天才少年曹原再上热搜，25岁，3年5篇Nature一作论文

白交 2021-02-04 13:48:05 来源：量子位

边策 杨净 发自 凹非寺
量子位 报道 | 公众号 QbitAI

曹原，知名天才少年，又上热搜了。

原来是因为又发了Nature。

96年出生的他，此前已有4篇Nature在手，而且都是一作。

甚至在2018年，首度连发两篇Nature的他，迅速在国际上一战成名，还登上了当年Nature年度十大人物榜首，被Nature称作“石墨烯驾驭者”。

于是此番2021新年首发，迅速引爆了全网。

而随之而来的“石墨烯”研究争议，也再次在知乎、微博等平台引发了讨论。

为什么曹原的石墨烯能发Nature

石墨烯自2004年被发现以来一直是科研的热点，也是论文多发地带。

比如，来自多伦多大学的Lu Wang去年就发表文章，用鸟屎来作为原料之一合成多元素掺杂的石墨烯，调侃石墨烯研究乱象。

为什么有人靠掺杂石墨烯发水刊被调侃，而曹原的石墨烯能连发5篇Nature呢？

曹原本科时期的导师曾长淦教授给出了专业的解释，他在接受《澎湃新闻》采访时表示：

曹原的确开创了一个领域，尤其2018年的两篇论文是“从零到一”的创新，后面的工作是在此之上的推进。

曾长淦教授说的“从零到一”的创新，就是曹原2018年登上Nature的那篇论文。

在文章开头的图片中，我们可以看到，两层像石墨烯像“纱窗”一样，在错开角度发生变化时，上面会产生一种变化的花纹，被称作“莫尔条纹”。

而在微观层面上，两层石墨烯错开一定夹角时，电子之间的相互作用也会发生奇异的变化。

曹原等人在2018年用实验发现：当低温下的两片石墨烯以1.1°堆叠和扭曲时，电阻会突然消失，变成了超导体（被称作“莫尔超导体”）。

△ 双层石墨烯超导体中的电子对示意图（图片来自普林斯顿大学）

这个1.1°的特殊角度就是所谓的魔角（magic angle），这种特殊的石墨烯就是魔角扭曲双层石墨烯（MATBG）。

魔角扭曲双层石墨烯是唯一具有鲁棒性的莫尔超导体，也就是可重复性好，还可以通过调节两层夹角调节其性质，是研究二维物质的绝佳材料。

而曹原刚刚发表的文章，又在当年的实验基础上推进了一步：之前是2层，现在是3层，即魔角扭曲三层石墨烯（MATTG）。

不要小看这多加一层的变化，著名物理学奖得主菲利普·W·安德森曾说过：More is Different。

在三层石墨烯中，曹原团队依然观测到了超导电性，而且其电子结构和超导性能比双层石墨烯具有更好的可调性。

零磁场电阻率测量表明，三层石墨烯超导电性的存在，与每个莫尔元胞的两个载流子产生的对称性破缺相密切相关。

最最重要的是，曹原团队发现，因为这个三层系统更好的可调性，使它能够达到一种超强耦合状态，即金兹堡-朗道相干长度达到了平均粒子间距离。

三层石墨烯的超导相在部分围绕对称性破缺的范霍夫奇点处被抑制和约束，这很难与弱耦合BCS理论相协调。

△ 三层石墨烯在不同电场下的能带结构

BCS理论是一种解释超导体物理机制的理论，取得了极大成功，三位物理学家也因此获得了诺贝尔物理学奖。

但是，从上世纪80年代科学家发现了高温超导体以后，BCS理论遇到了难题，因为它很难解释这类强耦合的超导体。

这个问题困扰了物理学界几十年。

而曹原团体的实验结果创立了一种可调节的莫雷超导体家族，这些超导体有可能彻底改变我们对强耦合的高温超导的基本理解。

曹原共同一作兼通讯作者

此次研究团队是来自MIT的Pablo Jarillo Herrero课题组。

Pablo Jarillo-Herrero，西班牙物理学家，是研究石墨烯的超级大牛。

他于2008年1月加入麻省理工学院，担任物理学助理教授，并获得终身职位。在2018年，他被提升为物理学全职教授。

他曾获IUPAP半导体物理学青年科学家奖、摩尔量子材料研究奖（两次）、“诺奖风向标”之称的沃尔夫物理学奖等。前不久，他获得了NAS（美国科学院）科学发现奖。

此次研究的共同一作是Jeong Min Park和曹原，此外曹原还是共同通讯作者。

业余花三千元做了个上万元的红外光谱仪

此前，曹原在国内就已经声名鹊起。

他1996年出生于四川成都，11岁时，进入深圳耀华实验小学超常班。

不到3年，曹原就完成了小学六年级、初中、高中的课程学习。

随后以669分的高考成绩被中科大少年班录取。

据《中国科学报》报道，曹原进校之初本来是准备学化学的，此前高中时也在准备化学竞赛。

后来逐渐发现自己对物理更感兴趣，于是转到了物理这个领域，进入了“严济慈物理英才班”。

在英才班里，别人用一整年才能完成的科研项目，曹原用一个寒假就完成了。

本科期间，他就已经分别在Journal of Magnetism and Magnetic Materials和Physical Review B发表两篇一作文章。

素有「丁老怪」、「科研杀手」之称的丁泽军教授，提到自己的学生曹原的时候也只剩赞不绝口。

毕业时，他还获得了中科大本科生最高荣誉——郭沫若奖学金。

之后他就远赴重洋，前往MIT攻读博士学位。如今，他在MIT做博士后研究。

业余时间，他喜欢用天文相机和望远镜拍摄行星、星系和星云。

在他的个人主页上，就分享了有很多拍摄的作品。

有彗星、土星、玫瑰星云、月亮、日食……

除此之外，曹原还DIY了个近红外光谱仪，并分享了整个制作过程。

起初是源于对激光光学感兴趣，想要分析一种激光晶体产生的光，而传统上的近红外光谱仪价格昂贵，一般都在7万元上下，于是就突发奇想自己DIY一个近红外光谱仪来。

光谱仪的核心是衍射光栅，而曹原的DIY光谱仪之所以“便宜”，是因为他用了CD光盘这种极易获取的光栅。

最终曹原制成了这样一个光纤耦合近红外光谱仪，测量波长范围为800-1600nm，整个成本在500美元。

这是用自家台灯校准光谱的例子，还标注了发射谱线。

除此之外，曹原本人其实是十分低调。可以看到，其实从2018年到现在，他几乎从未在媒体上露面。

最近在曹原中科大时期的导师曾长淦教授接受澎湃新闻采访中也得到佐证。

曹原还是很清醒的，很低调，基本上没有接受过媒体的采访，屏蔽掉外界的声音，专心在自己的工作上面。

社会对他的期待太高了，其实在科研领域有很多优秀的人都在钻研，只是大家的领域不同。我还是希望他能专心地做自己的事情吧。

参考链接：
https://www.nature.com/articles/s41586-021-03192-0
https://caoyuan.scripts.mit.edu/ir_spec.html

https://news.mit.edu/2021/physicists-create-tunable-superconductivity-twisted-graphene-nanosandwich-0201

http://jarilloherrero.mit.edu/people/

https://www.thepaper.cn/newsDetail_forward_11094426