天才少年曹原再上熱搜，25歲，3年5篇Nature一作論文

白交 2021-02-04 13:48:05 來源：量子位

邊策?楊凈?發自 凹非寺
量子位 報道 | 公眾號 QbitAI

曹原，知名天才少年，又上熱搜了。

原來是因為又發了Nature。

96年出生的他，此前已有4篇Nature在手，而且都是一作。

甚至在2018年，首度連發兩篇Nature的他，迅速在國際上一戰成名，還登上了當年Nature年度十大人物榜首，被Nature稱作“石墨烯駕馭者”。

于是此番2021新年首發，迅速引爆了全網。

而隨之而來的“石墨烯”研究爭議，也再次在知乎、微博等平臺引發了討論。

為什么曹原的石墨烯能發Nature

石墨烯自2004年被發現以來一直是科研的熱點，也是論文多發地帶。

比如，來自多倫多大學的Lu Wang去年就發表文章，用鳥屎來作為原料之一合成多元素摻雜的石墨烯，調侃石墨烯研究亂象。

為什么有人靠摻雜石墨烯發水刊被調侃，而曹原的石墨烯能連發5篇Nature呢？

曹原本科時期的導師曾長淦教授給出了專業的解釋，他在接受《澎湃新聞》采訪時表示：

曹原的確開創了一個領域，尤其2018年的兩篇論文是“從零到一”的創新，后面的工作是在此之上的推進。

曾長淦教授說的“從零到一”的創新，就是曹原2018年登上Nature的那篇論文。

在文章開頭的圖片中，我們可以看到，兩層像石墨烯像“紗窗”一樣，在錯開角度發生變化時，上面會產生一種變化的花紋，被稱作“莫爾條紋”。

而在微觀層面上，兩層石墨烯錯開一定夾角時，電子之間的相互作用也會發生奇異的變化。

曹原等人在2018年用實驗發現：當低溫下的兩片石墨烯以1.1°堆疊和扭曲時，電阻會突然消失，變成了超導體（被稱作“莫爾超導體”）。

△ 雙層石墨烯超導體中的電子對示意圖（圖片來自普林斯頓大學）

這個1.1°的特殊角度就是所謂的魔角（magic angle），這種特殊的石墨烯就是魔角扭曲雙層石墨烯（MATBG）。

魔角扭曲雙層石墨烯是唯一具有魯棒性的莫爾超導體，也就是可重復性好，還可以通過調節兩層夾角調節其性質，是研究二維物質的絕佳材料。

而曹原剛剛發表的文章，又在當年的實驗基礎上推進了一步：之前是2層，現在是3層，即魔角扭曲三層石墨烯（MATTG）。

不要小看這多加一層的變化，著名物理學獎得主菲利普·W·安德森曾說過：More is Different。

在三層石墨烯中，曹原團隊依然觀測到了超導電性，而且其電子結構和超導性能比雙層石墨烯具有更好的可調性。

零磁場電阻率測量表明，三層石墨烯超導電性的存在，與每個莫爾元胞的兩個載流子產生的對稱性破缺相密切相關。

最最重要的是，曹原團隊發現，因為這個三層系統更好的可調性，使它能夠達到一種超強耦合狀態，即金茲堡-朗道相干長度達到了平均粒子間距離。

三層石墨烯的超導相在部分圍繞對稱性破缺的范霍夫奇點處被抑制和約束，這很難與弱耦合BCS理論相協調。

△ 三層石墨烯在不同電場下的能帶結構

BCS理論是一種解釋超導體物理機制的理論，取得了極大成功，三位物理學家也因此獲得了諾貝爾物理學獎。

但是，從上世紀80年代科學家發現了高溫超導體以后，BCS理論遇到了難題，因為它很難解釋這類強耦合的超導體。

這個問題困擾了物理學界幾十年。

而曹原團體的實驗結果創立了一種可調節的莫雷超導體家族，這些超導體有可能徹底改變我們對強耦合的高溫超導的基本理解。

曹原共同一作兼通訊作者

此次研究團隊是來自MIT的Pablo Jarillo Herrero課題組。

Pablo Jarillo-Herrero，西班牙物理學家，是研究石墨烯的超級大牛。

他于2008年1月加入麻省理工學院，擔任物理學助理教授，并獲得終身職位。在2018年，他被提升為物理學全職教授。

他曾獲IUPAP半導體物理學青年科學家獎、摩爾量子材料研究獎（兩次）、“諾獎風向標”之稱的沃爾夫物理學獎等。前不久，他獲得了NAS（美國科學院）科學發現獎。

此次研究的共同一作是Jeong Min Park和曹原，此外曹原還是共同通訊作者。

業余花三千元做了個上萬元的紅外光譜儀

此前，曹原在國內就已經聲名鵲起。

他1996年出生于四川成都，11歲時，進入深圳耀華實驗小學超常班。

不到3年，曹原就完成了小學六年級、初中、高中的課程學習。

隨后以669分的高考成績被中科大少年班錄取。

據《中國科學報》報道，曹原進校之初本來是準備學化學的，此前高中時也在準備化學競賽。

后來逐漸發現自己對物理更感興趣，于是轉到了物理這個領域，進入了“嚴濟慈物理英才班”。

在英才班里，別人用一整年才能完成的科研項目，曹原用一個寒假就完成了。

本科期間，他就已經分別在Journal of Magnetism and Magnetic Materials和Physical Review B發表兩篇一作文章。

素有「丁老怪」、「科研殺手」之稱的丁澤軍教授，提到自己的學生曹原的時候也只剩贊不絕口。

畢業時，他還獲得了中科大本科生最高榮譽——郭沫若獎學金。

之后他就遠赴重洋，前往MIT攻讀博士學位。如今，他在MIT做博士后研究。

業余時間，他喜歡用天文相機和望遠鏡拍攝行星、星系和星云。

在他的個人主頁上，就分享了有很多拍攝的作品。

有彗星、土星、玫瑰星云、月亮、日食……

除此之外，曹原還DIY了個近紅外光譜儀，并分享了整個制作過程。

起初是源于對激光光學感興趣，想要分析一種激光晶體產生的光，而傳統上的近紅外光譜儀價格昂貴，一般都在7萬元上下，于是就突發奇想自己DIY一個近紅外光譜儀來。

光譜儀的核心是衍射光柵，而曹原的DIY光譜儀之所以“便宜”，是因為他用了CD光盤這種極易獲取的光柵。

最終曹原制成了這樣一個光纖耦合近紅外光譜儀，測量波長范圍為800-1600nm，整個成本在500美元。

這是用自家臺燈校準光譜的例子，還標注了發射譜線。

除此之外，曹原本人其實是十分低調。可以看到，其實從2018年到現在，他幾乎從未在媒體上露面。

最近在曹原中科大時期的導師曾長淦教授接受澎湃新聞采訪中也得到佐證。

曹原還是很清醒的，很低調，基本上沒有接受過媒體的采訪，屏蔽掉外界的聲音，專心在自己的工作上面。

社會對他的期待太高了，其實在科研領域有很多優秀的人都在鉆研，只是大家的領域不同。我還是希望他能專心地做自己的事情吧。

參考鏈接：
https://www.nature.com/articles/s41586-021-03192-0
https://caoyuan.scripts.mit.edu/ir_spec.html

https://news.mit.edu/2021/physicists-create-tunable-superconductivity-twisted-graphene-nanosandwich-0201

http://jarilloherrero.mit.edu/people/

https://www.thepaper.cn/newsDetail_forward_11094426