天才!96年的博士生連發兩篇Nature,石墨烯超導重大發現

2020-12-05 騰訊網

　　來源 | 中科大新創校友基金會/青塔　　　　　　編輯 | 化學加

　　導讀

　　2018年3月5日，國際頂尖期刊Nature連刊兩文，以背靠背長文形式在網站刊登了麻省理工學院Jarillo-Herrero教授課題組墨烯超導重大發現。此外，Nature在網站還配以Eugene J. Mele的評述。特別值得關注的是，本次兩篇重磅文章第一作者是來自中國的博士生曹原。曹原本科畢業於中科大少年班，令人驚訝的是，這位博士生今年年僅21歲。

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　　曹原近照

　　2018年3月5日《自然》以背靠背長文形式在網站刊登了重大研究成果，甚至來不及排版，文章還配以第三篇文章作為評述前述成果。值得一提的是：曹原還和導師分享了其中一文的共同通訊作者。通訊作者通常由教授等課題組長擔任。曹原成為通訊作者，表明他是論文的主要創意貢獻者之一。

　　Pablo Jarillo-Herrero教授與曹原發表的論文

　　Yuan Cao, P. Jarillo-Herrero et al. Correlated insulator behaviour at half-filling in magic-angle graphene superlattices. Nature 2018.DOI:10.1038/nature26154

　　2. Yuan Cao, P. Jarillo-Herrero et al. Unconventional superconductivity in magic-angle graphene superlattices. Nature 2018.DOI:10.1038/nature26160

　　3. Eugene J. Mele. Novel electronic states seen in graphene.（本文為評論Jarillo-Herrero教授與曹原的文章）

　　MIT石墨烯超導重大發現！

　　範德華異質結構是二元構築單元垂直堆疊而成，在二維材料豐富的功能性基礎上，可以實現更多的工程化操縱。其中一個方向，就是通過控制層間扭曲角度，來調控範德華異質結的電子結構。

　　前述兩篇重磅論文，通訊作者為麻省理工學院（MIT）的Pablo Jarillo-Herrero教授。 Jarillo-Herrero和曹原等人團隊在魔角扭曲的雙層石墨烯中發現新的電子態，可以簡單實現絕緣體到超導體的轉變，打開了非常規超導體研究的大門。

　　Jarillo-Herrero與曹原等人發現，堆疊的雙層石墨烯中，電學行為對原子排列非常敏感，影響層間電子移動。對於物理學家而言，電學行為通常是由能量主導。而在這項研究中，單層石墨烯內原子間電子移動有關的能量在eV量級，而在層間的電子移動涉及的能量量級最多在幾百meV。

　　要想解開這個謎題，對稱性是關鍵！

　　對於結構高度有序的單層石墨烯而言，電學性能取決於對稱性。研究人員製備了旋轉扭曲的雙層石墨烯，通過電子之間的相互作用來控制整個體系的電子態。旋轉產生的位錯使石墨烯層中的電子能帶結構不再對齊，單胞變大。

　　這項研究成果，為超導研究帶來了新思路，也為全新電學性能的探索和工程化提供了良好的研究平臺。

　　誰是曹原？老怪眼中的小怪物

　　中科大新創校友基金會與少年班校友會向曹原祝賀他的成果。曹原表示「能做出這個級別的成果我也很激動，以後一定會再接再厲。我很感激母校以及少年班對我的教育和指導，熱烈祝賀中國科大少年班成立40年！」。曹原還說「說一下我對師弟師妹的建議吧，如果有志向做實驗方向的我建議在本科期間提高自己的動手能力。物理直覺很重要，模電數電和程序設計如果能學好的話對將來的實驗會有很大幫助。希望師弟師妹們都能到自己的夢校從事理想的研究！」

　　曹原曾榮獲中國科大本科生最高榮譽獎——郭沫若獎，是中國科大-牛津暑期交流項目首批學生，並曾榮獲「海外交流獎學金」。這些獎項均由中國科大新創校友基金會資助。新創基金會為過去11年資助激勵的曹原、何江（0508郭沫若獎，哈佛畢業典禮首位中國演講人）等青年才俊深感自豪！

　　曹原近照（來自其Facebook主頁）。

　　曹原，1996年出生，籍貫四川成都。2010年，14歲的曹原從深圳耀華實驗學校考入蜚聲中外的中國科學技術大學少年班學院，併入選「嚴濟慈物理英才班」。

　　從中學時代起，曹原即受益於「超常教育」。據當時的媒體報導：曹原2007年到深圳耀華實驗學校讀書，該校主管超常教育的副校長為朱源。後者曾任教中國科大少年班20多年。曹原用了三年的時間讀完小學六年級、初中和高中的課程。高考總分為理科669分。

　　天才代出的中國科大競爭激烈，少年班面對的是一大批殺手名捕。但是曹原卻如魚得水。曹原在《計算物理》課遇到令人聞風喪膽的殺手丁澤軍教授（江湖上人稱丁老怪）。丁老怪向新創校友基金會回憶曹原時介紹「很聰明的傢伙！本科時計算物理課程中的課題研究成果發了一篇文章，J. Mag. Mag. Mater. 355 (2014) 93-99.沒花多少時間，也就是一個寒假就做完了」。當記者調侃「真的是怪物啊！」本人也被認為是老怪的丁澤軍教授肯定「是的，我非常驚奇，之後每年計算物理課緒論時，我都要提到這些以往的神人。」

　　牛津大學陳宇林教授（9500）與中國科大-牛津訪問學生在一起

　　中國科大物理學院教授曾長淦也證實「這是在我實驗室混過的娃」。曾長淦回憶「（本科）在我們實驗室還發了一篇PRB理論文章呢。當時就覺得他太厲害了」。曾教授接受新創基金會採訪回憶起曹原：「我實驗室出了很多位郭沫若獎，但曹原在其中還是顯得卓爾不群，非常特別。我們的研究以實驗為主，但曹原發的卻是理論文章。雖然在實驗選題、方向與寫作上我可給他指導，但在技術細節上無法手把手教他。曹原是如此的令人放心：只要把題目交給他就行，他一定能做出來！ 聰明人很多，曹原卻還主動。計算遇到困難，他永遠會想嘗試其他的軟體方法。曹原愛好廣泛，也喜歡計算機，什麼都能搗騰，朋友圈經常發天文觀測的照片。才氣過人的天才往往持才傲物，但曹原卻非常低調沉穩，情商很高。他在我們實驗室時就很受歡迎。去年他曾回科大訪問，提到了研究的進展。看到成果發表。我很高興！」

　　曹原榮獲郭沫若獎時與中國科大時任校長侯建國校長在一起

　　一位與曹原熟悉的少年班畢業生說：我們都覺得他可能成為下一個莊小威，這一點都不過分。他實在是太強了，以前在科大就是傳說級的人物。

　　原文標題：石墨烯超導突破！少年班小鮮肉一天兩登《自然》 有刪減https://www.ustcif.org/default.php/content/3704

　　論文原文：

　　https://www.nature.com/articles/nature26154

　　https://www.nature.com/articles/nature26160

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