提气!中国21岁博士在《自然》上连发两篇“石墨烯”论文

发布时间:2018-03-14 10:25:01 来源 新华每日电讯

2018年3月5日,国际顶尖期刊《自然》以背靠背的长文形式,在网站刊登了麻省理工学院Jarillo-Herrero教授课题组石墨烯超导的重大发现。此外,网站还专门配上了宾夕法尼亚大学教授Eugene J. Mele对这一重大突破的评述。

特别值得关注的是,这两篇重磅论文的第一作者都是来自中国的21岁博士生曹原。

曹原,本科毕业于著名的中科大少年班,后赴美在麻省理工学院读博士生,现在,他又多了一重身份,那就是——在《自然》上以第一作者身份发表论文的最年轻中国学者。



今天,小编就带你来了解一下这位少年英才的开挂人生,以及他做的研究有多厉害!
 
1
能在《自然》上发论文,到底有多厉害?


《自然》(Nature)
与《科学》(Science)、《细胞》(Cell)并称
世界三大顶级科学期刊。
其中,《自然》与《科学》
以报道科学世界中的重大发现、重要突破为使命,
是综合性期刊,
《细胞》则注重生命科学研究领域,
曾刊登过许多重大生命科学研究进展。
能够在三大期刊上发文,
是无数科学家孜孜以求的目标,
也是评选诺贝尔奖、竞选院士、
展示大学和科研机构研究实力的重要依据。


世界三大顶级科学期刊
 
不过,
单是《自然》高达90%的毙稿率,
就足以让人望而生畏。
从全球范围内来看,
有能力在三大期刊发表文章的,
要么是世界顶级实验室,
要么是世界顶级团队,
要么两者兼具。
这些顶级队伍的专家教授,
一边争分夺秒地做实验,
一边密切盯着竞争对手的动向,
打开电脑第一件事就是,
看三大期刊发表了哪些相关领域的论文,
如果没有新的,就可以松口气,
如果别人发表出来相关成果,
自己的研究差不多就前功尽弃了!
曾在《科学》发表论文、
后被普林斯顿大学聘为终身教授的颜宁,
有一句话叫“向死而生”,
描述的就是这种状况。
 

虽然近年来中国的科研实力突飞猛进,
在三大杂志上的发文数量也有所增加,
但对大多数专家学者而言,
在《自然》上发文章依然高不可攀。
每年在《自然》上的发表数量也不超过20篇。
库叔有位博士朋友更是直言:
一位学者如果在《自然》上发表一篇论文,
就可以在国内任何大学找到教职;
发表两篇,
就有资格入选“青年千人计划”,
或者在“211”、“985”大学获得正教授职位。
 
这丝毫不夸张。
作为我国结构生物学领军人物的施一公,
第一次在《自然》上发表论文
是在1999年,当时他32岁;
被称为我国“量子之父”的潘建伟院士,
27岁在《自然》上发表了第一篇论文;
……

曹原在21岁的年纪,
就作为第一作者,
一次性发表了两篇,
堪称“神之操作”。
而且,
《自然》等不及排版就先行在网站上刊出,
并配以第三篇文章做评述,
可见其重视程度之深。

2
重磅论文,为超导体30年之寻打开新思路

引起如此轰动的论文,
究竟讲了什么内容?
原来,
曹原及其团队发现,
将两层石墨烯叠加在一起,
当转角接近魔角(Magic angle)即1.1°、
同时温度环境达到1.7K(-271℃)时,
它们会表现出非常规超导电性,
其属性与铜氧化物(其结构往往难以调整)的高温超导性类似。
双层石墨烯系统中旋转的效应 
 
看到这里,大部分人都表示:看不懂!
其实,要想理解这两篇论文的意义所在,
先要了解什么是超导电性。
 
1911年,荷兰物理学家海克·卡末林·昂内斯等人发现
当汞被冷却至接近0K(-273℃)时,
电子可以通行无“阻”。
他们将这个“零电阻状态”称为“超导电性”。
具有超导电性的材料有很强的应用价值,
因为,
一般材料在导电过程中会消耗大量能量。
以传输电缆为例,
从发电站到用户的传送过程中,
消耗损失的能量越小,
经济效益越大。
超导体的出现,
使传输过程中的能量损耗几乎为零。
不过,
目前绝大多数超导体仅在接近0K(-273℃)温度下工作,
维持低温使超导体的应用成本显著提升。
如果材料能在室温下实现超导,
就能避开昂贵的冷却费,
彻底改变能量传输、医疗扫描仪和运输等相关领域的现状。
 
