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石墨烯驾驭者:中国95后学者登上自然杂志年度人物榜首

字号+ 作者:lobtom 来源:未知 2018-12-29 08:03 我要评论( )

原标题:世界权威科学杂志梳理回顾2018年最令人难忘的重大进展 中国95后学者登上《自然》年度人物榜首 英国《自然》杂志每年都会遴选出对科学界产生重大影响的年度人物。今年公

  原标题:世界权威科学杂志梳理回顾2018年最令人难忘的重大进展 中国95后学者登上《自然》年度人物榜首

  英国《自然》杂志每年都会遴选出对科学界产生重大影响的年度人物。今年公布的名单中,有对石墨烯超导研究获得重大发现的中国年轻学者,也有推动全球变暖报告问世的法国气候学家;有发现混血古人类的德国古遗传学家,也有绘制超详银河系星图的荷兰天文学家……每一位年度人物的故事,都在述说2018年最为难忘的科学事件。

  22岁的曹原协助发现让石墨烯实现零电阻导电的方法,该成果开创了物理学一个全新的研究领域,能源利用率与能源运输效率有望大幅提高。

  曹原的青少年时期异于常人。18岁时,他已从中国科学技术大学拿到了本科学位,并前往美国开始攻读博士。此后,曹原再接再厉,先后发表了两篇关于原子厚度碳片层奇异行为的论文,开启了物理学的一个全新领域。曹原承认自己的情况有别于常人,但他说自己并不特殊,毕竟他还是用了四年时间读完大学本科:“我只是跳过了中学里一些无趣的部分。”

  2014年,曹原加入美国麻省理工学院帕布罗·埃雷罗团队,该团队当时已经开始进行将碳片层堆叠和旋转至不同角度的尝试。曹原的主要工作是考察在堆叠的双层石墨烯中,如果将其中一层相对另一层旋转极小的角度后会发生什么。根据一种理论预测,这种扭曲会极大地改变石墨烯的行为,但许多物理学家对此持怀疑态度。曹原决心创造出这种以微妙角度扭曲的双层石墨烯,并发现了一些奇异的现象。对石墨烯施加微弱的电场并冷却至绝对零度以上1.7℃时,会让能导电的石墨烯变成绝缘体。这一发现本身足以令人惊讶。

  曹原说:“我们已经料到这会对整个领域带来巨大影响。”但更好的消息还在后面:只需稍微调整一下电场,扭曲的双层石墨烯就能成为一个超导体,让电子实现零电阻流动。他们在第二个样本中观察到了同样的现象,最终确认了此前亲眼所见的事实。

  通过简单的旋转就能让原子厚度的碳材料产生复杂的电子态,这一研究成果让物理学家争相对其它扭曲二维材料的奇异行为进行实验。一些物理学家甚至希望石墨烯能够阐明复杂材料为何会在更高的温度下成为超导体。哥伦比亚大学物理学家克里·迪恩表示:“我们接下来可以做的事情太多了,眼前的机会巨大。”成功将平行的双层石墨烯扭曲至约1.1°的“魔角”需要一些试错,但曹原很快就掌握了可靠的方法。埃雷罗认为,曹原的实验技巧至关重要。

  曹原原创的方法先将单层石墨烯撕裂,组成方向相同的双层石墨烯,并在此基础上进行微调校准。曹原还通过调整低温系统,达到了能让超导态更为显著的温度。

  曹原喜欢将东西拆了重装。他的导师说,曹原本质上是个“动手达人”,他在工作之余会用自制相机和望远镜拍摄夜空,这些作品在曹原的办公室随处可见。

  虽然曹原很年轻,略带羞涩,但在他的同事眼中,曹原的坚持不懈体现了他的成熟。22岁的曹原对自己未来的职业道路还不确定,他说:“在魔角石墨烯上,我们还有很多事情要做。”

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