22歲在讀博士生發現石墨烯「魔角」,榮登Nature全球十大科學人物榜首

北京時間12月19日零時，頂尖學術期刊、英國《自然》雜誌（Nature）發布了2018年度影響世界的十大科學人物。22歲的天才少年、麻省理工學院在讀博士生曹原名列榜單首位。

2018年3月5日，《自然》連續刊發兩篇以曹原為第一作者的石墨烯重磅論文，這是在《自然》上以第一作者身份發表論文的最年輕中國學者。這位中科大少年班的畢業生、美國麻省理工學院的博士生發現，當兩層平行石墨烯堆成約1.1°的微妙角度，就會產生神奇的超導效應。

《自然》周刊稱曹原為「石墨烯駕馭者」，他發現了讓石墨烯實現超導的方法，開創了物理學一個全新的研究領域，有望最終實現能源利用率與能源運輸效率的提高。

曹原於1996年出生於成都，後隨父母遷入深圳，2007年就讀於深圳耀華實驗學校，僅用三年時間就讀完了小學六年級、初中和高中課程。2010年，他以高考理科總分669分的成績，考入中科大少年班。

18歲時，他在合肥完成了中國科技大學的本科學位，並榮獲中國科技大學郭沫若獎學金，隨後赴美讀博。曹原稱自己並不特別，大學還是讀滿了4年，只是跳過了中學階段的一些「無聊的東西」。

2014年，曹原加入美國麻省理工學院Pablo Jarillo-Herrero課題組。當時實驗室正在嘗試用不同的角度堆疊、旋轉碳原子層，曹原負責的工作是研究壘在一起的兩層石墨烯彼此間輕微角度偏轉會發生什麼現象。

按照理論預測，輕微的偏轉就會讓材料屬性產生劇變，然而還沒有人能夠證實，所以許多物理學家對此心存懷疑。

曹原搭成微妙偏轉的石墨烯層後，他發現當把材料置於一個小型電場，且溫度降至絕對零度以上1.7度時，可以導電的石墨烯竟然變成了絕緣體，這個發現非常令人吃驚。

然而，更好的還在後面。曹原稍微調整一下電場，偏轉的石墨烯層就變成了超導體，電流無阻穿過。進行重複試驗後，得到了同樣的現象，曹原的發現被確認。

把平行的兩層石墨烯旋轉成約1.1°的「魔角」並不容易，需要很多試錯，但曹原很快就能操作成功。「他的實驗技巧至關重要」，他的導師Jarillo-Herrero說道。

曹原開創了一種撕出單層石墨烯的方法，以制出具有相同角度的雙層堆疊，並能微調校準。他還通過調整到低溫，使超導性得以更清晰地顯現。

曹原動手能力超強，總喜歡把東西拆開再重裝。他會用自製的照相機和望遠鏡拍攝夜空，享受自己的時光，相關的零件撒滿了他的辦公室。Jarillo-Herrero說：「他是個「修補匠」，每次我走進去，裡面都亂糟糟的，計算機被拆開了，桌上滿是望遠鏡零件。」

曹原年輕又靦腆，但實驗室的同事們認為曹原的成熟表現在了堅持不懈上。比如曹原曾與麻省理工學院的物理學研究生項目失之交臂，但他沒有放棄，另闢新徑通過電氣工程項目進入了Jarillo-Herrero的課題組，堅持繼續做物理。

在博士開局階段，曹原曾花了六個月時間研究出了一份看似令人激動的數據，但最終卻發現那只是實驗中的巧合，曹原也沒有氣餒。「他雖然不開心，但也只是捲起袖子繼續幹了。」Jarillo-Herrero說道。

每年《自然》十大人物的封面圖片都是一個巨大的數字「10」，只是具體樣式和底紋的設計會融入當年的科技熱點。如2016年的封面圖片形如漣漪，暗示當年最大的科學成果引力波的發現。被外界評為「人工智慧元年」的2017年的封面圖片則融入了計算機代碼的元素。

封面圖片暗示曹原發現的石墨烯「魔角」 圖片來源：能見Eknower

今年的封面圖片明顯指向曹原的發現，數字「10」中的「0」被處理成一個正六邊形，宛如構成石墨烯的碳環結構。仔細看可以發現，數字「10」都是由二層蜂窩狀的小正六邊形填塗而成，分別為紅色和藍色，兩層之間有微小的夾角，使得圖像出現了重影。這點出了賦予石墨烯超導能力的「魔角」。

曹原的發現讓學界認識到簡單的旋轉就能讓碳原子薄膜進入複雜的電子態，如今物理學家們都爭著要在其他扭轉的二維材料上尋找激動人心的發現，希望通過石墨烯揭開複雜材料高溫超導的奧秘。哥倫比亞大學物理學家Cory Dean說：「這下我們能做的事情太多了，我都要被機會淹沒了。」

今年22歲的曹原，尚不明確自己的科研生涯會走向何方。他表示，關於魔角石墨烯，我們還要做很多工作。

然而，曹原在中科大的研究生導師、物理學家曾長淦表示，世界範圍的大學已經對他青眼有加，不僅拋來博士後工作，還有教職。曾長淦說：「現在，中國的凝聚態物理學界，人人都知道了曹原的名字，中科大也樂讓他回來。不過曹原目前應該還是會留在美國，畢竟在那裡，更容易看到璀璨群星。」