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22歲低調學者曹原 揭石墨烯超導奧秘

2019-01-02 07:22:37 來源:長江商報

長江商報消息 □本報記者 黃聰 綜合報道

22歲中國青年曹原,憑借用“魔角”石墨烯實現超導,入選了《自然》雜志評出的2018年度科學人物。

2018年3月5日,《自然》發表了兩篇以曹原為第一作者的石墨烯重磅論文,曹原發現當兩層平行石墨烯堆成約1.1度的微妙角度,就會產生奇跡的超導效應,而他也成為以第一作者身份在該雜志上發表論文的最年輕的中國學者。

開創“轉角電子學”全新領域

英國物理學會主辦的《物理世界》雜志近日公布由其評出的2018年十大突破,美國麻省理工學院主導的團隊用“魔角”石墨烯實現超導位居榜首,被認為在量子計算等領域有巨大應用潛力。

《物理世界》雜志發布的公報說,麻省理工學院等機構研究人員通過不斷調試兩層石墨烯的旋轉角發現,在特定角度(約1.1度),這一體系會表現出“莫特絕緣體”特性,而如果利用電場在石墨烯上吸附電子,這一體系則能表現出超導特性。公報認為,這種“魔角”石墨烯體系的發現,開創了“轉角電子學”這一全新領域。

這個團隊由麻省理工學院教授巴勃羅·C小哈里略-埃雷羅領導,相關論文今年3月發表在英國《自然》雜志上。論文第一作者是在麻省理工學院攻讀博士的22歲中國青年曹原,他還入選了《自然》雜志評出的2018年度科學人物。

中國科學院大學卡弗里理論科學研究所所長張富春說,這項研究的突破在于,利用成一定旋轉角的兩層石墨烯觀察到與銅氧化物超導類似的現象。“人們以前沒想到可以這樣旋轉,這提供了一種新的材料調控方式。”

物理學家認為,石墨烯的非常規超導有巨大應用潛力,包括用于制造邊界存在“馬約拉納費米子”的拓撲超導態等,這種態對環境的擾動表現出更強的穩定性,非常適于制造量子計算機的量子比特。

2018年其他9項突破包括:用多功能碳纖維實現“無質量”能量存儲,補償器推動先進放射性治療方法的普及,聯合國政府間氣候變化專門委員會關于1.5攝氏度氣候變化的特別報告,全景動態掃描PET/CT“探索者”首次實現全身掃描,無燃料、無螺旋槳飛機起飛,實驗驗證量子力學打破因果序,通過激活視網膜干細胞讓小鼠恢復視力,遠古氫為暗物質提供線索,發現準晶體超導性等。

《物理世界》年度十大突破由該雜志編輯從當年科學進展中遴選,被認為對科學發展尤其是物理學發展有重要提示意義。

被稱“修補匠”,自認“并不特別”

曹原是許多人眼中的天才,2007年,曹原入讀深圳耀華實驗學校,并在此后用了三年時間讀完了小學六年級、初中和高中的全部課程,于2010年以高分考入了中國科學技術大學少年班,年僅14歲。4年后畢業,18歲時前往美國攻讀博士。

在《自然》雜志為曹原撰寫的特稿文章中,曹原承認自己的情況并不常見,但說自己并不特別。

曹原的導師和同事是如何評價他的呢?《自然》雜志稱,曹原在麻省理工的導師認為曹原在內心深處是個“修補匠”,喜歡把東西拆開重裝。“每次我進他的辦公室,里面都亂糟糟的,桌上堆滿了計算機和自制望遠鏡的零件。”

盡管年紀輕輕、又有些害羞,但同事們都說曹原的堅持不懈體現了他的成熟。有一次,曹原花了六個月時間研究一份看似富有突破性的數據,最終卻發現那不過是實驗設置中的巧合。“他有些沮喪,但他只是擼起袖子繼續干下去。”他的導師說。

對于自己的“學霸”成長經歷和所取得的成就,曹原保持著平和的心態。他此前在接受采訪時曾表示,工作之余,他會通過天文攝影進行自我調節。“仰望星空總是能讓我安靜下來。天文攝影涉及包括光學、精密機械、電子電路、嵌入式程序等在內的多方面科學技術,折騰這些東西,都是我的興趣。”

未來的科研生涯將會走向何方,曹原說自己并不知道。曹原在接受《自然》雜志采訪時只是說:“對于石墨烯的‘魔角’,我們要做的事情還有很多。”

而他的本科導師、中國科學技術大學物理學家曾長淦表示,世界各地已經有多所大學向自己的高足拋出了橄欖枝,不僅有博士后的職位,而且還有教職。

“在中國的凝聚態物理學家中,每個人都知道他的名字。”曾長淦說。

釋疑

在《自然》發表兩篇文章

可獲985大學正教授職位

往往聽到家長們口中說著別人家的孩子,自己家的孩子聽多了似乎已經習以為常,但是看到這則消息,讓太多的同齡人變得不淡定起來。同樣都是95后,為什么曹原就那么優秀,同樣也引起了一些質疑。

疑問:這么厲害的天才怎么會去美國?中國留不住人才?

