1946年，徐光宪和高小霞都考取“自费公派”留学美国的名额。所谓“自费公派”是指可用180美元购买1800美元的官价外汇。他从亲戚家借来的10两黄金（当时相当于350美元），仅够支付一个人的留学费用和一张三等舱船票，最终成行的只有徐光宪一人。

 

    在圣路易城华盛顿大学化工系研究院攻读半年后，徐光宪考入哥伦比亚大学化学系，主修量子化学，并获“校聘助教”奖学金。

 

    在这里，他仍然每年都考第一名，仅两年零八个月，就获得了博士学位，并先后当选美国PhiLamdaUpsilon荣誉化学会会员和SigmaXi荣誉科学会会员，迎来学术生涯的第一个高峰。毕业后，他可以留校做讲师，也可以到芝加哥大学做博士后。这些都是连美国人也十分艳羡的荣誉和机会。这期间，妻子高小霞也来到美国纽约大学半工半读。

 

1949年，徐光宪欣喜地得知中华人民共和国成立的消息。一些进步的中国留学生们组织假借同学结婚的名义，租借国际学生公寓的室内篮球场，举行了庆祝中华人民共和国成立大会，有七八十人出席。

 

    “如果没有抗美援朝，或许我还会在美国多待一段时间。”1950年6月，朝鲜战争爆发。不久后，钱学森回国受到阻挠，美国总统已提出法案，不许中国留美学生回国，让他们全体加入美籍。这使徐光宪感到：“再不回去，也许就要一直住在别人的国家里了。”

 

    当时，高小霞尚未取得博士学位，但夫妻俩商量：“科学没有国界，但科学家有自己的祖国。”于是，高小霞断然放弃学位。

 

    1951年4月15日，徐光宪夫妇以华侨探亲的名义获得签证，登上了“戈登将军号”邮轮。这是后来“禁止中国留美学生归国”法案正式生效前，驶往中国的倒数第三艘邮轮。

 

 

    1951年，北京大学红楼前的老槐树郁郁葱葱。

 

    经在哥伦比亚大学的好友唐敖庆（后任吉林大学校长，有“中国量子化学之父”之称）介绍，徐光宪夫妇双双到北大化学系执教，一教就是半多个世纪。“那时，人心很团结，能在工作中体会到共同的乐趣。”尽管国内的科研条件与美国相比可谓天壤之别，但大家的工作热情很高。

 

    徐光宪开授《物理化学》、《核物理导论》等课程，培养了新中国第一批放射化学人才；他所编写的《物质结构》一书，曾获国家优秀教材特等奖，在长达四分之一世纪的时间里是该课程全国唯一的统编教材，影响了几代人；因国家需要，他多次变更研究方向，先后致力于量子化学、放射化学、配位化学和萃取化学等方面的研究，均取得杰出成就。而他轰动世界的事业巅峰，则与“稀土工业”密不可分。

 

    现代人日常使用的电视机、照相机、手机、计算机中都少不了稀土元素，在军事设备中它更是不可或缺。中国是稀土资源大国，但过去生产技术掌握在国外少数厂商手中，中国长期以来只能向外国出口稀土矿，然后再进口稀土制品。

 

    1972年，北大化学系接到紧急军工任务——分离稀土元素中性质最相近的“孪生兄弟”镨和钕，徐光宪和同事们接下了这项任务。为此，他奉献了整整三十年光阴。他所创立并不断改进的稀土“串级萃取理论”及其工艺，令高纯度稀土产品的生产成本下降了四分之三，使中国生产的单一高纯度稀土产品至今占世界产量的九成以上，每年为国家增收数亿元，国际稀土界纷纷惊呼“ChinaImpact（中国冲击）”。为此，徐光宪被称作“稀土界的袁隆平”。

 

    “做学问，一定会碰到许多困难。但是，我觉得克服困难的过程就是一件快乐的事，甚至超过事后获得任何荣誉的快乐。”谈起学习和科研的秘诀，徐光宪认为，要享受其中。“艺术家常香玉说过一句话，‘戏比天大’，这是一种高度敬业的精神。对我们教师来讲，就是‘上课比天大，科研比天大。’”