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中科大少年班校友、1996年出生的曹原,再次连发两篇Nature文章!

最新一期Nature,连发两篇魔角石墨烯的最新进展,来自麻省理工学院Pablo Jarillo-Herrero课题组。

其中一篇,曹原是第一作者兼共同通讯作者;而另一篇Nature的共同一作中,曹原的名字同样在列。

似曾相识?恭喜你答对了。

就在2年前,Nature同样在同一天里连刊2篇曹原的一作文章。这一年,曹原还登上了Nature2018年度十大人物」榜单榜首,被Nature称作「石墨烯驾驭者」。

也就是说,今年年仅24岁的曹原,已经有4篇一作Nature论文傍身。

再次连发2Nature

那么,这次曹原的这两篇最新Nature论文,究竟是怎样的进展?

这两项研究都是对魔角石墨烯的进一步拓展。

第一篇论文,曹原为第一作者,与谷口尚(Takashi
Taniguchi
)及导师Pablo Jarillo-Herrero同为通讯作者。

研究基于小角度扭曲的双层双层石墨烯(TBBG)(由两片旋转的Bernal堆叠双层石墨烯组成)进行。

研究人员重点研究了三个扭曲角θ分别为1.23°,1.09°和0.84°的TBBG

他们发现,TBBG表现出丰富的相位图,具有可调谐的相关绝缘子态,对扭曲角和电位移场都非常敏感。

而这也就证明了自旋极化基态的存在。

此外,在较小的扭曲角范围内,TBBG在电中性区附近显示出多组平带信号。

作者表示,研究结果使得多平带扭曲超晶格中的物质扭曲角,和电场控制的相关相态的探索成为可能。

第二篇论文,共同一作是Aviram UriS. Grover和曹原。

这项研究的研究对象是六方氮化硼(hBN)封装的魔角扭曲双层石墨烯(MATBG)。

研究人员采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层析图像,发现了θ无序度和MATBG传输特性的质量之间的相关性。

此外,研究人员还观察到,θ的梯度会产生大的栅极可调(gate-tunable)平面电场,即使在金属区域也不会被屏蔽,通过在样品bulk中形成边缘通道,这会深刻改变量子霍尔态,并可能影响到相关的和超导态的相图。

开辟新方向,不断自我超越

这次的两篇新论文,是对曹原自己开创的研究方向的又一次推进。

20183月,曹原就以连发两篇一作Nature文章的壮举,誉满全球。

其魔角石墨烯研究,在当时可谓是轰动物理学界,直接开辟了凝聚态物理的一块新方向。

曹原研究发现,对石墨烯施加微弱的电场并冷却至1.7K时,就会让能导电的石墨烯变成绝缘体。

而在同等条件下,稍微调整一下电场,旋转双层石墨烯在转角接近魔角(正常条件下约为1.1°),石墨烯就会表现出超导的现象。

能让石墨烯实现超导,一经发布,震动业界。

一直以来,超导体因为有助于大幅降低电力传输过程中的巨大能源损耗,备受关注,但因其环境条件苛刻而限制颇多。

在此前,发现超导物质的科学家们,都获得了很高的赞誉。

早在1911年,荷兰物理学家昂内斯因发现一种超导体汞,将汞冷却至4k(约为-269℃)时电阻就会将为0,并于1913年获得诺贝尔物理学奖。

1986年,两位德国物理学家柏诺兹和缪勒,又发现一种新材料,在133K(约为-140℃)时就能转变为超导体,一下子把温度提高了几十度,两人就共同获得诺贝尔物理学奖。

不过随后,在超导领域的研究似乎进入了至暗时刻,几十年来鲜有重大突破。诺贝尔奖获得者罗伯特·B·劳克林(Robert Betts Laughlin,因研究量子霍尔效应闻名)曾表示:

物理学家们已经在至暗和低谷(超导研究)中,徘徊了30年。

所以可想而知,两年前的那项研究引发怎样的轰动——当时Nature都来不及排版就立即在线发布了。

中国天才少年曹原,也由此在国际上一战成名。

天才少年曹原

但在国内,曹原早已声名鹊起。

曹原,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。

曹原(左)

14岁,普通人还在上初中的年纪,他就以669分的高考成绩被中科大少年班录取,并入选严济慈物理英才班。

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。

此外,本科期间,他就在Journal of
Magnetism and Magnetic Materials
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。

毕业的时候,曹原还获得了中科大本科生最高荣誉——郭沫若奖学金。

18岁,普通人还在奋笔疾书、逐梦高考时,他已经远赴重洋,前往麻省理工学院攻读博士学位了。

2014年,曹原加入了Pablo Jarillo-Herrero团队。

他的导师Pablo
Jarillo-Herrero
,是研究石墨烯的超级大牛,来自西班牙巴伦西亚。1999年毕业于当地巴伦西亚大学物理学系,随后在加州大学圣地亚哥分校获得硕士学位,在荷兰代尔夫特理工大学获得博士学位,并继续在那从事博士后工作。

他于20081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。

曾获西班牙皇家学会青年研究奖、IUPAP半导体物理学青年科学家奖、两度获得摩尔量子材料研究奖。就在今年,他还获得了APS Oliver E. Buckley凝聚态物理奖,和有诺奖风向标之称的沃尔夫物理学奖。

天赋、名师、努力,曹原的经历,或许只能用「传奇」来形容。

难怪网友会说:他不是后浪,是海啸。

也有网友评价:这就是离诺贝尔物理学奖最近的中国人。

今年,曹原,24岁。