超导体曹原,天才物理学家曹原，超导体曹原

谢芳

2020年5月6日，伦敦，中国科技大学2010级大三校友、美国麻省理工学院“95后”博士生曹源以第一作者、合作作者、共同第一作者身份在最新一期《自然》杂志上发表了两篇石墨烯论文。

事实上，早在2018年3月5日，《自然》就在网站上发表了两篇以曹源为第一作者的重磅石墨烯论文，并特别配发了美国宾夕法尼亚大学教授尤金·梅勒(Eugene J. Mele)对这一重大突破的评论。因此，曹原成为最年轻的以第一作者身份在《自然》发表论文的中国学者。

2018年12月18日，《自然》杂志发布了2018年度科学人物，曹原位列榜首。许多报道称其为“中国最年轻的潜在诺贝尔奖得主”。有多厉害？

《自然》《科学》《细胞》并称为世界前三大科学期刊。

能够在三大期刊上发表文章是无数科学家为之奋斗的目标，也是评选诺贝尔奖、竞选院士、展示高校和科研机构研究实力的重要依据。

但是，光是大自然90%的拒绝率就已经足够让人望而生畏了。

在全球范围内，有能力在三大期刊上发表文章的，要么是世界顶级实验室，要么是世界顶级团队，或者两者兼而有之。

这些顶尖团队的专家教授，在争分夺秒做实验的同时，紧盯竞争对手的动向。他们打开电脑第一件事就是看相关领域三大期刊发表的论文。如果没有新的，他们可以放松一下。如果别人发表相关成果，自己的研究几乎就白费了！

颜宁曾在《科学》杂志上发表论文，并被普林斯顿大学聘为终身教授，他曾将这种情况描述为“生而要死”。

21岁的曹原作为第一作者，一次性发表两篇文章，堪称“神操作”。

而且《自然》等不及排版先在网站上发布，还有第三篇文章评论，可见其关注的深度。

更有甚者，两年后，他又在《自然》上发表了两篇文章，介绍了魔角石墨烯研究的新突破。为30年来对超导体的探索开辟新的思路

2018年引起轰动的两篇论文到底说了什么？

曹源和他的团队发现，当两层石墨烯堆叠在一起，当边角接近魔角(即1.1)，温度环境达到1.7K(-271℃)时，它们会表现出非常规超导性，其性质类似于氧化铜的高温超导性(其结构往往难以调整)。

事实上，要理解这两篇论文的意义，首先要理解什么是超导。

1911年，荷兰物理学家海克·卡默林格·昂内斯等人发现，当水银冷却到接近0K(-273℃)时，电子可以毫无“阻力”地通过。他们把这种“零阻态”称为“超导性”。具有超导性的材料具有很强的应用价值，因为一般材料在导电的过程中会消耗大量的能量。

以输电电缆为例，从电站到用户的传输过程中，能耗损失越小，经济效益越大。

随着超导体的出现，传输过程中的能量损耗几乎为零。但目前大部分超导体只在接近0K(-273℃)的温度下工作，保持低温显著增加了超导体的应用成本。

如果该材料能够在室温下实现超导，就可以避免昂贵的冷却成本，彻底改变能量传输、医学扫描仪、交通运输等相关领域的现状。

既然室温超导有这么好的好处，我们就不能找合适的材料吗？没那么简单。目前，材料达到超导状态的最高温度约为133K(-140℃)。这种材料就是氧化铜，是上世纪80年代发现的。

30多年来，在寻找室温超导体的过程中，氧化铜一直是物理学家关注的焦点。

但如上所述，氧化铜的结构往往很难调整，所以很难通过实验找出超导机理。曹渊及其团队的贡献在于，在描述双层石墨烯的电子密度与温度的关系时，他们发现了与铜氧化物超导体类似的结果。这为物理学家发现氧化铜的超导机制提供了前所未有的体系，也为寻找室温超导材料提供了思路。

研究的另一个亮点是，人们期待已久的只有纯碳基石墨烯用于实现超导相。石墨烯具有各种奇特的性质，如高导电性、透光性、机械强度、稳定性等。，都得到了不同程度的应用，但超导性还没有实现。

有网友对此评论:自然应该很荣幸发表曹原团队的文章。

而2020年最新的两篇论文意义依旧重大，在第一篇论文中，曹原等人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。

曹原荣获郭沫若奖时与时任校长侯建国院士合影。图片|瞭望智库但是，2020年最新的两篇论文仍然意义重大。在第一篇论文中，曹渊等人致力于通过控制扭曲角将魔角特性推广到其他二维研究体系，从而调谐和控制电子-电子相互作用的强度，实现类似的物理行为。曹获郭沫若奖时，与时任校长侯建国院士合影。图片|瞭望智库

