95後博士生曹原連發兩篇Nature，均為一作，網友：這才是真正的後浪

机器之心發表於2020-05-08

石墨烯研究領域的「巨浪」再次掀起！

當地時間 5 月 6 日，中科大 2010 級少年班畢業生、美國麻省理工學院（MIT）「95 後」博士生曹原與其博導 Pablo Jarillo-Herrero 連發兩篇 Nature 文章，介紹了「魔角石墨烯」研究的新突破。

這是被認為「天才少年」的曹原第二次連發兩篇 Nature：在 2018 年 3 月，曹原同樣以第一作者的身份連發了兩篇 Nature，開闢了凝聚態物理的新領域，一時令學術界震動。

曹原 1996 年出生於四川成都，14 歲透過高考進入中國科學技術大學嚴濟慈物理英才班。儘管表現出超越常人的學術天賦，但曹原仍然讀滿了四年本科，他說：「我只是跳過了中學裡一些無聊的事情。」

2014 年，曹原遠赴麻省理工學院攻讀碩博，進入 Pablo Jarillo-Herrero 小組，在此期間，曹原發現了石墨烯的非規超導電性。

2018 年 3 月 5 日，《Nature》在一天之內連續發表了兩篇石墨烯超導方面的論文，第一作者均為曹原。文章刊登後立即在整個物理學界引起巨大反響。一些報導稱其「一舉解決了困擾世界 107 年的難題」。（兩篇論文分別為《Correlated insulator behaviour at half-filling in magic-angle graphene superlattices》與《Unconventional superconductivity in magic-angle graphene superlattices》）

1911 年，荷蘭物理學家卡末林・昂內斯因發現一種能將電子損失降到 0 的傳輸材質，即「超導體」，而獲得諾貝爾獎物理學獎。超導體有助於大幅降低電力傳輸過程中的巨大能源損耗。但令人遺憾的是，要想實現這種傳輸條件，環境必須在絕對零度（零下 273 攝氏度）之下。此後，無數科學家前赴後繼，希望研製出能在常溫條件下實現「超導體」效能的材料，但均以失敗告終。

曹原的貢獻在於發現了讓石墨烯實現超導的方法。具體而言，就是發現了當兩層平行石墨烯堆成約 1.1° 的微妙角度（魔角）時，就會產生以 0 電阻傳輸電子的神奇超導效應。

曹原因此成為最年輕的以一作身份在《Nature》發表論文的中國學者。也是在這一年的 12 月，曹原登上《Nature》年度科學人物榜單首位。

95後博士生曹原連發兩篇Nature，均為一作，網友：這才是真正的後浪

《Nature》在年度文章中如此介紹這位史上年齡最小的入榜者、年僅 22 歲的曹原：

「從本質上講，他是一個『工匠』。閒暇時候，他用自制的相機和望遠鏡拍攝夜空，這些器械的零件通常散落在他辦公室的各個地方。」

「在中國的凝聚態物理學界，他的名字無人不知。大學希望他回來，但他的本科導師認為他應該繼續呆在美國，那裡更容易看到星星。」

聚焦「魔角石墨烯」研究新發現

曹原一直致力於石墨烯的研究，此次背靠背連發兩篇 Nature 文章，進一步介紹了「魔角石墨烯」研究的新突破。

在第一篇 Nature 論文中，曹原等人介紹了一種基於小角扭曲雙層石墨烯（twisted bilayer-bilayer graphene, TBBG）的高度可調諧關聯絡統。研究人員發現，TBBG 表現出豐富的相圖性質，並具有對扭曲角和電位移場高度敏感的可調諧關聯絕緣態，這種可調諧關聯絕緣態又能夠基於電位移場的開關狀態進行轉換。最後他們認為這些研究結果有利於在扭曲超晶格中探索扭曲角 / 電場可控的關聯相。

除第一作者身份之外，曹原還與其導師 Pablo Jarillo-Herrero 教授為文章的共同通訊作者。

論文地址：https://www.nature.com/articles/s41586-020-2260-6

95後博士生曹原連發兩篇Nature，均為一作，網友：這才是真正的後浪

扭曲雙層石墨烯中的可調諧關聯態和自旋極化相。

在第二篇 Nature 論文中，曹原等人展示了魔角扭曲雙層石墨烯（magic-angle twisted bilayer graphene, MATBG）的研究。他們利用奈米級針尖掃描超導量子干涉裝置（SQUID-on-tip）獲得量子霍爾態下朗道能級的斷層影像，並繪製六方氮化硼（hBN）封裝的 MATBG 器件的區域性 θ 變化圖，相對精度達到 0.002 度，空間解析度也為幾個莫爾週期。最後，研究者確立了 θ 無序作為非傳統無序型別的重要性，從而可以將扭曲角梯度用於能帶結構工程，以及器件應用的門可調諧內建平面電場。

曹原與另外兩位作者 A. Uri 和 S. Grover 並列文章第一作者。

論文地址：https://www.nature.com/articles/s41586-020-2255-3

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