24歲的中國科學家曹原又一次刷屏了。
這次,是因為他分別以第一作者兼共同通訊作者、共同第一作者的身份在最新一期《自然》上連發兩篇石墨烯論文。
在第一篇論文中,研究人員致力於通過對扭轉角的控制,將魔角特性推廣到其他二維研究體系,以調諧和控制電子-電子相互作用的強度,實現相似的物理行為。他們採用了一種全新的魔角石墨烯體系:基於小角度扭曲的雙層-雙層石墨烯(TBBG)
另一篇Nature論文中,研究團隊致力於研究扭曲角的分布信息,他們以六方氮化硼(hBN)封裝的,MATBG為研究對象,使用納米級針尖掃描超導量子幹涉裝置(SQUID-on-tip),獲得處於量子霍爾態的朗道能級的斷層圖像,並繪製了局部θ變化圖。該設備的相對精度達到0.002度,空間解析度為幾個莫爾周期
眾所周知,能在「世界三大頂級科學期刊」上發文,是無數科學家孜孜以求的目標,也是評選諾貝爾獎、競選院士、展示大學和科研機構研究實力的重要依據。
其實,早在2018年3月5日,《自然》就在網站連發兩篇以曹原為第一作者的重磅石墨烯論文。曹原也因此成為在《自然》上以第一作者身份發表論文的最年輕中國學者。
他早就轟動了科學界。
只不過這一次,他「出圈」了,走入了我們平凡人的眼中。讓我們一起走近「神童」——曹原。
01「天才中的天才」
曹原的同學介紹,他從小就是個天才。1996年,曹原出生在成都。11歲時,因為異於常人的天賦,他被選拔進入深圳耀華實驗小學超常班。能夠進入這個班的,全校只有3位學生,由曾在中科大任教超過20年的副校長朱源直接任教。同時配備6位老師,全程照顧曹原三人的學業。在朱源的幫助下,僅僅不到3年的時間,曹原就完成了小學六年級、初中、高中所有課程的學習。面對外界驚訝的目光,曹原卻說:「我只是跳過了中學裡一些無聊的東西。」
如果不是年齡限制,曹原相信自己會更早參加高考。14歲時,他以高考669分的優異成績考入中科大少年班學院,併入選 「嚴濟慈物理英才班」。
中科大少年班創立於1978年,最早由諾貝爾物理獎獲得者李政道先生提出。
1975年5月,李政道在回國訪問時發現,中國各行各業百廢待興,科技人才嚴重斷檔,於是通過周總理向毛主席建議:
「從全國選拔很少數,約十三四歲左右的、有培養條件的少年,到大學去培訓」,培養一支「少而精的基礎科學工作隊伍」。
40年的時間裡,少年班總共畢業1070名學生,其中不乏多位享譽世界的科學家。
首屆78級張亞勤,曾任微軟副總裁,現任百度總裁;
85級杜江峰,現為中科院院士,並任中國科大物理學院執行院長、教授;
98級陳宇翱,80後的中國科大教授,曾獲歐洲物理學會「菲涅爾獎」……
進入少年班,曹原並沒有被周圍優異的同學掩蓋光芒,他依舊卓爾不群。
別人要用一整年完成的科研項目,曹原短短一個寒假就能完成,被評價為「天才中的天才」。
有同校的知乎網友回憶,經常在各大教授的辦公室看到胸前掛著鑰匙的曹原,一臉認真地在請教問題。
曹原的大學老師丁澤軍教授,因為要求嚴格,被稱為「丁老怪」,在國內有著令人聞風喪膽的「科研殺手」稱號。
但在說起自己的學生曹原時,丁教授一反常態,稱他為一個「很聰明的傢伙」。
