1999年8月至2007年7月期间，薛其坤担任中科院物理所的研究员、博士生导师、SF04研究组组长；1999年9月，担任中国科学院表面物理国家重点实验室主任。2000年2月，作为访问教授在IBM瑞士苏黎士实验室工作；9月，加入中国共产党。

2004年6月，薛其坤担任国家纳米科学中心首席科学家；同年，入选教育部长江学者奖励计划特聘教授；在美国参加真空年会以及材料学会年会，并做报告。

2005年5月，薛其坤在清华大学物理系担任教授、博士生导师，期间结合分子束外延（MBE）薄膜制备技术、能看到原子的扫描隧道显微镜（STM）以及能够对电子结构进行精确表征的ARPES（角分辨光电子能谱）三种技术，搭建了第一台机器；11月，当选中国科学院院士；同年，参加美国物理学会年会、国际扫描隧道显微镜会议并做报告。

2007年5月，薛其坤担任清华大学原子分子纳米科学教育部重点实验室主任。2008年，担任北京邮电大学电子工程学院院长；同年，产生把MBE技术用于发现全新的界面高温超导体系的新想法，并且开始相关部署。2010年7月，担任清华大学理学院院长、物理系主任。

2011年，薛其坤担任临沂大学凝聚态物理研究所所长；7月，担任清华大学低维量子物理国家重点实验室主任。

2012年，薛其坤带领团队首次在实验上发现量子反常霍尔效应，杨振宁称赞这是诺贝尔奖级的发现。

2013年3月，薛其坤担任清华大学校长助理、科研院院长、理学院院长、物理系主任；5月，担任清华大学党委常委、副校长；7月，担任中共清华大学委员会委员、常委。

2014年至2017年期间，薛其坤与团队一直在研究磁性掺杂拓扑绝缘体的磁性和输运性质的调控，并取得多次突破；2017年12月24日，任北京量子信息科学研究院院长。

2018年，薛其坤与团队实现大幅提高量子反常霍尔效应观测温度，首次实现量子反常霍尔效应多层结构。

2020年2月，薛其坤获得2020年度菲列兹·伦敦奖，他是自1957年该奖设立以来，首个获得这一荣誉的中国科学家，第二个来自亚洲地区的科学家；11月，担任南方科技大学党委副书记、校长。

2023年11月28日，薛其坤担任粤港澳大湾区量子科学创新联盟首届理事长。

薛其坤的研究工作主要涉及利用扫描隧道显微镜、高/低能电子衍射、光学探针以及各种表面分析手段研究各种金属、半导体表面晶体结构/化学性质、异/同质结薄膜外延和低维纳米结构的生长动力学和控制。在微电子工业上具有广泛用途的化合物半导体GaAs和GaN生长表面的两维晶体结构、光学性质以及相关异质结外延中应力释放问题、InAs/GaAs量子点的形成机理和稳定性、纳米团簇的生长、C60/C84/C70在半导体上的薄膜生长等研究中做过比较系统的工作。

薛其坤的主要研究方向为扫描隧道显微学、表面物理、自旋电子学、拓扑绝缘量子态和高温超导电性等。长期从事超薄膜材料的制备、表征及其物理性能研究。开展了第二代半导体薄膜GaAs、InAs/GaAs量子阱（点）、宽禁带半导体GaN和ZnO薄膜生长动力学研究,发展完善了III-V族化合物半导体表面再构的基本规律开展了半导体Si衬底上金属超薄膜量子尺寸效应的研究，定量建立了金属薄膜体系量子效应和材料性能间内在联系，发现了薄膜热膨胀系数、功函数、超导转变温度等的量子振荡现象开展了有序纳米结构的自组织生长研究，发明了若干原子尺度精确控制生长技术，解决了异质外延生长纳米有序结构的难题。研制了几套低温生长及原子尺度原位检测装置。

拓扑绝缘体样品制备方法

2008年起，薛其坤团队利用分子束外延生长—低温强磁场扫描隧道显微镜—角分辨光电子能谱相结合的技术手段，开展对拓扑绝缘体的研究。他们首次建立了Bi2Te3家族拓扑绝缘体的分子束外延生长动力学，发展出严格控制材料组分的三温度法，生长出国际上质量最高的拓扑绝缘体样品，该方法后来成为国际上通用的拓扑绝缘体样品制备方法。

量子反常霍尔效应

2012年，薛其坤带领团队利用特殊材料磁性拓扑绝缘体薄膜首次在实验上发现量子反常霍尔效应。这是中国科学家从实验上独立观测到的一个重要物理现象，也是世界基础研究领域的一项重要科学发现。该成果于北京时间2013年3月15日凌晨（美国东部时间3月14日下午）在《科学》杂志在线发表。

2018年，薛其坤与团队实现大幅提高量子反常霍尔效应观测温度，首次实现量子反常霍尔效应多层结构。

界面增强高温超导电性

2012年，薛其坤和团队首次发现了界面增强的高温超导电性，这是1986年铜氧化物高温超导体被发现以来，常压下超导转变温度最高的超导体，同时也为探究高温超导机理开辟了全新途径。

