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25歲天才少年曹原再次在《自然》刊文:三層扭轉石墨烯誕生

2021-04-01 16:11:02

2021年2月1日,被譽為“天才少年”的95后博士曹原再次以共同一作+通訊作者的身份在Nature上刊文!

這是曹原今年的首篇Nature,也是他繼2018年在Nature上背靠背發表了兩篇論文,2020年繼續背靠背連發兩篇Nature介紹石墨烯后的又一新突破!

這回,曹原介紹的不再是他們雙層魔角石墨烯的工作,而是三層!這位“出道即巔峰”的天才少年,一直在用自己的科研成果告訴我們,他真的很牛....

 

曹原新年首篇Nature

2021年2月1日,95后博士曹原再次以共同一作+通訊作者的身份在Nature上刊文。曹原之前發表了很多Nature來介紹他們的雙層魔角石墨烯的工作,但是這次不一樣,這次是三層!

摩爾超晶格(Moiré superlattices)最近已經成為研究相關物理學和超導性的平臺,具有前所未有的可調節性。盡管在其他幾個摩爾系統中也觀察到了相關效應,但魔角扭曲雙層石墨烯仍然是唯 一一種可重復測量到強超導性的石墨烯。

在此,作者在魔角扭曲三層石墨烯(MATTG)中發現了摩爾超導,其電子結構和超導性能的可調性優于魔角扭曲雙層石墨烯。

通過測量霍爾效應和量子振蕩作為密度和電場的函數,作者能夠確定系統在正常金屬狀態下的可調相位邊界。零磁場電阻率測量表明,超導性的存在與每個摩爾單元的兩個載流子產生的破缺對稱性相位密切相關。作者發現超導相位受到抑制,并局限于部分圍繞破對稱性相位的范霍夫奇點,這很難與弱耦合Barden-Cooper-Schriefer理論相協調。此外,系統廣泛的原位可調性能夠達到以Ginzburg-Landau相干長度為特征的超強耦合狀態,這達到粒子間的平均距離,以及非常大的TBKT/TF值,超過0.1(其中TBKT和TF分別是Berezinskii-Kosterlitz -Thouless是轉變溫度和費米溫度)。

這些觀察表明,MATTG可以在接近二維玻色-愛因斯坦凝聚體的交叉處進行電調諧。該研究結果建立了一系列可調諧摩爾超導體,它們有可能徹底改變我們對強耦合超導的基本認識和應用。

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圖1.鏡像對稱MATTG中的電子結構與強超導性

 

 

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圖2. MATTG相圖

 

 

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圖3. 超強耦合超導性與BCS -BEC交叉的接近度

 

 

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圖4. |ν| = 2相的超導性與載流子之間的聯系

 

曹原是誰?

為什么叫他“天才少年”?

 

1996年,曹原出生在成都。據曹原的同學介紹,他從小就是個天才。2007年,曹原11歲時,因天賦秉異,其來到了深圳耀華實驗學校就讀,在這里,曹原開啟了天才之路,一年時間他把小學的課程全部結束。第二年來到了初中部,又花了一年時間初中就畢業了。再用了一年時間,曹原小學同學還在讀初中的時候,他就高中畢業參加高考了。

曹原之所以可以一年完成初中學業,一年完成高中學業,這些都離不開父母對他的前期教育,畢竟她們來到深圳耀華實驗學校就讀之前,還有9年時間是在鋪墊,這種鋪墊正是對曹原基礎教育和擴寬思路的時間。

曹原在2010年,順利考入中國科學技術大學。這一年曹原14歲,他的高考總分為理科669分。

同年,曹原榮獲中國科技大學的郭沫若獎學金。這樣的榮譽沒有讓曹原驕傲,繼續努力,勇攀高峰才是曹原該做的事情,他說他不能想做“仲永”。也正如曹原所言,他不是一位長大后就“泯然眾人”的少年神童,在未來的日子里,他依然延續著他的神話。

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來到了中國科學技術大學的曹原,被學校特批送如了“嚴濟慈物理英才班”,這可是號稱中國頂 尖科學家搖籃的班級,他以少年人的身份進入此班,讓很多人驚訝。

 

這一天,曾長淦教授正在辦公室休息,突然聽見了敲門聲,他抬頭一看,是一個瘦小的身影,曾長淦教授微微一笑,說道:“曹原?你怎么來了。”曹原來到了曾長淦教授面前,說出了自己的想法,他想學習石墨烯超晶格知識,曾長淦教授聽了后,逐漸收斂了笑容,他知道曹原為什么想學石墨烯超晶格知識,一定是他想研究石墨超導技術,并非是曾長淦教授小瞧了曹原,實在是這個石墨超導技術,全球已經研究了一百多年了,到今天都沒有沒有大的突破,他擔心,一代天下少年因為這個選擇而明珠暗投。

