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厉害了!24岁“天才少年”曹原再次连发2篇Nature!“石墨烯驾驭者”王者归来

作者: 科研大匠

时间: 2020-05-09 13:35

5 月 7 日,被誉为“天才少年”、“石墨烯驾驭者”的 95 后博士曹原分别以第一作者兼共同通讯作者、以及共同第一作者的身份,在 Nature 上连发 2 篇论文。这也是在继 2018 年 3 月 5 日在 Nature 以背靠背长文形式在网站刊登了重大研究成果后,曹原再次背靠背连发两篇 Nature。

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第一篇研究题为“Tunable correlated states and spin-polarized phases in twisted bilayer–bilayer graphene” ,该研究中,研究人员致力于通过对扭转角的控制,将魔角特性推广到其他二维研究体系,以调谐和控制电子-电子相互作用的强度,实现相似的物理行为。他们采用了一种全新的魔角石墨烯体系:基于小角度扭曲的双层-双层石墨烯(TBBG)。

另一篇研究题为“Mapping the twist-angle disorder and Landau levels in magic-angle graphene”,研究团队致力于研究扭曲角的分布信息。他们以六方氮化硼(hBN)封装的 MATBG 为研究对象,使用纳米级针尖扫描超导量子干涉装置(SQUID-on-tip)获得处于量子霍尔态的朗道能级的断层图像,并绘制了局部 θ 变化图。该设备的相对精度达到 0.002 度,空间分辨率为几个莫尔周期。

两年前,2018 年 3 月 6 日,国际顶尖学术期刊 Nature 连刊两文报道石墨烯超导重大发现,第一作者也是曹原。因为这两篇论文巨大的影响力,Nature 杂志发布的 2018 年度影响世界的十大科学人物,时年仅 22 岁的中国学者曹原位居榜首。

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曹原

Nature 以背靠背长文形式在网站刊登的曹原这两篇重大研究成果,甚至来不及排版,文章就配以第三篇文章作为评述前述成果。值得一提的是:曹原还和导师分享了其中一文的共同通讯作者。通讯作者通常由教授等课题组长担任。曹原成为通讯作者,表明他是论文的主要创意贡献者之一。

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这两篇 Nature 发了之后,你知道曹原有多炙手可热吗?据 Nature 特稿透露,曹原在中国科技大学读本科时的指导老师、中科大物理学家曾长淦表示,全球各大高校已经在用博士后职位,甚至是教职岗位来吸引他,“在中国的凝聚态物理学家中,每个人都知道他的名字”。

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曾长淦教授

14 岁上中科大,22 岁连发两篇 Nature

荣登“2018 年度影响世界的十大科学人物”之首,他在深圳度过“非主流”青少年期

曹原 1996 年出生在四川成都,3 岁时跟随父母来到深圳。2007 年 9 月,曹原从深圳景秀小学被选拔进入耀华实验学校。

《自然》特稿提到,“曹原的青少年时期过得相当非主流”,而他那段“非主流”的日子留下了深刻的“烙印”。

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曹原和原班主任肖甜

初来耀华的曹原,在老师眼里就是一个“混世魔王”,课桌、椅子、黑板、投影仪、电脑都没能逃过他的“毒手”。耀华实验学校看到了曹原的巨大潜力,当即决定送他进少年班。学校组建了最优秀的教师团队,免除了一切学费,对曹原进行“超常教育”。就这样,他用三年的时间完成了小学六年级、初中和高中的课程。

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2010 年,年仅 14 岁的曹原提前参加高考,以 669 分的高考成绩考入蜚声中外的中国科学技术大学少年班学院,并入选“严济慈物理英才班”。

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“这个年纪,就算在少年班也是偏小的。不过,曹原很谦虚,相比他的年龄要成熟许多。”曾长淦说。曹原 15 岁时,主动找到曾长淦,想到他的实验室来学习。“他是一个相当聪明的学生,作为指导他做科研的导师,我比较轻松。给他布置任务,他总是想方设法完成。” 曾长淦实验室以实验物理研究为主,但曹原在曾长淦的指导下进行石墨烯超晶格等离激元的理论研究。曹原尝试自己从头开始编程,展现了超强的理论功底和计算机能力。“最后曹原本科毕业时在凝聚态物理领域的国际著名期刊上发表了一篇理论研究的论文,这是很少见的。”曾长淦评论道。

