“天才少年”曹原再次连发两篇Nature,都讲了什

5月6日,24岁少年天才曹原又实现《Nature》两连发,这已经是他第二次双发《Nature》。说起曹原这个名字,国内凝聚态物理学界几乎无人不晓。2018年《Nature》赠与他石墨烯驾驭者称号,一些报道还称其为“中国潜在最年轻的诺贝尔奖获得者”。本文来自微信公众号:新智元(ID:AI_era),作者:新智元编辑部,头图来自Nature

时隔两年,魔角石墨烯再现重大进展!

当地时间5月6日,因发现魔角石墨烯超导态而荣获《Nature》“2018年度科学人物”榜首、麻省理工Pablo Jarillo-Herrero课题组成员曹原,再次连发两篇Nature,讲述了团队在魔角石墨烯取得的一系列新进展。

其中一篇Nature,曹原是第一作者兼共同通讯作者;另一篇Nature,曹原为共同第一作者。

曹原何许人也?这个少年天才的履历着实让人艳羡。

别人的24岁:少年天才,石墨烯驾驭者

你的24岁在干啥?打dota?思考人生?

毕业于中科大少年班的尖子生,麻省理工博士生曹原的24岁是真·别人家的24岁:

1996年出生于四川成都,花三年的时间读完了别人6~7年的课程;

2010年,高中一年级就以理科总分669分的优异成绩,考入中科大少年班;

2016年考入MIT电气工程学博士,目前是在读博士的第四年,在 Prof. Pablo Jarillo-Herrero的团队中从事二维材料的研究。

他的本科校友李松松告诉新智元,曹原大三大四分别考了两次GRE Sub、一次物理、一次化学,成绩基本都接近满分。扎实的基础知识为日后的科研实力奠定了基础。

大一下学期的时候上张祖德《有机化学》,张祖德直夸曹原聪明好学,考试成绩也是遥遥领先。

对于优异的成绩,他自己不会多说,他的本科老师丁泽军教授,人称“丁老怪”,还会时不时炫耀一下他。

一个小轶事是,上日语课的时候,他面前放着一本日语书,很少打开,也不写笔记,只专注听讲,用李松松的话说,“应该是把老师上课讲的直接印在脑海里吧。”

更多李松松的回忆:https://www.zhihu.com/question/268269252/answer/336931198

生活中,他也是很有趣的人,

曹原的主页上,用三种语言写着,我是曹原,欢迎来到我的主页!

(ようこそ! ここは私のホームページです。)

学术之外,他喜欢仰望星空,还爱好摄影。小到原子,大到宇宙星空,都是真纯至美之物。

曹原主页

2014年,曹原荣获中国科技大学本科生最高荣誉郭沫若奖学金。同年,曹原加入了Pablo Jarillo-Herrero在麻省理工学院的团队,该团队当时已经开始进行将碳片层堆叠和旋转至不同角度的尝试。

2018年3月5日,《Nature》连发两篇以曹原为第一作者的重磅石墨烯论文,曹原发现当两层平行石墨烯堆成约1.1°的微妙角度,就会产生神奇的超导效应,超导转变温度最高为1.7K。

当时22岁的曹原一战成名!

当时《Nature》迅速以背靠背形式刊登了关于转角石墨烯的重大成果,文章还配以第三篇文章作为评述,足见这一发现的非凡意义。国内外学术界为之震动,开辟了凝聚态物理的新领域。

2018年曹原《Nature》两连发

“他的名字在国内凝聚态物理学界无人不晓。”曹原本科时候的指导老师,科大物理学家曾长淦表示。

专业人士评论称,曹原2018年的工作足以给石墨烯续命20年,体现了石墨烯真正的价值。

同年,曹原入选《Nature》杂志“2018年度科学人物”,并位列榜单之首!同时上榜的还有当年的“反派人物”基因编辑婴儿缔造者贺建奎。为此,学霸曹原还荣获了一个生动的名字,叫做“石墨烯驾驭者”(Graphene Wrangler),听起来竟然有种驾驭宇宙魔方的感觉。

“魔角石墨烯”现身,一个物理世界的隐秘通道被打开了

让曹原荣誉加身的石墨烯,真是让人着迷的一种物质!