约瑟夫森结制备方法

2021年，张定、薛其坤带领研究团队成功制备出超薄的具有原子级平整界面的高质量约瑟夫森结，并且能将两边超导层的相对转角进行精确地控制。

低维量子物质非平衡态物理性质原位综合实验研究平台的研制

2022年9月，薛其坤主持的国家重大科研仪器研制项目（部门推荐）“低维量子物质非平衡态物理性质原位综合实验研究平台的研制”结题验收会在北京召开。项目组完成了由低温强磁场原位输运测量系统、低温原位局域电势测量系统、低温原位微波阻抗显微镜、时间分辨角分辨光电子谱、微区角分辨光电子能谱仪和真空互联组成的实验研究平台的研制和建设。对推动清华大学物理系实验研究工作具有重要作用。

截至2016年，薛其坤发表SCI论文330余篇，包括5篇Science，7篇Nature子刊，2篇PNAS，31篇Physical Review Letters，被引用超过6100余次。

截至2016年，薛其坤在物理学和相关领域较有影响的国际会议如美国物理学会年会、美国材料学会年会、美国真空学会年会、扫描隧道显微学大会、分子束外延大会等做过30余个邀请报告。在国际会议上应邀做大会/主题/特邀报告100余次，其中四次在美国物理学会年会做邀请报告。

薛其坤认为养拔尖创新人才要抓住五个关键点：一是培养学生的学术志趣；二是帮助学生发现和甄别好的科学问题；三是帮学生打好科学研究工具、利器这把“金刚钻”；四是鼓励学生敢于质疑、敢于挑战权威；五是对学生加强理想信念教育，引导他们强化科技报国的时代担当与家国情怀。

2003年，薛其坤指导的博士生厉建龙（现任职于北京大学化学与分子工程学院）的毕业论文被评为全国优秀博士学位论文。2007年，指导的博士生张艳锋（现任职于北京大学工学院材料科学与工程系）的毕业论文《Si（111）衬底上Pb薄膜的低温生长、电子结构和量子效应研究》被评为全国优秀博士学位论文。

2013年，薛其坤的学生常翠祖到美国麻省理工学院从事博士后研究，现在美国宾夕法尼亚州立大学物理学院任助理教授，并在2018年获得美国斯隆研究奖；张金松和冯硝毕业后赴美国斯坦福大学进行博士后研究，现在分别在清华大学物理系和清华大学-北京市未来芯片技术高精尖创新中心工作。

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截至2024年，薛其坤获国家最高科学技术奖、国家自然科学二等奖、北京市科学技术一等奖和中国青年科技奖等奖项。

2023年11月，薛其坤在北京展览馆参加“好客山东，好品山东”2023北京推介活动，结合自己的专业领域、工作经历，推介山东文化。

薛其坤的母亲孙云花；妹妹薛爱香。

薛其坤的堂弟薛先生比他小八岁，因为读书时薛其坤在读博，二人接触较多，经常写信、发短信、打电话，现在每年也会见一次面。

1984年，薛其坤经历三次考研，终于考进中科院物理所。毕业时，因为没有找到理想的工作，只好继续跟着导师读博士。别人的博士读5年，一般最多6年就可以毕业了，他却读了7年。读博期间，他被导师送到日本东北大学进修，可是让薛其坤始料未及的是，这恰恰是“噩梦”的开始。在日本的导师要求他们：一周工作6天，不管刮风下雨，都要准时到达实验室。

薛其坤在清华大学有一个比“院士”还要响亮的名号——“7-11”。早上7点扎进实验室，一直干到晚上11点。这样的作息时间，薛其坤坚持了20年。“7-11”源自日本留学时的“魔鬼训练”。1992年6月，薛其坤来到日本东北大学金属材料研究所学习。他的导师樱井利夫要求，工作日必须早上7点到实验室，晚上11点离开。起初，语言的不通、严苛的作息，让薛其坤感觉孤单，跟家人通电话，几乎要落泪。后来他不仅把“7-11”复制到周末，还把这个习惯带回了清华大学物理系。

薛其坤长期从事超薄膜材料的制备、表征及其物理性能研究。2013年，薛其坤带领其研究团队，在量子反常霍尔效应研究中取得重大突破，从实验上首次观测到量子反常霍尔效应。该成果在美国《科学》杂志发表后，引起国际学术界的震动，著名物理学家杨振宁称其为“诺贝尔奖级的物理学论文”。其成果将推动新一代低能耗晶体管和电子学器件的发展，可能加速推进信息技术革命进程。（清华大学 评）

薛其坤是凝聚态物理领域著名科学家，取得多项引领性的重要科学突破。他率领团队首次实验观测到量子反常霍尔效应，在国际上产生重大学术影响；在异质结体系中发现界面增强的高温超导电性，开启了国际高温超导领域的全新研究方向。（新华社 评）

薛其坤，这是一个无论在国内还是国际科学界，都叫得响亮的名字。（央视新闻 评）

薛其坤身上，一种很典型的气质是理性。搞科研，他秉持这种理性一步步逼近真理，实现对科学“极致”的追求。除了创新的理性之外，身为清华大学副校长的他，还兼具育人的理性。他懂得给予青年人科研发展的自由之路以充分的尊重和鼓励。（清华大学 评）