2014 年,曹原荣获中国科大本科生最高荣誉奖——郭沫若奖学金,并前往美国麻省理工学院攻读博士。

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2018 年 3 月,《自然》在同一期发表了有关石墨烯导电性的两篇重要论文。“这两篇文章的第一作者都是曹原,这也是十分罕见的。”曾长淦说。1911 年,荷兰物理学家发现,当汞被冷却到接近绝对零度(零下 273.15 摄氏度)时,会出现“零电阻状态”,这正是“超导电性”。如果有哪种材料能够在室温下表现出超导电性,就可以提高能源利用与传输效率。石墨烯被誉为“神奇的材料”,在和环境相互作用下,其电子看起来像没有质量,“跑”得特别快。曹原的工作发现,当两层石墨烯以一个“魔角”叠加在一起时,即两层石墨烯之间夹角为 1.1 度,就能改变电子性质,电子变慢了。更有趣的是,加入一定数量的电子,“魔角”层叠石墨烯的电阻竟然消失,变为超导体了。“之前,有科学家预言,在魔角层叠后石墨烯可能会有奇异现象,但超导还是有点出乎意料。”曾长淦说。当石墨烯以魔角层叠后首先会形成一个新的量子态,即强关联绝缘态。而关联物理非常重要,但相关研究进展缓慢,曹原的这一工作对于该领域的研究很有启发。此外石墨烯本身是一种透明的柔性材料,超导之后就成了透明柔性超导体,想想就很有意思,未来应该会有一些应用前景。

曹原在接受《自然》杂志采访时说:“对于石墨烯的‘魔角’,我们要做的事情还有很多。”

和同龄人一样,喜欢天文摄影和漫画

“把碳原子间的排列呈 1.1 度,是个相当难的工作,曹原的动手能力可见一斑。”曾长淦说,曹原的这一能力在中国科大本科期间就已展露。他平时喜欢天文摄影,经常自己组装仪器,在微信朋友圈可以看到他拍摄的星云照片。曹原还喜欢在计算机上画漫画,也有同龄人的一些相同爱好。

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曹原摄影作品

曾长淦说,感觉他的手总是闲不下来,上大学那会,他喜欢摆弄手里的笔,经常把笔套都弄坏了。曹原现在的导师,美国麻省理工学院帕布罗·埃雷罗教授也说,曹原的桌上总是乱糟糟的,上面摆满了各种他鼓捣的元器件。

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曹原(左)和他在麻省理工的导师帕布罗·埃雷罗教授。

曹原此前在接受采访时曾表示,工作之余,他会通过天文摄影进行自我调节。“仰望星空总是能让我安静下来。天文摄影涉及包括光学、精密机械、电子电路、嵌入式程序等在内的多方面科学技术,折腾这些东西,都是我的兴趣。”

如何拥有令人愉快的博士生活?

失败是常态,不要苛责自己,再试之前来点“美食和睡眠”

2018 年 12 月底,曹原回到母校中国科大和学弟学妹们分享了“如何拥有令人愉快的博士生活”心得。他说,作为一名实验者,要愿意学习新东西,尝试新想法,并在实验室承担起责任,努力使事情“正确”。当努力不起作用时不要难过,因为这再正常不过了。在美国麻省理工学院他们小组的实验,30% 的成功率就算是非常高了。当事情失败时,不要责怪自己,因为这就是生活!再次尝试之前不妨先获取一些美食和睡眠。当一些事情终于奏效时,不要忘记奖励自己并庆祝一番。可以尝试一两个爱好,这对于科研工作来说是一种很好的减压方式。

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曹原还说,如果想要做一名凝聚态物理实验者,不妨掌握一些计算机编程技巧,学习一些电气和机械技能。很少会有人承认,现代物理学非常依赖于如何呈现你的科学,因此他建议,要掌握沟通技巧,要有足够的英语水平与其他科学家沟通。

“这一次见面,我感觉,曹原更成熟了,做科研的目标也更加明确了。等到他独立做科研时,才是真正考验他的时候,希望他能一直保持做科学的初心,取得更大的成就。”曾长淦对此充满了期待。

本文经授权转载自“科研大匠”微信公众号,感谢原作者的分享。

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