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导语
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”。
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来源: 谢芳 瞭望智库(ID:zhczyj)
原标题:《谁是曹原??》
伦敦时间5月6日,中科大10级少年班校友、美国麻省理工学院“95后”博士生曹原分别以第一作者兼共同通讯作者、共同第一作者的身份在最新一期《自然》上连发两篇石墨烯论文。
其实,早在2018年3月5日,《自然》就在网站连发两篇以曹原为第一作者的重磅石墨烯论文,并专门配发了宾夕法尼亚大学教授Eugene J. Mele对这一重大突破的评述。曹原也因此成为在《自然》上以第一作者身份发表论文的最年轻中国学者。
2018年12月18日,《自然》杂志发布了2018年度科学人物,位居榜首的正是曹原。许多报道将其称为“中国潜在的最年轻的诺贝尔奖获得者”。
《自然》杂志18日发布了2018年度科学人物,位居榜首的是曹原(图片来源:《自然》网站报道截图)
今天,库叔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,
曾用“向死而生”描述这种状况。
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
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。
更厉害的是两年后,
他在《自然》上再次连发两篇,
介绍魔角石墨烯研究的新突破。
2
重磅论文,为超导体30年之寻打开新思路
库叔先来介绍2018年
引起轰动的2篇论文讲了什么。
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。
而2020年最新的两篇论文意义依旧重大,
在第一篇论文中,
曹原等人致力于通过对扭转角的控制,
将魔角特性推广到其他二维研究体系,
以调谐和控制电子—电子相互作用的强度,
实现相似的物理行为。
研究结果将为探索
多平带双扭超晶格中扭角和电场控制的
相关物质相提供理论依据。
在另一篇论文中,
曹原等人致力于研究扭曲角的分布信息。
他们以六方氮化硼(hBN)封装的MATBG为研究对象,
通过使用纳米级针尖扫描超导量子干涉装置(SQUID-on-tip)
获得处于量子霍尔态的朗道能级的断层图像,
并绘制了局部θ变化图。
这项研究为相关物理现象的实现和应用提供了指导。
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;
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,
今年才24岁。
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,
也就是本文提到的四篇石墨烯论文的通讯作者,
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。
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。
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