原由:這是個誤會。2010年,高考總分為理科669分,14歲的曹原考入中科大少年班,2012年,他被選為首批交流生赴密歇根大學學習;2013年6月,被牛津大學選中,受邀做兩個月的科研實踐;2014年,獲得中科大本科生最高榮譽獎——郭沫若獎學金。

不久,曹原在牛津大學實踐時的導師陳宇林教授推薦其前往麻省理工學院深造,目前,曹原在電氣工程與計算機科學系攻讀博士,師從物理學家Pablo Jarillo-Herrero。

考入美國麻省理工學院讀博,曹原一直都是中國國籍,身份是中國赴美留學生。但是他取得的成績卻是世界頂尖科學家難以達到的。

疑問:為什么要外國雜志上發表?成果有多厲害?

原由:進入到人們視野里的是他于2018年3月在《自然》(Nature)上一次發表兩篇文章,這也是《Nature》創建149年以來開天辟地頭一回。

《自然》與《科學》、《細胞》并稱世界三大頂級科學期刊。其中,《自然》與《科學》以報道科學世界中的重大發現、重要突破為使命,是綜合性期刊,《細胞》則注重生命科學研究領域,曾刊登過許多重大生命科學研究進展。能夠在三大期刊上發文,是無數科學家孜孜以求的目標,也是評選諾貝爾獎、競選院士、展示大學和科研機構研究實力的重要依據。

雖然近年來中國的科研實力突飛猛進,在三大雜志上的發文數量也有所增加,但對大多數專家學者而言,在《自然》上發文章依然高不可攀。每年在《自然》上的發表數量也不超過20篇。毫不夸張地講在自然上發表兩篇文章,就有資格入選“青年千人計劃”,或者在“211”、“985”大學獲得正教授職位。

作為我國結構生物學領軍人物的施一公,第一次在《自然》上發表論文是在1999年,當時他32歲;被稱為我國“量子之父”的潘建偉院士,27歲在《自然》上發表了第一篇論文。曹原在21歲的年紀,就作為第一作者,一次性發表了兩篇,堪稱“神之操作”。而且,《自然》等不及排版就先行在網站上刊出,并配以第三篇文章做評述,可見其重視程度之深。

關注

中國科學家入選

十大人物已不鮮見

《自然》評選全球年度十大科學人物已是傳統。實際上,近年來入選的中國籍科學家并不鮮見。

2017年,中國物理學家、中國科學院院士潘建偉榜上有名。《自然》雜志以“量子之父”為題報道了潘建偉。報道開頭這樣寫道:“在中國,有人稱他為‘量子之父’。對于這一稱呼,潘建偉當之無愧。在他的帶領下,中國成為遠距離量子通信技術的領導者。”

2015年,中山大學教授黃軍也上榜,黃軍就及其團隊利用基因編輯技術對人類胚胎的一個特定基因進行修改,從而避免該基因突變導致地中海貧血癥。

黃軍就在接受《自然》采訪時說,這項實驗能幫助探討一些重大疾病在基因層面的成因,并有助于研究胚胎發育過程中基因所發揮的作用。然而,由于這類實驗涉及學術倫理,在獲得關注的同時也引發爭議。例如,盡管黃軍就等人使用的是醫院丟棄的異常胚胎,其論文發表后仍引發科學界批評。

2013年,中國禽流感專家陳化蘭也曾入選。陳化蘭的獲選理由是:2013年,為中國應對H7N9禽流感疫情做出了突出貢獻。《自然》雜志將她稱為“戰斗在前線的‘流感偵探’”。

2012年,青年科學家、時任中國華大基因CEO的王俊上榜。《自然》雜志援引哈佛大學遺傳學家喬治·洽奇的評價說,1999年,華大基因支持了人類基因組計劃的1%,而在2012年,華大的基因測序能力,讓其在世界基因測序上的貢獻超出了50%。

“十大人物的故事集中展示了2018年度最難忘的科學事件,這些事件迫使我們思考我們究竟是誰、我們從哪里來、以及我們要去向何處的難題。”《自然》特稿版主編里奇-蒙拿斯特斯基表示。

需要注意的是,《自然》年度十大人物只是選取當年對科學界產生最大影響力的人物,并不一定都是積極的形象,也會包括一些爭議人物,例如入選2017年榜單的美國環保署署長斯科特 普魯特(Scott Pruitt)。他是一名氣候變化懷疑論者,入職后瓦解了奧巴馬政府的一系列環保遺產。今年的爭議人物是南科大副教授賀建奎,他因世界首例基因編輯嬰兒而陷入了輿論的漩渦。

責編:ZB

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