25岁Nature狂魔八连杀！「魔角天才」曹原证明三层石墨烯「自旋三重态」超导性

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  新智元报道  

来源：nature

编辑：小匀、yaxin

【新智元导读】刚刚，95后「石墨烯驾驭者」曹原又在Nature上发文了！这是一篇关于魔角石墨烯的最新研究成果，与此同时，他迎来了自己人生中第八篇Nature！而这距离他上一次发表Science仅仅过去了三个月。

 

95后Nature狂魔曹原再出击！刚刚，他迎来了自己的第8篇Nature论文：

 

 

96年、8篇Nature、1篇Science。

 

仅2021年上半年，曹原就已经发表了3篇Nature+1篇Science，发表间隔时间最长不过一个月，最短仅7天。

 

今年4月，曹原7天内发两篇Nature

 

因此，他还收获了一个生动的名字，叫「石墨烯驾驭者」（Graphene Wrangler），听起来竟然有种驾驭宇宙魔方的感觉。 

 

在这篇新的文章中，一种被称为「魔角扭曲三层石墨烯」的材料系统表现出超导性。

 

这可能会促进量子计算的进步。

魔角三层石墨烯：「自旋三重态」超导体

两层变三层，在魔角三层石墨烯上再次发现了在强磁场中罕见超导现象，这位魔角天才只专注做一件事。

 

曹原表示，「该研究中发现的魔角三层石墨烯是一种非常罕见的超导体，被称为「自旋三重态」，不受强磁场的影响。」

 

在最新Nature论文中，研究发现，当 θ 等于大约1.6 °的魔角时，系统进入强耦合状态的角度。

 

魔角扭曲三层石墨烯中罕见的自旋三重态超导现象

 

曹原在这种魔角扭曲三层石墨烯 (MATTG) 中观察到了「超导现象」，并研究了这种超导现象的自旋特性。

 

具体讲，MATTG在低温（低至1开尔文）下电阻为零，变为超导体。

 

然后，他们在石墨烯层的平面上对 MATTG 施加一个磁场。

 

结果发现，MATTG在高达 10 特斯拉的惊人「高磁场」下仍然表现出超导性，这比传统超导体所预测的材料所能承受的磁场高出3倍!

 

 

实验中，研究人员是将三层石墨烯堆叠在一起，并将中间的一层相对于外层旋转 1.56 度来制造MATTG。

 

然后通过一块磁场方向与材料平行的大磁铁控制磁场，在越来越高的磁场下测试了MATTG的超导性。

 

研究发现，当不断增加周围的磁场时，MATTG的超导性一直很强，直到消失。

 

高平面磁场下 MATTG 中的超导性

 

超导性源于电子结合成称为库珀对的两个电子。在自旋单重态 「库珀对」中，电子自旋（内在角动量）向相反的方向。

 

而在石墨烯材料平面存在强磁场的情况下，自旋单线态「库珀对」拉开，因为一种称为「塞曼效应」的现象导致自旋在同一方向上排列。

 

这种特性被称为「自旋三重态」。

 

传统超导体的自旋单线态和魔角扭曲三层石墨烯的自旋三重态

 

未来，这种奇异的超导体可以极大地改进磁共振成像（MRI）技术。

 

目前，MRI 机器仅限于 1-3 特斯拉的磁场。

 

如果它们可以用自旋三重态超导体制造，那么 MRI 就可以在更高的磁场下运行，以产生「更清晰」的人体图像。

 

此外，三层石墨烯中「自旋三重态」超导性的新证据也可以帮助科学家设计更强大的超导体，以用于实际量子计算。

 

Nature发文不「封神」，曹原：会继续仰望星空

8篇Nature，石墨烯驾驭者，Nature年度人物，Nature创刊以来年龄最小入选者......

 

 

这些形容词都不足以描述曹原和他的研究。

 

他只是一个专注于科研的学者。

 

这个出生于96年，用一年时间学完小学六年级和初一的课程，初一读了一个月，初二读了三个月，初三不到半年就参加了中考。

14岁考入中科大少年班的年轻人只是说，「我不觉得自己比同龄人聪明多少。」「我只是跳过了中学里一些无趣的部分。」

 

2010年，14岁的曹原考入中科大「严济慈物理科技英才班」，是严济慈班第一届学生。

 

和曹原同班的还有量子计算原型机「九章」研发团队最年轻成员邓宇皓，7次在国际核心期刊发表研究论文的任亚飞。

 

严济慈班的录取标准同样是不唯成绩论，关键要有「兴趣」，要找「谈起物理手舞足蹈的人」。

 

同样，前不久清华公布了「丘成桐数学科学领军人才培养计划」，不用高考，初三可报，在被问及「领军人才」应该具备什么素质时，丘成桐先生表示：要有「好奇心」，想学好数学。

 

「兴趣和好奇心」能带来长久的坚持，但也只是科研这场漫长旅程的「入场票」，除了这两点之外，还要有一种早已注定但却无法决定的东西——天分。

 

很幸运，这两样东西曹原都有了。

 

也正因此，他的科研之路一直走到今天，而「8篇Nature」只是截至目前这段科研旅程中的点缀。

 

对于曹原，除了「8篇Nature」和「少年神童」，更引人瞩目的是他的科研历程，Nature发文并不代表「封神」，年轻的科研人员才是我们值得尊敬的对象。

 

曹原的研究仍在继续，我们也会这一直关注他「仰望星空」的旅程。

 

「那里更容易看到星星。」（图源：曹原个站）

 

这不过是他的第8篇Nature，未来还会有多少篇呢？

参考资料：

https://www.nature.com/articles/d41586-021-01890-3

https://news.mit.edu/2021/magic-trilayer-graphene-superconductor-magnet-0721

https://www.163.com/dy/article/GFG7GJ6305329TW8.html

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