既然室温超导效益这么好,
那找到合适的材料不就行了吗?
没这么简单,
目前,材料达到超导状态的最高温度约为133K(-140ºC),
这种材料就是铜氧化物,
于20世纪80年代被发现。
30多年来,
在寻找室温超导体的路上,
铜氧化物一直是物理学家关注的焦点。

铜氧化合物高温超导体的电子态相图和典型晶体结构
 
但是,上文也提到了
铜氧化物的结构往往难以调整,
所以,很难通过实验发现其实现超导的机制。
 
曹原及其团队的贡献就是,
在描述双层石墨烯的电子密度与温度关系时,
发现了与铜氧化物超导体相似的结果。
这为物理学家发现铜氧化物超导机制
提供了一个前所未有的体系,
也为寻找室温下的超导材料提供了思路。
 
研究的另一亮点在于,
仅用纯碳基的石墨烯来实现超导相,
也是人们期待已久的。
因为石墨烯有各种奇特的性质,
比如高电导率、透光率、机械强度、稳定性等等,
都已不同程度地得到了应用,
唯独超导性质迟迟未能实现。
有网友就此评价:
《自然》应该为能刊发曹原团队的文章而感到荣幸。
 
3
传奇少年班,40年输出人才无数

曹原取得如此卓越的成就,
得益于麻省理工学院的超强团队,
同时也离不开中科大的悉心培育,
尤其是中科大少年班的“超常教育”。
【注:超常教育是指为智力等方面超常的儿童创立的教育】
 
中国科学技术大学少年班最早由
诺贝尔物理奖获得者李政道先生提出。
1975年5月,他在回国访问时发现,
中国各行各业百废待兴,
科技人才严重断档,
于是通过周总理向毛主席建议:
“从全国选拔很少数,
约十三四岁左右的、有培养条件的少年,
到大学去培训”,
培养一支“少而精的基础科学工作队伍”。
旨于从少年人才入手,
使全国各类人才培养步入正轨。
 
李政道
 
1978年3月8日,
中国科学技术大学创建了少年班,
主要招收尚未完成常规中学教育
但成绩优异的青少年接受大学教育。
其目的是探索中国优秀人才培养的规律,
培养在科学技术等领域出类拔萃的优秀人才,
推动中国科技、教育和经济建设事业的发展。
 
40年间,
中科大少年班输出的卓越人才不胜枚举,
遍布社会各界。
首届78级张亚勤,
曾任微软副总裁,
现任百度总裁;
81级骆利群,
38岁时出任美国斯坦福大学正教授,
2012年当选美国科学院院士;
82级卢征天,
旅美时获美国青年科学家总统奖,
现任中国科大“千人计划”教授;
85级杜江峰,
现为中科院院士,
并任中国科大物理学院执行院长、教授;
87级庄小威,
34岁成为哈佛大学化学与化学生物系、物理系双聘正教授,
是当时美国科学院最年轻的华人院士,
曾获美国跨领域最高奖项之一麦克阿瑟天才奖,
现为中国科学院外籍院士;
96级尹希
未满32岁晋升为哈佛大学正教授,
打破华人记录;
98级陈宇翱,
80后的中国科大教授,
曾获欧洲物理学会“菲涅尔奖”;
……

张亚勤(左)、庄小威(右)
 
根据中科大的统计,
截至2016年,
少年班共有超过3400名本科生毕业,
约90%考取国内外研究生。
毕业10年后的学生中,
有超过200人成为国内外名校和科研机构教授,
另有55%投身于企业界、
19%活跃于金融界,
在世界500强任职者达到35%。

4
英雄出少年,中科大的传奇人物!