中科大物理學院院長曾長淦更是對曹原「愛不釋手」。每每提到曹原,他總激動地說:「這是在我實驗室混過的娃,當時我覺得他太厲害了!」
甚至在某些方面,曾院長也承認,自己指導不了曹原。在中科大的四年,曹原的科研能力得到培養。畢業後,他獲得中科大本科生最高榮譽——郭沫若獎學金,前往世界排名前五的麻省理工大學攻讀博士學位。
面對如此光鮮的履歷,曹原卻並不滿意,彼時年僅18歲的他略帶失望地說:「我沒什麼特別的,畢竟花了4年才本科畢業。」
但他的同學們一直對他「頂禮膜拜」,甚至毫不吝嗇地稱讚:
「他就是中科大下一個莊小威,實在太強了,在中科大完全就是傳說級的人物。」
同學口中的莊小威,是第一位獲得「麥克阿瑟天才獎」的華人科學家。從中科大少年班畢業後,年僅29歲就進入世界排名第一的哈佛大學擔任教授。2015年,成為中國科學院外籍院士。如今,曹原的成就似乎已經超過了莊小威。
02破局世紀難題
電力在傳輸時,能源損耗很大,約7%的能源是在傳輸過程中損失掉的。這是世界上所有能源公司一直頭疼的問題。1911年,荷蘭物理學家卡末林昂內斯發現了一種能夠將電子損失降到0的傳輸材質,命名為「超導體」。因為這樣發現,昂內斯榮獲諾貝爾獎。但令人遺憾的是,要想實現這種超導傳輸,環境必須在冷卻至絕對零度(也就是零下273.15攝氏度)。這在現實世界中絕不可能,因此這一科研成果無法付諸實踐,能源公司依舊承擔巨額損失。
諾貝爾獎獲得者羅伯特·B·勞克林(Robert Betts Laughlin,因研究量子霍爾效應聞名)曾表示:物理學家們已經在至暗和低谷(超導研究)中,徘徊了30年。
所以可想而知,兩年前的讓原子厚度碳片層成為超導體的研究引發怎樣的轟動。中國天才少年曹原,也由此在國際上一戰成名。
在麻省理工學院攻讀博士期間,曹原發現,當疊在一起的兩層石墨烯彼此之間發生輕微偏移的時候,按照他的理論推測,材料會發生劇變,有可能實現超導體性能。但他的這一推測,卻引起了諸多物理學家的質疑,他們認為這不過是一個20歲的小孩,關於世界的美好幻想。真實的試驗結果絕不像曹原想像的那樣簡單。
曹原沒有被外界質疑的聲音擊退,相反他仍舊堅信自己的判斷。
為此他日夜蹲守在實驗室,克服高溫、極寒等多種極端困難條件,一次又一次為捍衛自己的夢想,努力付出。終於,在一次實驗中,曹原巧妙地將角度旋轉為1.1度時,奇蹟發生了,置身特殊電場的兩層石墨烯,成為超導體,電子在其間暢行無阻,曹原終於向世界證明了自己!欣喜若狂的曹原深知,這將是一個改變世界的研究成果。為此他小心謹慎,通過7個月的反覆實驗,最終在2018年3月份,完成了全部實驗,打破了世界107年來超導體魔咒!
隨後,他將學術論文整理後,投給了《自然》雜誌。
《自然》雜誌編輯收到論文後,激動地都沒來得及排版,就將其中一篇文章提前發到了雜誌網站上,隨後通過另外一篇文章進行評述。一經刊登,曹原瞬間震撼了世界!全球科學家都迫切地希望自己能在實驗室中,複製曹原創造的奇蹟。
一位哥倫比亞大學教授甚至激動的說:「曹原為我們打開了新世界的大門,我們能做的太多了。」
2020年最新的兩篇論文意義依舊重大!
