，薛其坤卻並沒有躊躇和猶豫，還是選擇繼續考研，終於在1987年考入了中國科學院大學物理研究所凝聚態物理專業，進行研究生學習。
在讀研期間，薛其坤還是沒有拿出亮眼的成績，碩士加博士，從87年一直到94年，薛其坤整整讀了7年才畢業。一般讀研都是五年、六年畢業，美國是六年到七年。薛其坤讀了7年才畢業，真的堪稱實實在在的“學渣”。
努力鑽研，41歲就成院士
1992年，薛其坤作為中日聯合培養學生，來到日本東北大學金屬材料研究所學習，櫻井利夫治學以嚴格著稱。這位導師要求薛其坤一週工作 6 天，7 點來實驗室，11 點之前不許離開。不管颳風下雨，必須準時到達。
薛其坤在日本還要忍受不懂日語的精神折磨。由於聽不懂導師的指令，他經常受到導師嚴厲批評。導致導師和同學們一起做實驗時，他不敢碰儀器，只在一邊怔怔地看。
語言不通，沒有朋友，家人隔海，一切好像要從頭再來，這一切的一切都在折磨著薛其坤。
想念家人孩子的薛其坤將所有精力都傾注在了科研身上，薛其坤憑藉紮實功底和超常付出，他取得了一個科研上的重要突破——是7-11實驗室三十年來最大成果。
1996年，薛其坤被邀請在物理學規模最大的美國物理學會年會上做報告，但是糟糕的英語口語讓他面臨挑戰而不知所措。為了保證萬無一失，他把要講的每個英語單詞、每句話寫下來，模擬練習了80多遍。不但糾正了發音，還把演講進度控制在秒上，連每個單詞做什麼手勢，他都練習到位。
你的基礎不一定很紮實，你同班同學可能比你在這個方向上更優秀，每個人都有自己的短處，希望你用我練80多遍英語的體驗和經驗補齊短板，不斷補齊自己的短板，一定會把自己的工作做好。
而1999年，他入選中科院“百人計劃”，在祖國需要的時候，滿腔熱忱地回到中國工作，在中國科學院物理所工作，擔任研究員、博士生導師，2004年，他負責參與的項目《原子尺度的薄膜/納米結構生長動力學：理論和實驗》獲得了國家自然科學獎二等獎。
2005年，年僅41歲的薛其坤就當選了中科院院士。中國最年輕的院士是盧柯，37歲，2019年增選的院士，最年輕的是42歲。這樣，你就能明白41歲當選中科院院士是多高的成就了。
50歲攻克百年物理難題
薛其坤最偉大的成就是發現了量子反常霍爾效應，這是改革開放以來中國第一次在實驗室中發現的諾獎級成就。
1879 年，美國物理學家霍爾在研究金屬的導電機制時發現，當電流垂直於外磁場通過半導體時，載流子發生偏轉，垂直於電流和磁場的方向會產生一附加電場，從而在半導體的兩端產生電勢差，這一現象就是霍爾效應，這個電勢差也被稱為霍爾電勢差。霍爾效應使用左手定則判斷。
簡單來說，霍爾效應它定義了磁場和感應電壓之間的關係。當電流通過一個位於磁場中的導體的時候，磁場會對導體中的電子產生一個橫向的作用力，從而在導體的兩端產生電壓差。
霍爾效應的應用面十分廣泛，這類器件根據其特點配合感應靈敏度較高的半導體器件,製成霍爾傳感器、各類磁環及開關電路等器件,被廣泛應用於精密測磁、自動化控制、通信、計算機、航空航天等工業部門和國防領域。在當今社會發展中有著至關重要的作用。
霍爾效應示意圖，作者Peo
