來源：新智元

對曹原來說，2021年4月7日并沒有什么不同，只不過又發了一篇Nature而已。

這是他的第7篇Nature論文，距離上一篇只隔了一周時間。

3月31日，曹原與團隊在Nature發表論文，曹原是以共同一作+通訊的身份出現的。

果然，雙發才是「曹原速度」。

2018年和2020年曹原分別兩次「背靠背」連發2篇Nature.

第一次，2018年3月5日，Nature連刊2篇曹原的論文，當時Nature來不及排版，迅速以「背靠背」形式刊登了這兩篇關于「轉角石墨烯」的重大成果，文章還配以第三篇文章作為評述，足見這一發現的非凡意義。

在這兩篇論文中，曹原發現當兩層平行石墨烯堆成約1.1°的微妙角度，就會產生神奇的超導效應，超導轉變溫度最高為1.7K，而這約1.1°的微妙角度就被稱為「魔角」，從此，「魔角石墨烯」進入科學視線。

國內外學術界為之震動，這開辟了「凝聚態物理」的新領域。

7篇nature，「石墨烯駕馭者」

2018年，曹原入選Nature「2018年度科學人物」，位列榜首！

Nature評：讓原子厚度碳片層成為超導體的博士研究生。

他也是Nature創刊149年來年齡最小的入榜者。

圖源：Corinna Kern for Nature BY ELIZABETH GIBNEY

為此，他還收獲了一個生動的名字，叫「石墨烯駕馭者」（Graphene Wrangler），聽起來竟然有種駕馭宇宙魔方的感覺。?

那么，他是如何成為「石墨烯駕馭者」的呢？

我們可以從他的7篇Nature了解一下。

2018年，讓曹原「一戰成名」的那兩篇論文描述了關于原子厚度碳片層奇異行為。

2014年，曹原中科大畢業后，在導師的推薦下前往MIT攻讀博士，并加入了Pablo Jarillo-Herrero在麻省理工學院的團隊，該團隊當時已經開始進行將碳片層堆疊和旋轉至不同角度的嘗試。

曹原的主要工作是考察在堆疊的雙層石墨烯中，如果將其中一層相對另一層旋轉極小的角度后會發生什么。根據一種理論預測，這種扭曲會極大地改變石墨烯的行為，但許多物理學家對此持懷疑態度。曹原決心創造出這種以微妙角度扭曲的雙層石墨烯，并發現了一些奇異的現象。

對石墨烯施加微弱的電場并冷卻至絕對零度以上1.7度時，會讓能導電的石墨烯變成絕緣體（Y. Cao et al. Nature 556, 80–84; 2018）。這一發現本身不可謂不令人驚訝。

論文：https://www.nature.com/articles/nature26154

曹原說：「我們已經料到這會對整個領域帶來巨大影響。但更好的消息還在后面：只需稍微調整一下電場，扭曲的雙層石墨烯就能成為一個超導體，讓電子實現零電阻流動」（Y. Cao et al. Nature556, 43–50; 2018）。他們在第二個樣本中觀察到了同樣的現象，最終確認了自己親眼所見的事實。

論文：https://www.nature.com/articles/nature26160

通過簡單的旋轉就能讓原子厚度的碳材料產生復雜的電子態，這一研究成果讓物理學家爭相對其它扭曲二維材料的奇異行為進行實驗。一些物理學家甚至希望石墨烯能夠闡明復雜材料為何會在更高的溫度下成為超導體。

哥倫比亞大學物理學家Cory Dean表示：「我們接下來可以做的事情太多了，眼前的機會巨大?！?/font>

成功將平行的雙層石墨烯扭曲至約1.1°的“魔角”需要一些試錯，但曹原很快就掌握了可靠的方法。Jarillo-Herrero認為曹原的實驗技巧至關重要。

曹原原創的方法先將單層石墨烯撕裂，組成方向相同的雙層石墨烯，并在此基礎上進行微調校準。曹原還通過調整低溫系統，達到了能讓超導態更為顯著的溫度。

2020年5月6日，時隔兩年，曹原再次Nature兩連發，講述了團隊在「魔角石墨烯」研究取得的新進展。

論文一中，作者提出了基于小角度扭曲雙層-雙層石墨烯（TBBG）高度可調的相關系統，由兩片旋轉的Bernal堆疊雙層石墨烯組成。該系統呈現豐富相圖，具有可調諧相關絕緣體態，對扭轉角和電位移場的應用都高度敏感。

