當地時間 5 月 6 日,中科大 2010 級少年班畢業生、美國麻省理工學院(MIT)「95 后」博士生曹原與其博導 Pablo Jarillo-Herrero 連發兩篇 Nature 文章,介紹了「魔角石墨烯」研究的新突破。 這是被認為「天才少年」的曹原第二次連發兩篇 Nature:在 2018 年 3 月,曹原同樣以第一作者的身份連發了兩篇 Nature,開辟了凝聚態物理的新領域,一時令學術界震動。
曹原 1996 年出生于四川成都,14 歲通過高考進入中國科學技術大學嚴濟慈物理英才班。盡管表現出超越常人的學術天賦,但曹原仍然讀滿了四年本科,他說:「我只是跳過了中學里一些無聊的事情。」 2014 年,曹原遠赴麻省理工學院攻讀碩博,進入 Pablo Jarillo-Herrero 小組,在此期間,曹原發現了石墨烯的非規超導電性。 2018 年 3 月 5 日,《Nature》在一天之內連續發表了兩篇石墨烯超導方面的論文,第一作者均為曹原。文章刊登后立即在整個物理學界引起巨大反響。一些報道稱其「一舉解決了困擾世界 107 年的難題」。(兩篇論文分別為《Correlated insulator behaviour at half-filling in magic-angle graphene superlattices》與《Unconventional superconductivity in magic-angle graphene superlattices》) 1911 年,荷蘭物理學家卡末林?昂內斯因發現一種能將電子損失降到 0 的傳輸材質,即 「超導體」,而獲得諾貝爾獎物理學獎。超導體有助于大幅降低電力傳輸過程中的巨大能源損耗。但令人遺憾的是,要想實現這種傳輸條件,環境必須在絕對零度(零下 273 攝氏度)之下。此后,無數科學家前赴后繼,希望研制出能在常溫條件下實現「超導體」性能的材料,但均以失敗告終。 曹原的貢獻在于發現了讓石墨烯實現超導的方法。具體而言,就是發現了當兩層平行石墨烯堆成約 1.1° 的微妙角度(魔角)時,就會產生以 0 電阻傳輸電子的神奇超導效應。 曹原因此成為最年輕的以一作身份在《Nature》發表論文的中國學者。也是在這一年的 12 月,曹原登上《Nature》年度科學人物榜單首位。
《Nature》在年度文章中如此介紹這位史上年齡最小的入榜者、年僅 22 歲的曹原: 「從本質上講,他是一個『工匠』。閑暇時候,他用自制的相機和望遠鏡拍攝夜空,這些器械的零件通常散落在他辦公室的各個地方。」 「在中國的凝聚態物理學界,他的名字無人不知。大學希望他回來,但他的本科導師認為他應該繼續呆在美國,那里更容易看到星星。」 聚焦「魔角石墨烯」研究新發現 曹原一直致力于石墨烯的研究,此次背靠背連發兩篇 Nature 文章,進一步介紹了「魔角石墨烯」研究的新突破。 在第一篇 Nature 論文中,曹原等人介紹了一種基于小角扭曲雙層石墨烯(twisted bilayer-bilayer graphene, TBBG)的高度可調諧關聯系統。研究人員發現,TBBG 表現出豐富的相圖性質,并具有對扭曲角和電位移場高度敏感的可調諧關聯絕緣態,這種可調諧關聯絕緣態又能夠基于電位移場的開關狀態進行轉換。最后他們認為這些研究結果有利于在扭曲超晶格中探索扭曲角 / 電場可控的關聯相。 除第一作者身份之外,曹原還與其導師 Pablo Jarillo-Herrero 教授為文章的共同通訊作者。 論文地址:https://www.nature.com/articles/s41586-020-2260-6
扭曲雙層石墨烯中的可調諧關聯態和自旋極化相。 在第二篇 Nature 論文中,曹原等人展示了魔角扭曲雙層石墨烯(magic-angle twisted bilayer graphene, MATBG)的研究。他們利用納米級針尖掃描超導量子干涉裝置(SQUID-on-tip)獲得量子霍爾態下朗道能級的斷層圖像,并繪制六方氮化硼(hBN)封裝的 MATBG 器件的局部 θ 變化圖,相對精度達到 0.002 度,空間分辨率也為幾個莫爾周期。最后,研究者確立了 θ 無序作為非傳統無序類型的重要性,從而可以將扭曲角梯度用于能帶結構工程,以及器件應用的門可調諧內置平面電場。 曹原與另外兩位作者 A. Uri 和 S. Grover 并列文章第一作者。 論文地址:https://www.nature.com/articles/s41586-020-2255-3
在魔角石墨烯中繪制扭曲角無序和朗道能級。 網友:這才是真正的后浪 時隔兩年,再次連發兩篇《Nature》,25 歲的博士生曹原,又一次回到了大眾關注的中心。
知友 @Genoa 表示,相比于那些吃瓜事件,「這才是應該上科學區熱榜的問題」。
有人說,這才是真正的「后浪」:我看著你們,滿懷敬意。
這位 25 歲的年輕學者,或許已用行動詮釋了這句話:「我們這一代人的想象力,不足以想象你們的未來。」
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原文標題:95后博士生曹原連發兩篇Nature,均為一作,網友:這才是真正的后浪
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