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中国21岁博士在《自然》连发2篇论文 教授赞"怪物"

(原标题:提气!教授怒赞“怪物”的中国21岁博士在《自然》上连发两篇“石墨烯”论文!)

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(-140?C),

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。

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。