22岁中国小伙入选《自然》年度人物 世界多所大学竞相邀请

科学
2018
12/20
10:46
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 权威科学期刊英国《自然》杂志18日公布2018年度科学人物,位居榜首的是年仅22岁、毕业于中科大少年班,目前正在美国麻省理工学院攻读博士学位的曹原。

2018年3月5日,《自然》杂志曾经连刊两文外加一篇评议,长篇幅报道了石墨烯超导重大发现,而这两篇论文的第一作者正是曹原,而他也成为以第一作者身份在该杂志上发表论文的最年轻的中国学者。

在接受《自然》杂志采访时,这位用3年读完全部中学课程,18岁就毕业于中科大的天才少年表示自己“并不特别”,“只是跳过了中学里面一些无聊的东西罢了”。

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凝聚态物理学天才,意外成电气工程专业博士生

在《自然》杂志发布的这份年度10人榜单中,曹原被称作“石墨烯的驾驭者。”

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自然杂志18号在其官网上发布的年度十人。图自:《自然》杂志官网

就在今年3月5日,《自然》杂志连刊两文报道了来自麻省理工大学和哈佛大学的重要研究:只要将两层石墨烯旋转到特定的“魔角”叠加时,它们就可以在零阻力下传导电子,而该发现很有可能是数十年来寻找室温超导体的重要一步。

而这两篇论文的第一作者,均为当时年仅21岁的麻省理工学院博士生曹原,这也使得他成为了在该杂志上以第一作者身份发表论文的最年轻中国学者。

实际上,在前往美国攻读博士学位之前,曹原就已经是别人眼中的天才。2007年,曹原入读深圳耀华实验学校,并在此后用了三年时间读完了小学六年级、初中和高中的全部课程,于2010年以高分考入了中国科技大学少年班,年仅14岁,4年后毕业。

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在中科大读书时的曹原。图自:中科大新创基金会

在谈及过去的经历时,他坦言,自己的成长经历有些“非主流”,但他认为自己“不算特别”,毕竟在大学这一步开始变得有些“按部就班”,待满了整个大学的四年时间,自己“只是跳过了中学里面一些无聊的东西”。

2014年从中科大毕业进入麻省理工(MIT)时,踌躇满志的曹原实际上经历了一番波折,他错过了麻省理工学院物理研究生课程的项目。这意味着,这位已经在凝聚态物理上取得成就的科学家实际上并不隶属于物理系。最终,他依然通过自己就读的电气工程与计算机科学专业,加入到了自己向往的贾里洛-埃雷罗(Pablo Jarillo-Herrero)教授的课题组,继续研究他所热爱的物理。

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曹原在MIT官网上的个人主页。图自:MIT官网

在他的MIT个人主页介绍上,曹原写到:“我是麻省理工学院电气工程与计算机科学系四年级研究生。我对各种各样的东西感兴趣,从物理、电子到计算机科学。我目前在贾里洛-埃雷罗教授的二维材料小组工作。”

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石墨烯超导效应:标志室温超导研究取得重大进展

尽管曹原和导师的团队最终因研究石墨烯的超导性能而震惊学界,但是在2014年曹原加入实验室时,该团队的研究目的实际上并不是为了探究超导,而是在尝试以不同角度对碳原子层进行分层和旋转,探究双层石墨烯的偏转角度会如何影响石墨烯的性能。

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曹原(右)与在麻省理工实验室的导师(左) 。图自:麻省理工网站

这其中,曹原所负责的工作是研究叠在一起的两层石墨烯薄片,在其中一个发生轻微偏转时会发生什么。按照此前的理论预测,这将从根本上使得这种材料的特性产生巨变,诱发电子穿过材料层,并以一种有趣的方式进行交互。

实际上,许多物理学家对此都表现出了怀疑。但是,当曹原开始搭建这些巧妙偏转的石墨烯层时,他的确发现了不同寻常的东西——当石墨烯暴露在一个小型电场,并冷却到绝对温度零度以上1.7度时,通常导电的石墨烯就变成了绝缘体(Y. Cao等人,Nature 556, 80-84;2018)。

这一发现本身,已经足够令人吃惊,“我们已经预料到,这会在学界引发重大反响。”曹原表示。

然而,更令人欣喜的发现还在后边:通过对电场的稍微调整,扭曲的薄片就变成了超导体,在其中,电流可以没有阻力的流动(Y. Cao等,Nature 556, 43-50;2018)——这意味着,只要将两层石墨烯旋转到特定的角度,也就是所谓的“魔角(magic angle)”叠加时,它们就可以在零阻力的情况下传导电子。而该发现很可能是数十年来寻找室温超导体十分重要的一步。在进行重复试验后,实验组相信,这个发现是真实的。

在此前,科学家们已经孜孜不倦的探索,如何将在低压、高温下实现材料超导性的方法应用于生活中,而这个目标也一直是应用物理界最大课题之一。而上述发现无疑将这一目标又拉近了一步。

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曹原作为第一作者在《自然》上发布的论文。图自:《自然》杂志网站

而这一系列的研究成果,最终在2018年3月5日,以连续两篇论文及后附一篇评述的形式,发布在了《自然》杂志上,通讯作者为曹原所在实验室的带头人贾里洛-埃雷罗教授,而这两篇《自然》论文的第一作者均为曹原。

“(针对这一发现)我们能做的事情实在是太多了,”纽约哥伦比亚大学的物理学家科里·迪安(Cory Dean)表示:“我们现在掌握的机会,多到甚至不知道从何下手了。”

斯坦福大学的物理学家、诺贝尔奖获得者罗伯特·拉福林( Robert Laughlin)也在接受采访时称:“我们可以期待,在接下来的几个月里,会有疯狂的实验活动来填补目前这一理论蓝图中缺失的部分。”

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前导师:他已接到全世界多所大学职位邀请

曹原的生活并不止眼前的试验数据。他的导师在接受《自然》杂志采访时称,曹原像个“修补匠”,工作以外的时间非常热衷于用自制的相机和望远镜拍摄夜空。“每次我走进曹原的办公室,里面都乱糟糟的,计算机被拆开了,桌上满是望远镜零件。”贾里洛-埃雷罗说。

而在曹原发布的简历的兴趣爱好一栏,他写下了自己爱好天文摄影,喜欢用照相机和天文望远镜拍摄恒星和星云,同时也非常热爱徒步和建造。除此之外,曹原还有一些不那么“理工男”的爱好,例如喜欢弹钢琴,以及用数码板画画动画插图。

曹原的天文摄影作品。图自:中科大新创基金会

未来的科研生涯将会走向何方,曹原说自己并不知道。曹原在接受《自然》杂志采访时只是说:“对于石墨烯的‘魔角’,我们要做的事情还有很多。”

而他的本科导师,中国科技大学物理学家曾长淦表示,世界各地已经有多所大学向自己的高足抛出了橄榄枝,不仅有博士后的职位,而且还有教职。此前,在2014年,曹原曾荣获中大本科生的最高荣誉——郭沫若奖金。

“在中国的凝聚态物理学家中,每个人都知道他的名字。”曾长淦说。

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