原標題:提氣,!教授怒贊“怪物”的中國21歲博士在《自然》上連發(fā)兩篇“石墨烯”論文!
來源:瞭望智庫(lD:zhczyj)
2018年3月5日,,國際頂尖期刊《自然》以背靠背的長文形式,,在網(wǎng)站刊登了麻省理工學院Jarillo-Herrero教授課題組石墨烯超導的重大發(fā)現(xiàn),。此外,,網(wǎng)站還專門配上了賓夕法尼亞大學教授Eugene J。 Mele對這一重大突破的評述,。
特別值得關注的是,,這兩篇重磅論文的第一作者都是來自中國的21歲博士生曹原。
曹原,,本科畢業(yè)于著名的中科大少年班,,后赴美在麻省理工學院讀博士生,現(xiàn)在,,他又多了一重身份,,那就是——在《自然》上以第一作者身份發(fā)表論文的最年輕中國學者。
今天,,小編就帶你來了解一下這位少年英才的開掛人生,,以及他做的研究有多厲害!
1
能在《自然》上發(fā)論文,,到底有多厲害,?
《自然》(Nature)
與《科學》(Science)、《細胞》(Cell)并稱
世界三大頂級科學期刊,。
其中,,《自然》與《科學》
以報道科學世界中的重大發(fā)現(xiàn)、重要突破為使命,
是綜合性期刊,,
《細胞》則注重生命科學研究領域,,
曾刊登過許多重大生命科學研究進展。
能夠在三大期刊上發(fā)文,,
是無數(shù)科學家孜孜以求的目標,,
也是評選諾貝爾獎、競選院士,、
展示大學和科研機構研究實力的重要依據(jù),。
世界三大頂級科學期刊
不過,
單是《自然》高達90%的斃稿率,,
就足以讓人望而生畏,。
從全球范圍內來看,
有能力在三大期刊發(fā)表文章的,,
要么是世界頂級實驗室,,
要么是世界頂級團隊,
要么兩者兼具,。
這些頂級隊伍的專家教授,,
一邊爭分奪秒地做實驗,
一邊密切盯著競爭對手的動向,,
打開電腦第一件事就是,,
看三大期刊發(fā)表了哪些相關領域的論文,
如果沒有新的,,就可以松口氣,,
如果別人發(fā)表出來相關成果,
自己的研究差不多就前功盡棄了,!
曾在《科學》發(fā)表論文,、
后被普林斯頓大學聘為終身教授的顏寧,
有一句話叫“向死而生”,,
描述的就是這種狀況,。
雖然近年來中國的科研實力突飛猛進,
在三大雜志上的發(fā)文數(shù)量也有所增加,,
但對大多數(shù)專家學者而言,,
在《自然》上發(fā)文章依然高不可攀。
每年在《自然》上的發(fā)表數(shù)量也不超過20篇,。
庫叔有位博士朋友更是直言:
一位學者如果在《自然》上發(fā)表一篇論文,,
就可以在國內任何大學找到教職;
發(fā)表兩篇,,
就有資格入選“青年千人計劃”,,
或者在“211”,、“985”大學獲得正教授職位。
這絲毫不夸張,。
作為我國結構生物學領軍人物的施一公,,
第一次在《自然》上發(fā)表論文
是在1999年,當時他32歲,;
被稱為我國“量子之父”的潘建偉院士,,
27歲在《自然》上發(fā)表了第一篇論文;
……
曹原在21歲的年紀,,
就作為第一作者,,
一次性發(fā)表了兩篇,
堪稱“神之操作”,。
而且,,
《自然》等不及排版就先行在網(wǎng)站上刊出,
并配以第三篇文章做評述,,
可見其重視程度之深,。
2
重磅論文,為超導體30年之尋打開新思路
引起如此轟動的論文,,
究竟講了什么內容,?
原來,
曹原及其團隊發(fā)現(xiàn),,
將兩層石墨烯疊加在一起,,
當轉角接近魔角(Magic angle)即1.1°、
同時溫度環(huán)境達到1.7K(-271℃)時,,
它們會表現(xiàn)出非常規(guī)超導電性,,
其屬性與銅氧化物(其結構往往難以調整)的高溫超導性類似。
雙層石墨烯系統(tǒng)中旋轉的效應
看到這里,,大部分人都表示:看不懂!