按經典霍爾效應理論，霍爾電阻RH (RH=U/I=K. B/d= B/nqd) 應隨B連續變化並隨著n (載流子濃度)的增大而減小，但是到了 1980 年，著名物理學家馮·克里津從金屬-氧化物-半導體場效應晶體管(MOSFET)發現了一種新的量子霍爾效應。他在硅MOSFET管上加兩個電極，再把這個硅MOSFET管放到強磁場和極低溫下，發現霍耳電阻隨柵壓變化的曲線上出現了一系列平臺，與這些平臺相應的霍爾電阻Rh=h/(ne2)，其中n是正整數1，2，3……。也就是說，這些平臺是精確給定的，是不以材料、器件尺寸的變化而轉移的。它們只是由基本物理常數h(普朗克常數)和e(電子電荷)來確定。
馮·克里津的發現被稱為整數量子霍爾效應，馮·克里津由此獲得1985年諾貝爾物理學獎。
後來科學家還發現了分數量子霍爾效應。
當時，物理學者認為除了夸克一類的粒子之外，宇宙中的基本粒子所帶的電荷皆為一個電子所帶的電荷-e（e=1.6×10-19庫倫）的整數倍。而夸克依其類別可帶有±1e/3或±2e/3電荷。夸克在一般狀況下，只能存在於原子核中，它們不像電子可以自由流動。所以物理學者並不期待在普通凝體系統中，可以看到如夸克般帶有分數電子電荷的粒子或激發態。
但是在1982年，華人科學家崔琦和史特莫在二維電子系統中現了分數化的霍爾電阻平臺。一開始是發現了⅓和⅔兩個平臺。之後他們製造出了更純的樣品, 擁有更低的溫度, 更強的磁場. 85mK 和 280kG, 這是人類第一次在實驗室中實現如此低的溫度和如此強的磁場(地磁場是 mG 的量級). 這樣的實驗技術令人歎為觀止，他們也因此觀察到了更加豐富的結構。
量子霍爾效應示意圖，來源：中國科普博覽
而崔琦和史特莫因為發現了分數量子霍爾效應獲得了 1998 年諾貝爾獎。2005年，英國科學家安德烈·海姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫。他們倆在2005年發現了石墨烯中的半整數量子霍爾效應，斬獲2010年的諾貝爾物理學獎。
不過因為霍爾效應實現量子化，有著兩個極端苛刻的前提條件：一是需要十幾萬高斯的強磁場，而地球的磁場強度才不過0.5高斯；二是需要接近於絕對零度的溫度。
在此背景下，科學家們又提出了一個設想：普通狀態下的霍爾現象會出現反常，那麼，量子化的霍爾現象是否也能出現反常？如果有，不是就可以解決外加高磁場的先決條件了嗎？
也就是說量子反常霍爾效應它不依賴於強磁場而由材料本身的自發磁化產生。在零磁場中就可以實現量子霍爾態，更容易應用到人們日常所需的電子器件中。自1988年開始，就不斷有理論物理學家提出各種方案，然而在實驗上沒有取得任何進展。
我們可以用一個簡單的比喻，來說明量子霍爾效應和量子反常霍爾效應之間的關係，我們使用計算機的時候，會遇到計算機發熱、能量損耗、速度變慢等問題。這是因為常態下芯片中的電子運動沒有特定的軌道、相互碰撞從而發生能量損耗。而量子霍爾效應則可以對電子的運動制定一個規則，讓它們在各自的跑道上“一往無前”地前進。
然而，量子霍爾效應的產生需要非常強的磁場，“相當於外加10個計算機大的磁鐵，這不但體積龐大，而且價格昂貴，不適合個人電腦和便攜式計算機。”而量子反常霍爾效應的美妙之處是不需要任何外加磁場，在零磁場中就可以實現量子霍爾態，更容易應用到人們日常所需的電子器件中。
這項全新突破也被視作“有可能是量子霍爾效應家族的最後一個重要成員”。然而