作者通過實驗，證明了在扭曲范德華異質結構中，實現可調與電子關聯的實驗研究的可能性。

這種新穎的扭曲角的自由度和控制在其他二維系統中，也應該是通用的，也可能會表現出類似的相關物理行為，讓調諧和控制的電子-電子相互作用的強度的技術成為可能。

論文：https://www.nature.com/articles/s41586-020-2260-6

論文二中，作者對扭曲角的分布信息做了進一步探討，解釋了Twisted angle disorder對量子霍爾效應（QHE）的影響。

魔角扭曲雙層石墨烯（MATBG）超導性能關鍵取決于中間層扭曲角（θ）的大小。作者使用納米級針尖掃描超導量子干涉裝置（SQUID-on-tip），獲得處于量子霍爾態的朗道能級的斷層圖像，并繪制了局部θ變化圖。

論文確立了θ紊亂作為一種非常規類型的紊亂的重要性，使扭曲角梯度能夠用于「帶結構」工程，實現相關現象和器件應用中的柵極可調內置平面電場。

論文：https://www.nature.com/articles/s41586-020-2255-3

2021年2月1日，曹原第5次以一作+通訊作者的身份在Nature上發文。

論文：https://www.nature.com/articles/s41586-021-03192-0

在曹原和其導師發現了「雙層石墨烯」能產生超導性后不久，也有人在思考，三層、四層甚至更多層的石墨烯是否也有超導的奇跡發生？

對此，他的導師Pablo鼓勵道：「Why not, let’s give it a try and test this idea!」

曹原與團隊成員將單層游絲石墨烯薄片小心地切成三個部分，并將每個部分以精確角度彼此堆疊，設計了三層石墨烯結構。

三層結構，每個結構跨度為幾微米（大約是我們頭發直徑的1/100），高度為三個原子。

研究小組將電極連接到結構的兩端，并通過電流，同時測量材料中損失或散發的能量。

看不到有能量消散，這意味著它是超導體。

鏡像對稱MATTG中的電子結構與強超導性

3月31日，曹原在Nature發表了其第6篇論文。

論文：https://www.nature.com/articles/s41586-021-03366-w

在這篇論文中，MIT的Jeong Min Park、曹原等人利用同時進行的熱力學和輸運測量，研究了MATBG的破缺對稱性多體基態及其非平凡的拓撲結構。同時，也使魔角石墨烯的理論和實驗都更趨近于一個統一的框架，為我們開發新型的量子材料，帶來了更多可能。

最后，發表于3天前的這篇論文是關于魔角石墨烯中的Pomeranchuk效應的熵證據。當前相關態的雜化特性和能量尺度的大分離對于雙層扭曲石墨烯中相關態的熱力學和輸運性質具有重要意義。

這篇論文和7天前的那篇可謂是「英雄所見略同」，研究的都是魔角石墨烯體系中電子的類Pomeranchuk效應。

論文：https://www.nature.com/articles/s41586-021-03319-3

他們是談起物理手舞足蹈的人

7篇Nature，石墨烯駕馭者，Nature年度人物，Nature創刊以來年齡最小入選者......

這些形容詞都不足以描述曹原和他的研究。

他只是一個專注于科研的學者。

這個出生于96年，用一年時間學完小學六年級和初一的課程，初一讀了一個月，初二讀了三個月，初三不到半年就參加了中考，14歲考入中科大少年班的年輕人只是說，「我不覺得自己比同齡人聰明多少。」「我只是跳過了中學里一些無趣的部分?！?/font>

2010年，14歲的曹原考入中科大「嚴濟慈物理科技英才班」，是嚴濟慈班第一屆學生。

和曹原同班的還有量子計算原型機「九章」研發團隊最年輕成員鄧宇皓，7次在國際核心期刊發表研究論文的任亞飛。

嚴濟慈班的錄取標準同樣是不唯成績論，關鍵要有「興趣」，要找「談起物理手舞足蹈的人」。

同樣，前不久清華公布了「丘成桐數學科學領軍人才培養計劃」，不用高考，初三可報，在被問及「領軍人才」應該具備什么素質時，丘成桐先生表示：要有「好奇心」，想學好數學。

「興趣和好奇心」能帶來長久的堅持，但也只是科研這場漫長旅程的「入場票」，除了這兩點之外，還要有一種早已注定但卻無法決定的東西——天分。

很幸運，這兩樣東西曹原都有了。

也正因此，他的科研之路一直走到今天，而「7篇Nature」只是截至目前這段科研旅程中的點綴。

對于曹原，除了「7篇Nature」和「少年神童」，更引人矚目的是他的科研歷程，Nature發文并不代表「封神」，年輕的科研人員才是我們值得尊敬的對象。

曹原的研究仍在繼續，我們也會這一直關注他「仰望星空」的旅程。

「那里更容易看到星星。」（圖源：曹原個站）

2021年4月7日真的沒有什么不同。

參考資料：

曹原個人網站 https://caoyuan.scripts.mit.edu/

（聲明：本文僅代表作者觀點，不代表新浪網立場。）