其實,,要想理解這兩篇論文的意義所在,,
先要了解什么是超導電性。
1911年,,荷蘭物理學家??恕た┝帧ぐ簝人沟热税l(fā)現(xiàn)
當汞被冷卻至接近0K(-273℃)時,
電子可以通行無“阻”,。
他們將這個“零電阻狀態(tài)”稱為“超導電性”,。
具有超導電性的材料有很強的應用價值,
因為,,
一般材料在導電過程中會消耗大量能量,。
以傳輸電纜為例,,
從發(fā)電站到用戶的傳送過程中,
消耗損失的能量越小,,
經(jīng)濟效益越大,。
超導體的出現(xiàn),
使傳輸過程中的能量損耗幾乎為零,。
不過,,
目前絕大多數(shù)超導體僅在接近0K(-273℃)溫度下工作,
維持低溫使超導體的應用成本顯著提升,。
如果材料能在室溫下實現(xiàn)超導,,
就能避開昂貴的冷卻費,
徹底改變能量傳輸,、醫(yī)療掃描儀和運輸?shù)认嚓P領域的現(xiàn)狀,。
既然室溫超導效益這么好,
那找到合適的材料不就行了嗎,?
沒這么簡單,,
目前,材料達到超導狀態(tài)的最高溫度約為133K(-140oC),,
這種材料就是銅氧化物,,
于20世紀80年代被發(fā)現(xiàn)。
30多年來,,
在尋找室溫超導體的路上,,
銅氧化物一直是物理學家關注的焦點。
銅氧化合物高溫超導體的電子態(tài)相圖和典型晶體結構
但是,,上文也提到了
銅氧化物的結構往往難以調整,,
所以,很難通過實驗發(fā)現(xiàn)其實現(xiàn)超導的機制,。
曹原及其團隊的貢獻就是,,
在描述雙層石墨烯的電子密度與溫度關系時,
發(fā)現(xiàn)了與銅氧化物超導體相似的結果,。
這為物理學家發(fā)現(xiàn)銅氧化物超導機制
提供了一個前所未有的體系,,
也為尋找室溫下的超導材料提供了思路。
研究的另一亮點在于,,
僅用純碳基的石墨烯來實現(xiàn)超導相,,
也是人們期待已久的。
因為石墨烯有各種奇特的性質,,
比如高電導率,、透光率、機械強度,、穩(wěn)定性等等,,
都已不同程度地得到了應用,,
唯獨超導性質遲遲未能實現(xiàn)。
有網(wǎng)友就此評價:
《自然》應該為能刊發(fā)曹原團隊的文章而感到榮幸,。
3
傳奇少年班,,40年輸出人才無數(shù)
曹原取得如此卓越的成就,
得益于麻省理工學院的超強團隊,,
同時也離不開中科大的悉心培育,,
尤其是中科大少年班的“超常教育”。
[注:超常教育是指為智力等方面超常的兒童創(chuàng)立的教育]
中國科學技術大學少年班最早由
諾貝爾物理獎獲得者李政道先生提出,。
1975年5月,,他在回國訪問時發(fā)現(xiàn),
中國各行各業(yè)百廢待興,,
科技人才嚴重斷檔,,
于是通過周總理向毛主席建議:
“從全國選拔很少數(shù),
約十三四歲左右的,、有培養(yǎng)條件的少年,,
到大學去培訓”,
培養(yǎng)一支“少而精的基礎科學工作隊伍”,。
旨于從少年人才入手,,
使全國各類人才培養(yǎng)步入正軌。
李政道
1978年3月8日,,
中國科學技術大學創(chuàng)建了少年班,,
主要招收尚未完成常規(guī)中學教育
但成績優(yōu)異的青少年接受大學教育。
其目的是探索中國優(yōu)秀人才培養(yǎng)的規(guī)律,,
培養(yǎng)在科學技術等領域出類拔萃的優(yōu)秀人才,,
推動中國科技、教育和經(jīng)濟建設事業(yè)的發(fā)展,。
40年間,,
中科大少年班輸出的卓越人才不勝枚舉,
遍布社會各界,。
首屆78級張亞勤,,
曾任微軟副總裁,
現(xiàn)任百度總裁,;
81級駱利群,
38歲時出任美國斯坦福大學正教授,,
2012年當選美國科學院院士,;
82級盧征天,
旅美時獲美國青年科學家總統(tǒng)獎,,
現(xiàn)任中國科大“千人計劃”教授,;
85級杜江峰,,
現(xiàn)為中科院院士,
并任中國科大物理學院執(zhí)行院長,、教授,;
87級莊小威,
34歲成為哈佛大學化學與化學生物系,、物理系雙聘正教授,,
是當時美國科學院最年輕的華人院士,
曾獲美國跨領域最高獎項之一麥克阿瑟天才獎,,
現(xiàn)為中國科學院外籍院士,;
96級尹希
未滿32歲晉升為哈佛大學正教授,
打破華人記錄,;
98級陳宇翱,,
80后的中國科大教授,
曾獲歐洲物理學會“菲涅爾獎”,;
……
張亞勤(左),、莊小威(右)
根據(jù)中科大的統(tǒng)計,
截至2016年,,
少年班共有超過3400名本科生畢業(yè),,
約90%考取國內外研究生。
畢業(yè)10年后的學生中,,
有超過200人成為國內外名校和科研機構教授,,
另有55%投身于企業(yè)界、
19%活躍于金融界,,
在世界500強任職者達到35%,。
4
英雄出少年,中科大的傳奇人物,!
