超导领域的重大发现——记“石墨烯驾驭者”曹原

34 【西北工业大学鸟类名录】 环颈鸻，鸻形目，鸻科；学名：Charadrius alexandrinus；中国鸟类名录编号：319；居留型：夏候鸟； 学人物 Eminent Scientists
中国科技大学少年班 曹 原
一个疑惑深藏在他内心深处——在中学物理实验课上，老 师黄佳堂曾向同学们提到过超导体。人类第一次发现超导 体的存在是在 1911 年，诺贝尔奖获得者——荷兰物理学家 海克 • 卡末林 • 昂内斯发现，当汞被冷却至接近 0K（-273℃） 时，电子可以通行无“阻”，能源损耗能最小化，这个“零 电阻状态”被称为“超导电性”。但超导体需要在接近绝 对零度（-273℃）的环境下，才能显现其近乎零损耗输电 的能力。惊人的材料冷却成本迫使世界各地科学家不得不 进行试验，以寻找“低成本超导材料”；1980 年时，有人 发现了铜氧化物，它到达超导状态的最高温度，约为 133K （-140ºC）。然而铜氧化物结构难以调整，超导机制无法 实现。如果谁能在常温状态下，发现一种超导材料，就有 可能颠覆世界。年少的他对此充满了好奇，继续追问老师， 但老师却不知如何回答，便说：“这是你们这一代人需要 研究的问题，研究出来了，就能改变世界。”
能。他曾说“实验失败是家常便饭，心态平和地对待失败 就没什么压力。”在研究工作中，不曾有一丝疏忽，始终 保持平和的心态反复试验，使得他克服了样品无法承受高 热等极端困难，石墨烯传导试验终于获得了成功。2018 年 3 月 5 日，他将研究成果投稿给世界顶级科学期刊《自然》 杂志，《自然》杂志录用并将其整理发表，且在一天之内 连续刊登了两篇。距离发现超导体，已经过去足足 107 年， 世界终于迎来这个领域的重大突破，当研究落实到行业将 会大大提高能源利用效率与传输效率，势将改善世界能源 发展困境，推动电子等行业的发展！
大学科普·科学人物 Eminent Scientists
超导领域的重大发现
—— 记“石墨烯驾驭者”曹原 Breakthrough in Superconductor Field
中国 重庆 重庆师范大学文学院 刘洁嫚
2018 年 3 月，以 22 岁的中国青年学者曹原为第一作 者身份的两篇关于石墨烯研究的重磅论文，荣登世界顶级 科学期刊《自然》。曹原成为了《自然》2018 年度十大科 学家之首，他也是登上《自然》期刊的最年轻的中国人。 两层石墨烯旋转到特定的“魔法角度”（1.1°），能够在 零阻力的情况下传导电子，成为超导体，这一科研成果令 世界科学界震惊，打破了徘徊 30 多年的超导研究的困境。 当研究落实到行业，将会大大提高能源利用效率与传输效 率，改善世界能源发展困境，推动电子等行业的发展。这 是曹原奉送给世界的一场“魔法”，这个奇妙的“魔法角度” 也旋转出一个超导领域的崭新世界。
二、潜心蓄势，红日初升 在群雄环绕的中国科学技术大学里，无论在生活上还 是在学业研究中，曹原始终保持谦逊、低调和不骄不躁的 性格。在浓郁的学术氛围中，他求知若渴，时常会提出一 些古怪刁钻的问题和老师一起探讨；他踏实严谨地研究， 又激荡思维力求创新，追求完美呈现，获得同学们的钦佩 和导师的喜爱。同学们甚至认为他将成为下一个“庄小威 式传说级人物”。许多学生对教学严谨苛刻，人称“丁老怪” 的物理学院丁泽军教授“闻风丧胆”并避而远之，曹原却 像初生牛犊不怕虎一样，选择进入“丁老怪”的实验室挑 战自我。出色的表现也使“丁老怪”对他赞赏有加：“很 聪明的家伙！在计算机物理课程中，撰写相关研究成果的 文章，他没花多少时间，也就一个寒假就做完了！”曾长 淦教授也曾说：“这是在我实验室混过的娃，他还发了一 篇 PRB 理论文章，当时就觉得这孩子太厉害了。我实验室 出了很多位郭沫若奖，但他在其中还是非常特别。”“他 是如此地令人放心，只要把题目交给他，他一定能做出来！” 课外，他喜欢天文摄影。动手能力极强的他经常组装仪器， 通过镜头观察浩瀚缥缈的太空进行自我调节。他曾说：“仰 望星空总是能让我安静下来。”他也喜欢用计算机画漫画， 愿意学习新的东西，不断尝试新鲜的事物。
三、驾驭谜题，石破天惊 由 于 曹 原 卓 越 的 研 究 能 力 和 难 能 可 贵 的 学 术 精 神， 2012 年，他以首批交流生的身份被中国科技大学派去美国 密歇根大学；2013 年，他获得中国科技大学“顶尖海外 交流奖学金”，被牛津大学邀请参加两个月的科研实践； 2014 年，他获得中国科技大学本科生最高荣誉奖：郭沫若 奖学金。不久，导师又推荐他前往麻省理工学院深造，开 启攻读博士学位的学业征途。 研究愈深，兴趣愈浓，攻克过无数的疑难，却始终有
在中学期间未曾解决的疑团，在他读博时期仍是困扰 物理界的一道世界难题。他势想推翻一切困难，拂拭那未 知的问题的面纱。他的思维力能拆穿机械原理，他的兴趣 与热情始终喷涌，即使面对着研究室的白墙冷器踽踽独行， 但是内在渴望的驱动力却始终支撑着他想揭示谜题答案的 决心。2017 年，读博士期间，他发现了石墨烯中的非规超 导电性，并推测，当叠在一起的两层石墨烯彼此之间发生 轻微偏移的时候，材料会发生剧变，有可能实现超导体性
一、天才少年，一路“拆行” 1996 年，曹原生于四川成都，3 岁便随一家人迁往改 革开放的窗口和创客之城——深圳，在充满机遇和日新月 异的城市里，曹原也在不断成长。梁启超曾说“少年人如 朝阳”“少年人如乳虎”“少年人如侠”。自幼聪颖的曹原， 对物理机械充满了好奇和兴趣，他沉迷于科技类课外书， 热爱捣鼓各种电子产品，更热衷于拆卸各种机械研究电子 线路，深圳的电子市场成了他的“机械王国”，多少次流 连，抱回一堆又一堆的工具和材料。2010 年，年仅十四岁 的他，考入深圳耀华实验学校，在这所以“超常教育”闻 名的学校里，这个少年也同样继承发扬了“超常”的传统， 课桌、椅子、黑板甚至是讲台都成为了他拆卸的对象，还 在学校和家里都建起了实验室，满足他的“拆卸梦”和“实 验梦”。因其卓越超常的智商和能力，他被举荐进入到中 国科学技术大学少年班。在高手如云的天才少年班里，他 依然卓尔不群，仅用两年时间就完成了六年中学课程，并 以理科 669 分的优异成绩考进了驰名中外的中国科学技术 大学“严济慈物理英才班”。