出彩九零后曹原：石墨烯的駕馭者

2018年12月18日，世界頂尖學(xué)術(shù)期刊英國《自然》雜志發(fā)布了“2018年度科學(xué)人物”，讓人意外的是，位居榜首的居然是1996年出生、在美國麻省理工學(xué)院攻讀博士的中國留學(xué)生曹原。每年《自然》年度十大人物的封面圖片都是一個巨大的數(shù)字“10”，具體樣式和底紋都會融入當(dāng)年的科技熱點進行設(shè)計，而這期封面圖片明顯指向曹原的成果。數(shù)字“10”中的“0”被處理成一個正六邊形，宛如構(gòu)成石墨烯的碳環(huán)結(jié)構(gòu)，整個數(shù)字“10”則點出了賦予石墨烯超導(dǎo)能力的“魔角”。

未滿23歲的曹原被《自然》雜志稱為“石墨烯的駕馭者”，他發(fā)現(xiàn)了使石墨烯能夠在沒有電阻的情況下導(dǎo)電的方法，破解了困擾物理學(xué)界107年的世界難題?？梢哉f，這一發(fā)現(xiàn)開創(chuàng)了一個新的領(lǐng)域，該方法將會使能源的使用和運輸更為有效。

三年讀完小初高

曹原的世界一直都是安靜的，卻又是不平靜的，甚至可以說是波瀾壯闊的。他一直是很多人口中那個“別人家的孩子”，因為太過優(yōu)秀。

1996年，曹原出生在成都，3歲左右，他隨父母去了深圳。2007年，曹原轉(zhuǎn)入深圳耀華實驗學(xué)校，連當(dāng)年的老師都沒有想到，會遇到自己執(zhí)教生涯最特殊的一個孩子，這個孩子僅僅用了三年時間就讀完了小學(xué)六年級、初中和高中的全部課程。

“曹原是六年級來到耀華的，在我的印象中，他智力超群，學(xué)習(xí)力很強?！辈茉?dāng)年的班主任、耀華實驗學(xué)校副校長肖甜表示，“上學(xué)的時候，他已經(jīng)展示出了過人的靈氣和天賦。善于思考，勤于動手，我們發(fā)現(xiàn)了他這個特點，著重在動手能力培養(yǎng)方面給他創(chuàng)造條件。而他的家長也不惜一切代價，給他創(chuàng)造條件——支持曹原在家里搭了一個小實驗室，還購置了一批化學(xué)、物理的實驗儀器。學(xué)校為了滿足他的好奇心，提供超過教學(xué)大綱的實驗條件。”

2010年，曹原以高分考入了中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)少年班，那一年，他只有14歲。

創(chuàng)造出魔法角度，

石墨烯零阻力傳輸電子

四年后，曹原從中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲得了本科學(xué)位，前往美國攻讀博士。此后，曹原再接再厲，先后發(fā)表了兩篇關(guān)于原子厚度碳片層奇異行為的論文，開啟了物理學(xué)的一個全新領(lǐng)域。曹原承認自己的情況有別于常人，但是說自己并不特殊，畢竟他還是用四年時間讀完大學(xué)本科，“我只是跳過了中學(xué)里一些無趣的部分”。

2014年，曹原加入了Pablo Jarillo-Herrero在麻省理工學(xué)院的團隊，該團隊當(dāng)時已經(jīng)開始進行將碳片層堆疊和旋轉(zhuǎn)至不同角度的嘗試。曹原的主要工作是考察在堆疊的雙層石墨烯中，如果將其中一層相對另一層旋轉(zhuǎn)極小的角度后會發(fā)生什么。根據(jù)一種理論預(yù)測，這種扭曲會極大地改變石墨烯的行為，但許多物理學(xué)家對此持懷疑態(tài)度。曹原決心創(chuàng)造出這種以微妙角度扭曲的雙層石墨烯，他發(fā)現(xiàn)了一些奇異的現(xiàn)象。對石墨烯施加微弱的電場并冷卻至絕對零度以上1.7度時，會讓能導(dǎo)電的石墨烯變成絕緣體。這一發(fā)現(xiàn)十分令人驚訝。

曹原說：“我們已經(jīng)料到這會對整個領(lǐng)域帶來巨大影響。但更好的消息還在后面：只需稍微調(diào)整一下電場，扭曲的雙層石墨烯就能成為一個超導(dǎo)體，讓電子實現(xiàn)零電阻流動。”他們在第二個樣本中觀察到了同樣的現(xiàn)象，最終確認了自己親眼所見的事實。

通過簡單的旋轉(zhuǎn)就能讓原子厚度的碳材料產(chǎn)生復(fù)雜的電子態(tài)，這一研究成果讓物理學(xué)家爭相對其它扭曲二維材料的奇異行為進行實驗。一些物理學(xué)家甚至希望石墨烯能夠闡明復(fù)雜材料為何會在更高的溫度下成為超導(dǎo)體。

應(yīng)用前景廣闊

哥倫比亞大學(xué)物理學(xué)家Cory Dean表示：“我們接下來可以做的事情太多了，眼前的機會巨大。”成功將平行的雙層石墨烯扭曲至約1.1°的“魔角”需要一些試錯，但曹原很快就掌握了可靠的方法。Jarillo-Herrero認為曹原的實驗技巧至關(guān)重要。

曹原原創(chuàng)的方法先將單層石墨烯撕裂，組成方向相同的雙層石墨烯，并在此基礎(chǔ)上進行微調(diào)校準。曹原還通過調(diào)整低溫系統(tǒng)，達到了能讓超導(dǎo)態(tài)更為顯著的溫度。

2018年3月5日，《自然》發(fā)表了兩篇以曹原為第一作者的石墨烯重磅論文。曹原發(fā)現(xiàn)當(dāng)兩層平行石墨烯堆成約1.1°的微妙角度，就會產(chǎn)生神奇的超導(dǎo)效應(yīng)，而他也成為以第一作者身份在該雜志上發(fā)表論文的最年輕中國學(xué)者。有科學(xué)家指出，曹原這組重磅論文的發(fā)表，可能預(yù)示著改變?nèi)祟惿畹闹卮蟀l(fā)現(xiàn)。

（摘自《中華兒女》2019.1）