95后博士生曹原连发两篇Nature,均为一作,网友:这才是真正的后浪

石墨烯研究领域的「巨浪」再次掀起!

当地时间 5 月 6 日,中科大 2010 级少年班毕业生、美国麻省理工学院(MIT)「95 后」博士生曹原与其博导 Pablo Jarillo-Herrero 连发两篇 Nature 文章,介绍了「魔角石墨烯」研究的新突破。

这是被认为「天才少年」的曹原第二次连发两篇 Nature:在 2018 年 3 月,曹原同样以第一作者的身份连发了两篇 Nature,开辟了凝聚态物理的新领域,一时令学术界震动。
曹原 1996 年出生于四川成都,14 岁通过高考进入中国科学技术大学严济慈物理英才班。尽管表现出超越常人的学术天赋,但曹原仍然读满了四年本科,他说:「我只是跳过了中学里一些无聊的事情。」

2014 年,曹原远赴麻省理工学院攻读硕博,进入 Pablo Jarillo-Herrero 小组,在此期间,曹原发现了石墨烯的非规超导电性。

2018 年 3 月 5 日,《Nature》在一天之内连续发表了两篇石墨烯超导方面的论文,第一作者均为曹原。文章刊登后立即在整个物理学界引起巨大反响。一些报道称其「一举解决了困扰世界 107 年的难题」。(两篇论文分别为《Correlated insulator behaviour at half-filling in magic-angle graphene superlattices》与《Unconventional superconductivity in magic-angle graphene superlattices》)

1911 年,荷兰物理学家卡末林・昂内斯因发现一种能将电子损失降到 0 的传输材质,即 「超导体」,而获得诺贝尔奖物理学奖。超导体有助于大幅降低电力传输过程中的巨大能源损耗。但令人遗憾的是,要想实现这种传输条件,环境必须在绝对零度(零下 273 摄氏度)之下。此后,无数科学家前赴后继,希望研制出能在常温条件下实现「超导体」性能的材料,但均以失败告终。

曹原的贡献在于发现了让石墨烯实现超导的方法。具体而言,就是发现了当两层平行石墨烯堆成约 1.1° 的微妙角度(魔角)时,就会产生以 0 电阻传输电子的神奇超导效应。

曹原因此成为最年轻的以一作身份在《Nature》发表论文的中国学者。也是在这一年的 12 月,曹原登上《Nature》年度科学人物榜单首位。


《Nature》在年度文章中如此介绍这位史上年龄最小的入榜者、年仅 22 岁的曹原:

「从本质上讲,他是一个『工匠』。闲暇时候,他用自制的相机和望远镜拍摄夜空,这些器械的零件通常散落在他办公室的各个地方。」

「在中国的凝聚态物理学界,他的名字无人不知。大学希望他回来,但他的本科导师认为他应该继续呆在美国,那里更容易看到星星。」

聚焦「魔角石墨烯」研究新发现

曹原一直致力于石墨烯的研究,此次背靠背连发两篇 Nature 文章,进一步介绍了「魔角石墨烯」研究的新突破。

在第一篇 Nature 论文中,曹原等人介绍了一种基于小角扭曲双层石墨烯(twisted bilayer-bilayer graphene, TBBG)的高度可调谐关联系统。研究人员发现,TBBG 表现出丰富的相图性质,并具有对扭曲角和电位移场高度敏感的可调谐关联绝缘态,这种可调谐关联绝缘态又能够基于电位移场的开关状态进行转换。最后他们认为这些研究结果有利于在扭曲超晶格中探索扭曲角 / 电场可控的关联相。

除第一作者身份之外,曹原还与其导师 Pablo Jarillo-Herrero 教授为文章的共同通讯作者。

论文地址:https://www.nature.com/articles/s41586-020-2260-6

扭曲双层石墨烯中的可调谐关联态和自旋极化相。

在第二篇 Nature 论文中,曹原等人展示了魔角扭曲双层石墨烯(magic-angle twisted bilayer graphene, MATBG)的研究。他们利用纳米级针尖扫描超导量子干涉装置(SQUID-on-tip)获得量子霍尔态下朗道能级的断层图像,并绘制六方氮化硼(hBN)封装的 MATBG 器件的局部 θ 变化图,相对精度达到 0.002 度,空间分辨率也为几个莫尔周期。最后,研究者确立了 θ 无序作为非传统无序类型的重要性,从而可以将扭曲角梯度用于能带结构工程,以及器件应用的门可调谐内置平面电场。

曹原与另外两位作者 A. Uri 和 S. Grover 并列文章第一作者。

论文地址:https://www.nature.com/articles/s41586-020-2255-3

在魔角石墨烯中绘制扭曲角无序和朗道能级。

网友:这才是真正的后浪

时隔两年,再次连发两篇《Nature》,25 岁的博士生曹原,又一次回到了大众关注的中心。

知友 @Genoa 表示,相比于那些吃瓜事件,「这才是应该上科学区热榜的问题」。

有人说,这才是真正的「后浪」:我看着你们,满怀敬意。

这位 25 岁的年轻学者,或许已用行动诠释了这句话:「我们这一代人的想象力,不足以想象你们的未来。」

参考链接:

《Nature2018 年度十大人物榜单》
https://www.nature.com/immersive/d41586-018-07683-5/index.html
产业物理
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