6月11日，世界頂尖學術雜誌《自然》第三次同期發表兩篇有關魔角石墨烯的論文。「天才少年」曹原的名字再次出現。
雖然這次他沒有出現在第一作者的醒目位置，但這反映出曹原參與開闢的這個新興方向確實吸引不少材料學同行加入，不斷有拓展成果湧現。
第一篇論文由以色列魏茨曼科學研究所和曹原所在的麻省理工學院（MIT）Pablo Jarillo-Herrero課題組合作完成，第二篇則來自美國普林斯頓大學。
這兩篇論文本質上在討論同一個問題：之前研究已經發現，把兩層上下堆疊的石墨烯扭出魔角（約1.1度）偏移，材料就會在低溫下呈現出一系列奇妙的電子學狀態，如超導體、關聯絕緣體、拓撲體。那麼，該如何從微觀機制上理解這些相是如何出現的？
以色列和MIT合作的論文通過測量局域電子壓縮性，發現這些相起源於一個擁有很多能帶的高能態，當載流子加入系統中，電子並非均等填充，而是通過一系列尖銳的級聯相變完成，在莫爾晶格整數層附近表現出強烈的非對稱躍遷。論文認為，這種電子偏好對稱性的強烈破壞和狄拉克電子特徵的回覆，形成了魔角石墨烯的母態。
普林斯頓的研究則使用高解析度掃描隧道顯微鏡，確定隨著電子填充魔角石墨烯會出現一系列光譜躍遷。每填充完整一個莫爾帶，其化學勢都會明顯變化，低能激發發生重排。這種光譜特徵是庫倫相互作用造成的，且對垂直磁場的存在非常敏感。
研究認為，這種級聯躍遷描述了魔角石墨烯是如何從高溫下的母態演變出低溫下各種奇妙的相。
可以看出，這兩項成果針對魔角石墨烯的電子微觀機制形成了互補的研究。因此，兩篇論文草稿於去年12月同日上傳到預印本網站，又在《自然》上同日正式發表。
魔角石墨烯
超導是20世紀最重要的科學發現之一，指的是某些材料在溫度降低到某一臨界溫度，或超導轉變溫度以下時，電阻突然消失的現象。
1908年，荷蘭科學家翁內斯（Onnes）成功製備液氦，並在液氦溫度下研究物質的熱力學和電學性質。1911年，翁內斯發現汞的電阻在溫度降到4.2K（-269℃）以下時變為0。他將此特性命名為超導性，並獲得1913年的諾貝爾物理學獎。
石墨烯是一種以單層碳原子組成的六角形蜂巢晶格材料。此前，科學家就發現了石墨烯的超導電性，但那隻發生在它與其它材料接觸時，而且可以用常規的超導電性解釋。
曹原與其博導Jarillo-Herrero嘗試將兩層石墨烯的角度發生偏轉後，發現在特定的「魔角」下，石墨烯出現了不尋常的超導現象。
為此，他們於2018年3月在《自然》上背靠背發表兩篇論文介紹這項新奇的發現，並引發材料學界的關注。
此時，曹原21歲，成為以第一作者身份發表《自然》論文的最年輕中國學者。
今年5月，Jarillo-Herrero和曹原再次在《自然》上同期發表兩文，報告關於魔角石墨烯的後續研究。
在一篇論文中，他們用納米級針尖掃描超導量子幹涉裝置獲得了處於量子霍爾態的朗道能級的斷層圖像，首次為魔角石墨烯結構繪製圖像，其角解析度達到極高的0.002度。
在令一篇論文中，他們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。研究結果將為探索多平帶雙扭超晶格中扭角和電場控制的相關物質相提供理論依據。
曹原1996年出生於成都，14歲時以669分的高考成績進入中科大少年班。畢業後，曹原獲得中科大本科生最高榮譽——郭沫若獎學金，並前往MIT攻讀博士學位，進入Jarillo-Herrero課題組。
他的導師評價道，曹原的實驗技巧在研究中至關重要。發現魔角石墨烯後，曹原入選《自然》評選的2018年度影響世界十大科學人物。
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