单层碳原子的石墨烯,比钢都强200倍!作为一种双极电特性的零带隙半金属,石墨烯具有高杨氏模量、高导热率和非常大的比表面积(2630 m2/g)。

石墨烯甚至具备让人惊讶的光学性能,具有高透明度(可见光光谱中的97.7 %透射率)和优异的电学性能,具有高电导率。成为光子和光电电路、自旋电子学、能量储存和转换、轻薄柔性的显示屏、各种生物医学设备、以及石墨烯基智能材料的重要原料。

例如这种柔性屏幕就是石墨烯的功劳。

而双层石墨烯的特性更让人着迷!曹原他们只不过将其中一层轻轻地转动1°左右,石墨烯就性情大变:只需通过门电压调控载流子浓度,就成功实现了能带半满填充状态下的绝缘体;之后在1.7 K的温度下,双层石墨烯又变成了超导材料。

这一下子触及到了科学界的盲区,物理世界一个隐蔽的密室通道被偶然打开了!《物理学世界》杂志将魔角双层石墨烯中超导态的发现评选为“2018年度物理突破”冠军。

如果双层石墨烯可以实现在高于绝对零度的温度下进入超导态,那么对它的研究就有希望找出接近室温的超导体,因而这也被认为是物理学的“圣杯”,甚至理论家们由此提出一些全新的、大胆的预言。

本次新论文虽然不是全新的发现,但其重要程度依旧不容小觑。

论文中,作者提出了基于小角度扭曲双层—双层石墨烯(TBBG)高度可调的相关系统,由两片旋转的Bernal堆叠双层石墨烯组成。该系统呈现丰富相图,具有可调谐相关绝缘体态,对扭转角和电位移场的应用都高度敏感。

作者通过实验,证明了在扭曲范德华异质结构中,实现可调与电子关联的实验研究的可能性。

这种新颖的扭曲角的自由度和控制在其他二维系统中,也应该是通用的,也可能会表现出类似的相关物理行为,让调谐和控制的电子—电子相互作用的强度的技术成为可能。

论文:https://www.nature.com/articles/s41586-020-2260-6

论文二中,作者对扭曲角的分布信息做了进一步探讨,解释了Twisted angle disorder对量子霍尔效应(QHE)的影响。

魔角扭曲双层石墨烯(MATBG)超导性能关键取决于中间层扭曲角(θ)的大小。作者使用纳米级针尖扫描超导量子干涉装置(SQUID-on-tip),获得处于量子霍尔态的朗道能级的断层图像,并绘制了局部θ变化图。

论文确立了θ紊乱作为一种非常规类型的紊乱的重要性,使扭曲角梯度能够用于“带结构”工程,实现相关现象和器件应用中的栅极可调内置平面电场。

论文:https://www.nature.com/articles/s41586-020-2255-3

哪里是后浪,明明就是海啸!

自称曹原“师姐”的网友称赞了曹原在读本科时实力就碾压95%的同龄人,后生可畏!

甚至有网友献上了亲笔作文,称曹原为“出现在高中作文素材里的人”。

“心里有火,眼里有光”,这才是真正的后浪!

还有许多网友羡慕他天资过人,看了他的论文后纷纷表示不懂,再次证明自己是一个废柴。给大佬跪了!

看似曹原的人生一路开挂,可是他背后付出的时间和努力也是非常人所能及。世人看到他,14岁读大学,20岁攻读MIT博士,22岁发现了石墨烯中的非常规超导电性,震惊世界的石墨烯传导试验取得成功。但每一次实验背后的良苦用心,又了解多少?期待曹原未来前途无量!

参考链接:

https://zh.wikipedia.org/wiki/%E6%9B%B9%E5%8E%9F

http://stdaily.com/index/kejixinwen/2018-12/22/content_741760.shtml

https://www.sohu.com/a/393582823_260616

https://www.zhihu.com/question/306192676

http://www.xincailiao.com/news/news_detail.aspx?id=569495

https://www.zhihu.com/question/268269252

部分内容已获知乎作者李松松授权,回答链接

https://www.zhihu.com/question/268269252/answer/336931198

本文来自微信公众号:新智元(ID:AI_era),作者:新智元编辑部

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