早在兩年前,22歲時曹原就成為了年度世界最受關注的科學家。無數大學和科研機構向他拋出橄欖枝,甚至有大學願意為他提供一份教授的職位。曹原卻第一時間回到了自己的母校中科大,在中科大少年班成立40周年紀念會上,曹原說:「我是一個中國人,我學成以後要回到中國去!」
03「天才」需要異於常人的努力
曹原能夠得到今天的成就,離不開自己的天賦,更重要的是,特殊的教育模式。因為很早就展現出天才的氣質,他的母校深圳耀華中學為他提供了靈活的教學機制,實現個性化教學,因材施教。曹原的父母為支持學校對曹原的智力開發方案,在家中專門布置了一個屬於曹原的實驗室,為曹原提供最好的科研條件。同時,曹原一反書呆子的刻板印象。他興趣廣泛,喜歡搗鼓計算機。年少時就經常跑到深圳電子市場,買來一大堆電子元件拆卸安裝,直到研究清楚其中的線路,才肯罷休。曹原在麻省理工學院的導師說,曹原的內心,其實是個修補匠,經常用自製的照相機和望遠鏡拍攝夜空,相關的零件撒滿整間辦公室,桌子上滿是被拆開的計算機。
不僅智商超高,曹原的情商也異於常人。不止一位老師在評價曹原時說到,他們從未教過像曹原一樣高情商的少年。高峰時不迷茫,低谷時不放棄,只有20多歲,曹原就擁有超越常人的冷靜心態。在攻讀博士期間,曹原因為與感興趣的項目失之交臂,曾一度十分失望,打擊過後,他很快調整過來,繼續進入到相關研究領域中。
有次實驗,曹原得到了一項意外的實驗結果,他激動不已。
隨後,曹原花了整整6個月的時間,每天徹夜不休地研究其中的原理,卻在最後發現那不過是實驗中的巧合。
年少的曹原備受打擊。但第二天,他又早早出現在實驗室,說自己只能臥薪嘗膽,繼續努力。
也是憑藉這樣百折不撓的堅韌毅力,曹原後來才成功攻克石墨烯的難題。
面對如潮水般湧來的鮮花和掌聲,曹原沒有迷失自己。他說自己喜歡天文,仰望星空時,會安靜下來。
浩瀚的宇宙,璀璨的星空,讓曹原始終保持一種平和的心態。
他時常告誡自己,在廣闊的宇宙面前,再多起伏都不過是滄海一粟。
曾經,曹原不知道自己未來的科研生涯會走向何方,但很明確的兩點是:第一,他會繼續此前的研究,創造更多的奇蹟;第二,他會回到中國。
04後生可畏未來可期
在每年的《自然》雜誌封面中,都會有一期以巨型數字10佔據核心位置,表示共計10位科學家上榜的報導。
2018年的封面,圖片中數字「10」中的「0」被設計成正六邊形,代表了曹原實驗中石墨烯的碳環結構。
《自然》在這篇年度文章中介紹曹原為:「開創了一個全新研究領域的傑出科學家」。
面對如此榮耀,曹原說自己更多想起的是中學課堂上的一次實驗。彼時,曹原的物理老師黃佳堂告訴他,金屬的電阻率會隨溫度的降低而降低,當溫度趨於絕對零度,就會呈現一種超導狀態。
如果誰能夠在常溫下發現這種材料,就可能顛覆世界。年少的曹原對此充滿了好奇,在和同學商量以後,他上前請教老師。但黃佳堂也不知該怎麼回答他,只能遺憾地告訴他:「這是你們這一代人需要研究的問題,研究出來了,就能改變世界。」一屆屆學生中,問這一問題的不在少數。而多年後,只有曹原憑藉當時強烈的好奇心,一步步接近答案。
兩年前,22歲的曹原第一次轟動世界時,他說:「更好的消息還在後面,希望將更多的時間用來為中國科技創造更多的奇蹟。」
曹原果然沒有讓我們等太久,短短兩年之後,他又給這個世界新的驚喜!
我們有理由相信,這位年僅24歲的中國科學家,將會為中國、為世界帶來更多真正硬核的科技創新,成為真正的國之脊梁!
他不是巨浪
他是「海嘯」,是傳奇
有天賦,更會努力
他在探索著人類從未涉足過的區域
他不僅做到了,還非常快
今年,曹原,24歲,還在路上
讓我們一同祝福他,未來可期!
來源:人民日報、北洋之家