畢業(yè)于中科大少年班的曹原,,
延續(xù)著師哥師姐們的優(yōu)秀,
也扛起了中科大的榮耀,。
曹原出生于1996年,,
20出頭的年紀,
目前在麻省理工學院讀博士三年級,。
他從小就是大人口中“別人家的孩子”:
初一只讀了一個月,,
初二讀了三個多月,
初三還沒待夠半年就參加了中考,,
并順利考上了深圳耀華實驗學校,。
耀華實驗學校以“超常教育”聞名,
主管該項目的是副校長朱源,,
曾任教中國科大少年班20多年,。
曹原對化學和物理非常感興趣,,
做化學實驗所需的硝酸銀很貴,
也很難買到,,
他就買來了硝酸,,
把媽媽的銀鐲子放了進去,
人工“合成”了硝酸銀,。
高中學業(yè)十分繁忙,,
他放學回家就10點了,
但依舊要花1個多小時的時間
搗鼓各種化學試劑,。
2010年,,14歲的曹原以高考理科669分的成績
考入中科大少年班學院,
并入選 “嚴濟慈物理英才班”,。
[注:“嚴濟慈物理英才班”由中科大與中科院物理所合辦,,
目標是培養(yǎng)未來活躍在物理及相關研究領域的領軍人物。]
天才代出的中科大少年班競爭激烈,,
曹原在其中卻如魚得水,。
有同校的知乎網(wǎng)友回憶,
經(jīng)常在各大教授的辦公室看到
胸前掛著鑰匙的曹原一臉認真地請教問題,。
中科大教計算物理課的丁澤軍教授,,
因教學嚴謹、苛刻,,
讓許多學生“聞風喪膽”,,
人稱“丁老怪”。
但這位“丁老怪”卻對曹原贊賞有加,,
他曾表示曹原是“很聰明的家伙”,,
本科時僅用一個寒假的時間,
就完成并發(fā)表了計算機物理課程中相關研究成果的文章,,
“真的是怪物?。 ?/p>
現(xiàn)在,,丁教授每年上計算機物理課緒論時,,
都會提到曹原。
中國科大物理學院曾長淦教授也證實——
“這是在我實驗室混過的娃,?!?/p>
“(本科)在我們實驗室
還發(fā)了一篇PRB(物理學術期刊)理論文章。
當時就覺得他太厲害了,?!?/p>
“他是如此的令人放心:
只要把題目交給他就行,
他一定能做出來,!”
除了發(fā)表論文這一愛好,,
曹原還喜歡攝像、天文,,
經(jīng)常在朋友圈發(fā)天文觀測的照片,。
當然,曹原開掛的人生遠不止這些,,
2012年,,他被選為首批交流生赴密歇根大學學習;
2013年6月,,被牛津大學選中,,
受邀做兩個月的科研實踐;
2014年,,獲得中科大本科生最高榮譽獎
——郭沫若獎學金,,
不久,
他在牛津大學實踐時的導師陳宇林教授
推薦其前往麻省理工學院深造,,
目前,,曹原在電氣工程與計算機科學系攻讀博士,
師從物理學家Pablo Jarillo-Herrero,,
也就是開頭提到的兩篇論文的通訊作者,,
即項目總負責人。
一位與曹原熟悉的少年班學霸表示:
我們都覺得他可能成為下一個莊小威,,
這一點都不過分,。
因為他實在是太強了,
以前在科大就是傳說級的人物,。
網(wǎng)友們對曹原的評價也非常高,。
現(xiàn)在,
曹原并沒有停下他的腳步,,
又投入到了新一輪的實驗與學習中,。
未來,
中國更多的少年英才,,
將繼續(xù)書寫自己的輝煌,,
并為祖國的繁榮做注腳。
(本文圖片均來源于網(wǎng)絡)