毕业于中科大少年班的曹原,
延续着师哥师姐们的优秀,
也扛起了中科大的荣耀。
 
曹原出生于1996年,
20出头的年纪,
目前在麻省理工学院读博士三年级。
他从小就是大人口中“别人家的孩子”:
初一只读了一个月,
初二读了三个多月,
初三还没待够半年就参加了中考,
并顺利考上了深圳耀华实验学校。
耀华实验学校以“超常教育”闻名,
主管该项目的是副校长朱源,
曾任教中国科大少年班20多年。
 
少年曹原
 
曹原对化学和物理非常感兴趣,
做化学实验所需的硝酸银很贵,
也很难买到,
他就买来了硝酸,
把妈妈的银镯子放了进去,
人工“合成”了硝酸银。
高中学业十分繁忙,
他放学回家就10点了,
但依旧要花1个多小时的时间
捣鼓各种化学试剂。

曹原生活照 
 
2010年,14岁的曹原以高考理科669分的成绩
考入中科大少年班学院,
并入选 “严济慈物理英才班”。

【注:“严济慈物理英才班”由中科大与中科院物理所合办,
目标是培养未来活跃在物理及相关研究领域的领军人物。】
天才代出的中科大少年班竞争激烈,
曹原在其中却如鱼得水。
有同校的知乎网友回忆,
经常在各大教授的办公室看到
胸前挂着钥匙的曹原一脸认真地请教问题。
 中科大少年班学院
 
中科大教计算物理课的丁泽军教授,
因教学严谨、苛刻,
让许多学生“闻风丧胆”,
人称“丁老怪”。
但这位“丁老怪”却对曹原赞赏有加,
他曾表示曹原是“很聪明的家伙”,
本科时仅用一个寒假的时间,
就完成并发表了计算机物理课程中相关研究成果的文章,
“真的是怪物啊!”
现在,丁教授每年上计算机物理课绪论时,
都会提到曹原。
 
中国科大物理学院曾长淦教授也证实——
“这是在我实验室混过的娃。”
 “(本科)在我们实验室
还发了一篇PRB(物理学术期刊)理论文章。
当时就觉得他太厉害了。”
“他是如此的令人放心:
只要把题目交给他就行,
他一定能做出来!”
除了发表论文这一爱好,
曹原还喜欢摄像、天文,
经常在朋友圈发天文观测的照片。

曹原的天文摄影作品
 
当然,曹原开挂的人生远不止这些,
2012年,他被选为首批交流生赴密歇根大学学习;
2013年6月,被牛津大学选中,
受邀做两个月的科研实践;
2014年,获得中科大本科生最高荣誉奖
——郭沫若奖学金,
不久,
他在牛津大学实践时的导师陈宇林教授
推荐其前往麻省理工学院深造,
目前,曹原在电气工程与计算机科学系攻读博士,
师从物理学家Pablo Jarillo-Herrero,
也就是开头提到的两篇论文的通讯作者,
即项目总负责人。
 曹原荣获郭沫若奖时与时任校长侯建国院士合影
 
一位与曹原熟悉的少年班学霸表示:
我们都觉得他可能成为下一个庄小威,
这一点都不过分。
因为他实在是太强了,
以前在科大就是传说级的人物。
网友们对曹原的评价也非常高。


现在,
曹原并没有停下他的脚步,
又投入到了新一轮的实验与学习中。
未来,
中国更多的少年英才,
将继续书写自己的辉煌,
并为祖国的繁荣做注脚。

责编 李凤兰 总值班 杨波

重庆晚报慢新闻APP,全心关注重庆,深度解读重庆,名家名记名专栏齐聚,做最有重庆特色的小、精、深原创客户端。并且还能加入重庆晚报抗癌爱心互助会,为家人健康做一个保障哦!扫描二维码下载
免责声明:
1、重庆晚报网是重庆晚报社唯一官方网站,未经重庆晚报社许可,任何人不得非法使用重庆晚报(含下属频道作品)以及本网自有版权作品。
2、本网转载其他媒体之稿件,以及由用户发表上传的作品,不代表本网赞同其观点和对其真实性负责。
3、如因作品版权和其它问题可联系本网,本网确认后将在24小时内移除相关争议内容。

分享到:


  • 重庆晚报

  • 都市热报

  • 慢新闻

  • 重庆一分钟

  • 重庆走走族

  • 文创联盟

  • 法律帮帮帮

  • 重庆六一班

  • 轨客网

  • 重庆单身狗

  • 爱真相

  • 影友会

  • 妙人志

  • CQ慢生活

  • 重庆房生活

  • 重晚副刊

  • 重晚体育

  • 大石化报

晚报简介  |  报纸广告  |  联系我们  |  晚报发行
重庆晚报 版权所有  经营性网站备案号: 渝ICP备17003974号-1  渝公网安备 50011202500889号 
地址:渝北区同茂大道416号重报集团21-24楼  互联网违法和不良信息举报电话:023-966988 互联网出版许可证:新出网证(渝)字004号