24岁手握4篇Nature的“石墨烯驾驭者”，或许是中国最接近诺贝尔物理学奖的人_风闻

5月7日，被誉为“天才少年”的95后博士曹原分别以第一作者兼共同通讯作者、以及共同第一作者的身份，再次在《自然》杂志上连发两篇论文，引起了巨大轰动。

《自然》杂志刊发的两篇论文

对于造就的读者来说，曹原这个名字并不陌生。

两年前，曹原就曾凭借有关石墨烯超导的重大发现登上了“《自然》2018年度十大人物榜单”榜首（传送门：《自然》2018年度十大科技人物榜），被称为“石墨烯驾驭者”（Graphene Wrangler），当期封面就是曹原的研究成果：叠加两层石墨烯并使其碳原子图案偏移 1.1°，最后制备的材料竟然具有超导特性。

石墨烯的“魔角”登上《自然》杂志的十大人物特刊的封面图

18岁，已经活成了别人仰望的样子

“天才少年”曹原进入公众视野，可不仅仅只有这两次。

在用不到三年的时间完成初高中学业后，14岁的曹原以669分的高考成绩被中科大少年班录取，并入选严济慈物理英才班。

在中科大少年班，曹原同样光彩夺目

在高手如云的中科大少年班，曹原依然是光彩夺目的。本科期间，他就在Journal of Magnetism and Magnetic Materials和Physical Review B发表两篇文章。毕业时，他还获得了中科大本科生最高荣誉——郭沫若奖学金。

曹原获郭沫若奖学金

18岁，这是很多学子逐梦高考的年龄，而曹原已经被麻省理工学院录取，攻读博士学位了。

当被问及是如何做到这些时，他说：“我只是跳过了中学里一些无趣的部分。”

被称为“magic”的研究成果

在谈起未来时，曹原表示自己在石墨烯的研究上还有很多事情要做。

石墨烯（Graphene）是一种由碳原子以sp²杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的二维碳纳米材料，它具有优异的光学、电学、力学特性，在材料学、微纳加工、能源、生物医学和药物传递等方面具有重要的应用前景，被认为是一种未来革命性的材料。

石墨烯之所以具有革命性，是因为展现了很多独特的物理特性，这些物理特性解决了不少材料给技术应用带来的瓶颈。比如，石墨烯又称“单层石墨片”，是已知材料中最薄的材料之一，其厚度只有一个原子，但具有很高的强度、刚度和弹性，以及良好的力学性能，所以可能会成为超薄超轻航空航天复合材料的重要突破口。石墨烯单原子层的特殊结构，使石墨烯的理论比表面积（注：比表面积是指单位质量物料所具有的总面积）高达2630m²/g，石墨烯材料因此拥有超强的吸附特性，给实现尖端传感器、污水处理等带来了新的可能。

石墨烯有出色的导电性能

曹原主要关注的是石墨烯独特的电子效应。石墨烯中的每个碳原子都有一个未成键的π电子，这些电子可形成与平面垂直的π轨道，π电子可在这种长程π轨道中自由移动，从而赋予了石墨烯出色的导电性能。

约2年前，在其导师、麻省理工学院物理学家Pablo Jarillo-Herrero的带领下，曹原和团队首次发现，只要将两层石墨烯旋转到特定的角度（1.1°）相互叠加，它们就可以在零阻力的情况下传导电子。这一发现被认为是数十年来寻找室温超导体过程中重要的一步，该角度也被称为“魔角”（magic angle）。

这样一项被称为“magic”的研究到底神奇在哪里呢？这要从人类对于超导体的探索说起。早在1911年，人类第一次发现超导体的存在：荷兰物理学家Heike Kamerlingh Onnes发现将汞冷却到-269℃时，电阻就会降为零，能源的消耗也将降到最低。

距离超导体的实际应用更近了一步

1986年，两位德国物理学家柏诺兹和缪勒又发现一种新材料，在133K（约为-140℃）时就能转变为超导体，两人也凭借这一成果共同获得了诺贝尔物理学奖。不过随后，超导领域的研究似乎进入了至暗时刻，几十年来鲜有重大突破，超导体的产生机制一直是物理学的一个谜团，今年来关于超导体的研究成果也主要集中于材料在超高压条件下展示出的超导特性。

而曹原的研究成果，让我们距离超导体的实际应用更近了一步。

科学界的圣杯：高温超导体

高温超导体，或许是超导体研究的“终极目标”。高温超导体一般是指超导的临界温度比液氮温度（零下196度）要高的物体，相对的，超导临界温度在绝对0度到零下196度之间的物体，是低温超导体。

显然，实现稳定的高温超导，才会让超导体材料具备良好的实际应用意义。电阻为零带来的直接影响就是：通电不会发热，没有能量损耗。如果发现了常温下的超导体，那么电力传输就不再需要高压电线。因为把电加到高压，就是为了减少传输过程中电线发热的损耗；我们的家用电器电源也不需要是220V的电压，或许5V的电压就可以使用。

与此同时，我们的电脑运行速度会有一个质的飞跃。现阶段常用的电脑随着电路的温度上升，运算速度会下降，如果使用超导体做晶体管，那么就几乎不会产生热量，问题也就迎刃而解。

“魔角”石墨烯研究对高温超导体的研究有里程碑式的意义

“魔角”石墨烯研究最让人兴奋的地方之一，是它对高温超导体的理论意义，虽然它也是在接近绝对0度的状态下实现的，但它以极为简单的形式模拟了高温超导体的特性，对高温超导体的研究有里程碑式的意义。

在曹原的实验中，石墨烯的微观结构简单，实验各项参数，如磁场、温度、电流、角度等都可以精确控制。这就仿佛，人类已经掌握了让沙子成为世界上最精密的计算元件的原理，而在不久的将来，我们能够轻轻扭动两张“薄纸”，就让它拥有最强的导电特性。这给超导研究带来了新的思路，为高温超导现象提供了研究平台，如果科学家能从曹原的发现中进一步分析出高温超导体的形成机制，那么距离超导体的实际应用就不远了。

或许是中国最接近诺贝尔物理学奖的人

本次曹原和团队最新的两篇发表在《自然》上的文章，探讨用同样的方法应用于其他二维材料体系，继续完善 “魔角石墨烯”相关的理论和实验研究。基于 “魔角石墨烯” 的一系列发现，有望在未来应用到诸如能源、电子、环境科学和计算机产业等领域。

在第一篇文章Tunable correlated states and spin polarized phases in twisted bilayer graphene 中，曹原及其同事较为针对地探求了魔角石墨烯性质的可控性。而在第二篇文章 Mapping the twist-angle disorder and Landau levels in magic-angle graphene 中，团队关注的是扭曲角的无序问题。

或许是中国最接近诺贝尔物理学奖的人

这些成果进一步丰富了石墨烯超导理论，它所解决的是挡在无数代中外科学家面前107年的科学难题。鉴于此前石墨烯研究和超导研究在诺贝尔物理学奖中频频出现，所以有人预测，曹原获得诺贝尔奖只是时间问题，更多人则认为，曹原将成为历史上最年轻的诺贝尔奖得主。（传送门：口罩党福音，石墨烯口罩可以防雾霾？）