正是因為多年以來科學家都沒有發現量子反常霍爾效應，所以量子反常霍爾現象也被稱為物理學研究皇冠上的明珠。2006年, 美國斯坦福大學張首晟教授領導的理論組成功地預言了二維拓撲絕緣體中的量子自旋霍爾效應，並於2008年指出了在磁性摻雜的拓撲絕緣體中實現量子反常霍爾效應的新方向。2010年，我國理論物理學家方忠、戴希等與張首晟教授合作，提出磁性摻雜的三維拓撲絕緣體有可能是實現量子化反常霍爾效應的最佳體系。這個方案引起了國際學術界的廣泛關注。
德國、美國、日本等有多個世界一流的研究組沿著這個思路在實驗上尋找量子反常霍爾效應，但量子反常霍爾效應實現非常困難，需要精準的材料設計、製備與調控。儘管多年來各國科學家提出幾種不同的實現途徑，但所需的材料和結構非常難以製備，因此在實驗上進展緩慢。
從2009 年，薛其坤團隊經過近5年的研究，薛其坤團隊克服薄膜生長、磁性摻雜、門電壓控制、低溫輸運測量等多道難關，一步步實現了對拓撲絕緣體的電子結構、長程鐵磁序以及能帶拓撲結構的精密調控，，薛其坤團隊付出了常人難以想象的努力。但實驗最終的成功與否，還要看一個標誌性實驗數據——在零磁場中，能否讓磁性拓撲絕緣體材料的霍爾電阻跳變到25813歐姆的量子電阻值。
“要觀察到量子反常霍爾效應，就需要拓撲絕緣體材料既具備磁性又是絕緣體，要做到這一點，以單晶硅為例，這要求在一百萬個硅原子中只能有一個雜質。”用薛其坤的話說，這可以說是一個“自相矛盾”的要求
他們生長測量了1000多個樣品。最終，他們利用分子束外延方法，生長出了高質量的Cr摻雜（Bi，Sb）2Te3拓撲絕緣體磁性薄膜，並在極低溫輸運測量裝置上成功觀測到了量子反常霍爾效應。這是首次在實驗上發現量子反常霍爾效應。
北京時間2013年3月15日，《科學》（Science）雜誌在線發文，宣佈中國科學院薛其坤院士領銜的團隊在實驗上首次發現“量子反常霍爾效應”。
這項被3名匿名評審人給予高度評價的成果，是在美國物理學家霍爾於1880年發現反常霍爾效應133年後，首次實現的反常霍爾效應的量子化，也因此被視作“世界基礎研究領域的一項重要科學發現”。
張首晟教授更是評價道：“量子反常霍爾效應可在未來解決摩爾定律瓶頸問題，它發現或將帶來下一次信息技術革命，我國科學家為國家爭奪了這場信息革命中的戰略制高點。”
因為霍爾效應的相關發現者都斬獲了諾貝爾獎，因此薛其坤也被認為是最有機會獲得諾貝爾獎的中國科學家。
2018，薛其坤獲得了有中國諾貝爾之稱的國家自然科學獎一等獎，是中國自然科學領域的最高獎項，旨在獎勵那些在基礎研究和應用基礎研究領域，闡明自然現象、特徵和規律，作出重大科學貢獻的中國公民。由於該獎項的評選嚴格性，在歷史上多次空缺，比如2010年、2011年和2012年。
而在此之後，薛其坤繼續攀登科學高峰，2016年，他帶領他的團隊首次把分子束外延技術拓展到鐵基超導材料的製備中，解決了材料製備的一個重要難題。在此基礎上，他們還發現一類全新的低維高溫超導體系——單層FeSe薄膜，其超導轉變溫度有超過77K的跡象。
如果最後得到證實，這將是自1986年發現銅酸鹽陶瓷高溫超導材料（1987年諾貝爾物理獎）以後第一個轉變溫度超過77K的高溫超導體系。這將是整個物理學領域的一個重大突破。
從農村的放牛娃，兩次考研失敗，50歲卻攻克百年物理難題，薛其坤用自己的努力書寫了屬於自己的傳奇。
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