曾長淦教授還是尊重曹原的想法,對曹原講了厲害關系,最終,曹原堅定的點頭,他認為他對石墨超導技術有信心,也愿意承擔這樣的責任。在與曹原父母溝通之后,曹原順利的開始學習石墨烯超晶格知識。曾長淦教授看著毅然決然的曹原,不無贊賞的說道:“雖然我的實驗室出了很多郭沫若獎,但他在其中非常特殊,必有大成。”

2012年,曹原迎來了人生重要的一個機會。他作為交流生被派到了密歇根大學學習,交流學習之后,曹原不負眾望,在2013年拿到了中國科學技術大學的“頂 尖海外交流獎學金”。證明了自己沒有浪費這個名額,這次前去,意義重大,為他日后的成就打實了基矗

2015年,曹原迎來了他人生的轉折點,在這一年,曹原憑借自己優 秀的能力和卓越的天賦,被導師推薦到了全球第 一大理工科大學麻省理工學院攻讀博士學位。

2018年3月5日,《自然》背靠背發表了兩篇以曹原為第 一作者的石墨烯重磅論文。這名中國科大少年班的畢業生、美國麻省理工學院的博士生發現當兩層平行石墨烯堆成約1.1°的微妙角度,就會產生神奇的超導效應。這一發現轟動國際學界,直接開辟了凝聚態物理的一塊新領域。并于當年榮登《自然》雜志影響世界的十大科學人物榜首。

同年,曹原以22歲的年齡入選了福布斯中國發布的2018年中國“30位30歲以下精英”科技領域榜單,成為了入選者年齡最小的一位。

2020年5月6日,24歲的曹原與其博導Pablo Jarillo-Herrero背靠背連發兩篇Nature文章,介紹魔角石墨烯研究的新突破。其中,曹原為一篇論文的第 一作者,并與導師共同為文章通訊作者。另一篇Nature論文中,曹原與其他兩位作者并列文章第 一作者。

這樣一位天才少年,在2018年接受《中國日報》海外版采訪時表示,并不覺得自己很特別,反而認為項目里的每個人都非常聰明。

在相關的特寫文章中,曹原也稱自己“并不特別”,大學還是讀滿了4年,只是跳過了中學階段的一些“無聊東西”。他在麻省理工的導師評價道,曹原的實驗技巧在研究中至關重要。曹原在內心深處是個“修補匠”,喜歡把東西拆開重裝,辦公室里堆滿了計算機和自制望遠鏡的零件,亂糟糟的。

 

不做“仲永”

曹原科研之路節節攀升

2021年,25歲的曹原再次以一篇Nature開始了自己的科研進程。

在之前,很多人都認為曹原是“天才少年”,就是因為他的年紀太小,和我們比起來實在是太年輕了,因此,當時也有不少人持不看好態度,畢竟天才少年傷仲永的事情我們看的太多。誰都不知道他會不會是一位“泯然眾人”的少年神童。

曹原曾在采訪里提到,自己不想做“仲永”,勇攀高峰才是該做的事情,很顯然,他做到了。

這樣一位謙虛有禮的少年,不停的用實際科研行動,向我們做出了展示。

2018年3月5日,Nature 背靠背發表了兩篇以曹原為第 一作者的石墨烯重磅論文。這名中科大少年班的畢業生、美國麻省理工學院的博士生發現當兩層平行石墨烯堆成約1.1°的微妙角度,就會產生神奇的超導效應。這一發現轟動國際學界,直接開辟了凝聚態物理的一塊新領域。時至今日,仍然有無數學者試圖重復、拓展他的研究。

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曹原 圖片來自《自然》雜志

而這個發現也讓曹原在2018年登上了Nature年度十大科學家之首,這是該雜志創刊149年歷史上年齡最小的入榜者。曹原也成了以“第 一作者”身份在該雜志上發表論文的最年輕的中國學者。

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封面圖片暗示曹原發現的石墨烯“魔角”

2020年5月6日,24歲的曹原與其博導Pablo Jarillo-Herrero背靠背連發兩篇Nature文章,介紹魔角石墨烯研究的新突破。

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曹原為這篇論文的第 一作者,并與導師共同為文章通訊作者。

需要指出的是,通訊作者通常由教授等課題組長擔任。曹原成為通訊作者,表明他是論文的主要創意貢獻者之一。

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另一篇Nature論文中,曹原與其他兩位作者并列文章第 一作者。

研究團隊致力于研究扭曲角的分布信息。他們以六方氮化硼(hBN)封裝的MATBG為研究對象,使用納米級針尖掃描超導量子干涉裝置(SQUID-on-tip)獲得處于量子霍爾態的朗道能級的斷層圖像,并繪制了局部θ變化圖。該設備的相對精度達到0.002度,空間分辨率為幾個莫爾周期。

2021年2月1日,曹原再次在Nature 上刊文,這回,他的研究有了新突破,不再拘泥于雙層魔角石墨烯的工作,而是三層!

我們期待曹原在未來繼續帶給我們驚喜!

 

來源:本文來自募格學術整理于自微算云平臺(Sapere Aude)、Nature、納米人、安徽商報、新安晚報 、科學網。

原文地址:https://new.qq.com/rain/a/20210203A02GIX00


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