“石墨烯驾驭者”-中国95后博士曹原登上《自然》年度科学人物榜首

世界顶尖学术期刊英国《自然》杂志12月18日发布了“2018年度十大人物”——《自然》每年遴选出的十位对科学界产生重大影响的人士。位居榜首的是1996年出生、在美国麻省理工学院攻读博士的中国学生曹原。

曹原：石墨烯驾驭者

让原子厚度碳片层成为超导体的博士研究生。

Credit: Corinna Kern for Nature

BY ELIZABETH GIBNEY

曹原的青少年时期异于常人。18岁时，他不仅已经高中毕业，还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，但是说自己并不特殊。毕竟他还是用四年时间读完的大学本科：“我只是跳过了中学里一些无趣的部分。”

2014年，曹原加入了Pablo Jarillo-Herrero在麻省理工学院的团队，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度时，会让能导电的石墨烯变成绝缘体（Y. Cao et al. Nature 556, 80–84; 2018）。这一发现本身不可谓不令人惊讶。

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（Y. Cao et al. Nature 556, 43–50; 2018）。他们在第二个样本中观察到了同样的现象，最终确认了自己亲眼所见的事实。

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Cory Dean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。Jarillo-Herrero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。Jarillo-Herrero表示：“每次我走进他的办公室，他的台子总是一团乱，上面堆着拆得到处都是的计算机和望远镜的各种零件。”

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。虽然以微弱差距错过麻省理工的物理学研究生项目，但曹原想办法通过电气工程系加入了Jarillo-Herrero的团队来学习这一课程。另外，曹原对博士生涯的出师不利也并没有过多在意：他发现6个月费心解读的看似激动人心的数据其实只是实验装置造成的巧合。Jarillo-Herrero说：“他不大高兴，但他只是撸起袖子继续干。”

曹原现在22岁了，但他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。”曹原本科时的指导老师、中科大物理学家曾长淦表示，全球各大高校已经在用博士后职位，甚至是教职岗位来吸引他。“他的名字在国内凝聚态物理学界无人不晓。”曾教授说。学校很希望他能回来，但曾教授认为曹原目前应该待在美国，“那里更容易看到星星。”

节选自：Nature自然科研