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曹原:驾驭石墨烯的少年

时间:2019-04-07 作者:未详 点击:
  2018年12月18日,世界顶尖学术期刊《自然》发布了“2018年度科学人物”,1996年出生、在美国麻省理工学院攻读博士的中国学生曹原位居榜首;2018年3月,该杂志罕见地刊载了两篇有关石墨烯超导重大发现的文章,而这两篇文章的第一作者都是曹原。
  
  这是《自然》杂志149年历史上的首次,曹原也成为以“第一作者”身份在该杂志上发表论文的最年轻的中国学者……
  
  一时间,全世界惊叹:曹原是谁?他到底有多牛?
  
  轰动世界的“石墨烯驾驭者”
  
  2017年,曹原和他的团队发现,当两层平行石墨烯堆成约1。1°的微妙角度(魔角),就会产生以零电阻传输电子的神奇超导效应。这种用石墨烯实现超导的方法,开创了物理学一个全新的研究领域,有望大大提高能源的利用效率与传输效率。
  
  《自然》于2018年3月5日刊发的两篇文中提到,曹原团队在魔角扭曲的双层石墨烯中发现了新的电子态,可以简单实现从绝缘体到超导体的转变,打开了非常规超导体研究的大门。这一重磅消息瞬间引爆全球,该杂志称曹原为“石墨烯驾驭者”。
  
  众所周知,从发电站到用户的传送过程中,能量是有损耗的,而且损耗量巨大。1911年,荷兰物理学家昂内斯发现,当汞被冷却至4。2K(-268。95℃)以下时,电子可以通行无“阻”,从而将能源损耗降到最低。这个“零电阻状态”被称为“超导电性”。
  
  但问题是,超导体要在4。2K以下的环境中才能显现其近乎零损耗的输电能力,而这其中的冷却成本高得让人绝望。于是,全世界的科学家开始了各种实验,去寻找低成本超导材料。“物理学家已经在黑暗中徘徊了30年,试图解开铜氧化物超导的秘密……”如今,中国青年曹原,成了照亮黑暗的那盏明灯。
  
  然而,研究过程最初并不顺利。实验中最困难的地方在于,如何将两层石墨烯之间的转角精确地控制在1。1°附近。在经历了一次又一次的失败后,曹原依旧信心满满地说:“实验失败是家常便饭,心态平和地对待失败就没什么压力了。吃一堑长一智,做得多了,慢慢有经验了,难题自然就攻克了。”
  
  在之后的半年多时间里,他夜以继日地待在实验室,克服了样品无法承受高热、机械部件有滞留回差等重重困难后,震惊世界的石墨烯传导实验终于成功了。
  
  “我并不特别”
  
  1996年,曹原出生在成都,3岁多时随父母去了深圳。在深圳景秀小学读书时,往往老师刚说出题目,曹原就喊出答案。“我那时经常接嘴、插嘴或者和老师顶嘴。”曹原不觉得自己比同龄人聪明多少。他说:“我只是比较爱读科技类的课外书,像《科学探索者》,我前前后后翻了好多遍,為我现在的知识面打下了很好的基础。我现在的动手能力,也得益于小时候常在家捣鼓电子电路和化学实验的经历。”
  
  小学六年级时,曹原转入深圳市耀华实验学校。在这里,他更加放飞自我:课桌、椅子、黑板都没能逃过他的“毒手”,甚至连老师的讲台都被他拆了;他在学校搞了个实验室,还在家里弄了个实验室。当时做实验所需的硝酸银很贵,也很难买到,他就买来了硝酸,偷偷地把妈妈的银镯子放进去,人工合成了硝酸银。
  
  这些事惊动了校长,校长非但没有责怪他,反而连连称赞:“这孩子是个好苗子,是个天才!”并当即决定把他送进少年班,接受“超常教育”。
  
  2009年9月,13岁的曹原考上了高中。那时学业繁忙,每天放学回家常常超过22点了,但他还要花一个多小时捣鼓各种化学试剂。
  
  “在学习中,重要的不是老师,也不是特别的教材与习题,而是自己愿意钻研的学习兴趣,以及善于钻研的自学能力。”曹原回忆说。
  
  第二年,14岁的曹原提前参加高考,以669分的成绩考入中国科技大学少年班,并入选“严济慈物理英才班”。
  
  天才辈出的中科大少年班竞争激烈,曹原却在其中如鱼得水。他经常穿梭于各大教授的办公室,一脸认真地逐一去请教,还时不时提出一些刁钻古怪的问题。2012年,曹原被选为首批交流生赴密歇根大学学习;2013年6月又被牛津大学选中,受邀参加为期两个月的科研实践;2014年,曹原从中科大毕业时获得了该校本科生的最高荣誉奖——郭沫若奖学金。之后,他前往美国攻读博士学位。
  
  《自然》杂志说,曹原认为自己“并不特别”。毕竟,他在大学里还是待满了四年,他说:“我只是跳过了中学里面一些无聊的东西。”
  
  星空下的安静少年
  
  脸上带着稚气的曹原,被网友誉为“科学大神”。但麻省理工学院的导师觉得,曹原在内心深处是个“修补匠”,喜欢把东西拆开重装。“每次我进他的办公室,里面都是乱糟糟的,桌上堆满了计算机和自制望远镜的零件。”
  
  有趣的是,除了专注于枯燥的学术研究,曹原还是个很懂生活情调的人。闲暇时,他喜欢和朋友一起四处旅行。
  
  他特别喜欢看奥地利魔术大师表演的魔术,有时为了看一场表演,甚至会直接飞去维也纳。与简单的“变戏法”不同,欧洲魔术师非常注重艺术效果,会用奇思妙想的创意、行云流水的表演,甚至高科技AR技术,将观众卷入一场奇幻之旅。
  
  曹原说,魔术所有的“不可思议”都是以科学原理为支撑的,因而魔术师在物理、化学、生物等方面都需要积累一定的知识,这样创作出的作品才会令人耳目一新。
  
  还有朋友开玩笑说,曹原成了一名“科学大神”,世界上却少了一位“超级厨神”。原来,从小就嘴馋的他,不仅热爱美食,高兴时还会到超市采购各种食材,亲自下厨,清蒸鱼、烧茄子、爆炒肚片等一桌子色香味俱全的菜肴不在话下,让同事们大饱口福。
  
  曹原还经常在朋友圈发天文观测的照片。他喜欢天文摄影,工作之余会通过天文摄影来进行自我调节。“仰望星空总是能让我安静下来。天文摄影涉及包括光学、精密机械、电子电路、嵌入式程序等在内的多方面科学技术,折腾这些东西,都是我的兴趣。”
  
  对于自己的“学霸”成长经历和取得的成就,曹原保持着平和的心态。面对世界给予他的如此殊荣,他只说了一句简单的话:“一个扎实走好每一步、过好每一天的人,他的未来一定不会太差。”
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