研究结果将为探索多平带扭曲超晶格中受扭曲角和电场控制的相关物质相提供理论依据。

在另一篇论文中，曹渊等人致力于研究扭转角的分布信息。他们以六方氮化硼(hBN)封装的MATBG为研究对象，利用纳米级针尖扫描超导量子干涉装置(SQUID-on-tip)获得了量子霍尔态下朗道能级的层析图像，并绘制了局域θ变化图。该研究为相关物理现象的认识和应用提供了指导。中国科学技术大学的传奇人物

曹源的优异成绩，既得益于麻省理工的超级团队，也得益于中科大的精心培养，尤其是中科大少年班的“非凡教育”。

中国科学技术大学少年班是由诺贝尔物理学奖获得者李政道先生首先提出的。1975年5月，他回国访问，发现中国各行各业一片狼藉，科技人才数量严重失调。于是他通过周总理向毛主席建议:“从全国挑选少数有条件的少年，大约十三四岁，到大学去锻炼”，培养一支“小而精的基础科学工作者队伍”。旨在从青年人才入手，使我国各类人才的培养步入正轨。

1978年3月8日，中国科学技术大学成立少年班，主要招收未完成正规中学教育但成绩突出的青年接受大学教育。

其宗旨是探索我国优秀人才培养的规律，培养科技领域的优秀人才，促进我国科技、教育和经济建设的发展。

40年来，中科大少年班输出的优秀人才数不胜数，遍布社会。

中科大少年班毕业的曹源，延续了师兄师姐们的优秀，扛起了中科大的荣耀。

曹原1996年出生，2020年才24岁。从小就是一个大人口中的“别人家的孩子”:高一只读了一个月，高二读了三个多月，高三读了半年才参加中考，顺利考上了深圳华钥实验学校。

华钥实验学校以其“非凡的教育”而闻名。负责该项目的副校长朱元教授中国科学技术大学低年级学生已有20多年。

曹媛对化学和物理非常感兴趣。化学实验需要的硝酸银价格昂贵，很难买到，于是他买了硝酸，把母亲的银手镯放进去，人工“合成”硝酸银。

高中很忙。他放学回家已经是晚上10点了，但是还要花一个多小时做各种化学试剂。

2010年，14岁的曹媛以高考669分的成绩考入中国科大少年班学院，入选“严济慈物理英才班”。

中科大天才少年班竞争激烈，但曹源在里面如鱼得水。

同校的知乎网友回忆，经常在各大教授办公室看到挂在胸前的钥匙的曹源，认真地提问。

在中国科技大学教授计算物理的丁泽军教授，因其严谨而苛刻的教学让许多学生“望而生畏”。他被称为“丁老怪”。

但是，这个“丁老怪”却称赞了曹颖元。他曾说曹颖元是个“非常聪明的家伙”。本科时，他只用了一个寒假就完成并发表了一篇计算机物理课程相关研究成果的文章。“真是个怪物！”

现在丁教授每年在计算机物理课的介绍里都会提到曹渊。

中科大物理学院曾教授也证实——“这就是在我实验室待过的宝宝。”

“(本科)还发了一篇PRB的理论文章(物理学术期刊)在我们实验室。当时我觉得他太厉害了。”“他太让人放心了:只要把题目给他，他一定能行！”

除了发表论文的爱好，曹渊还喜欢摄影和天文，经常在朋友圈发天文观测照片。

当然，曹颖元的人生远不止于此。2012年，入选首批交换生赴密歇根大学学习；2013年6月，被牛津大学选中，受邀做为期两个月的研究实践；2014年获中国科大本科生最高荣誉奖郭沫若奖学金。不久，他在牛津大学的导师陈玉林教授推荐他去麻省理工学院深造。目前，曹源正在电气工程与计算机科学系攻读博士学位，师从物理学家巴勃罗·贾里洛-赫雷罗(Pablo jar illo-Lawrence)，他是本文提到的四篇石墨烯论文的通讯作者，也就是项目总负责人。

一位熟悉曹颖元的小学校长说:我们都认为他可能成为下一个庄小炜，这并不过分。因为他太强了，曾经是中科大的传奇人物。

现在，曹渊没有停下脚步，又投入到新一轮的实验和研究中。

未来，中国更多的少年英才，将继续书写自己的辉煌，并为祖国的繁荣做注脚。

未来，中国会有更多的青年才俊继续书写自己的辉煌，为祖国的繁荣昌盛做注脚。