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“95后”天才曹原:石墨烯的驾驭者

2021-09-07李瑞祥邵红能

科学24小时 2021年9期
关键词:少年班石墨天才

李瑞祥 邵红能

曹原1996年出生于四川成都,自幼聪明。读小学时,往往老师刚说出题目,他就能喊出答案。他特别喜欢捣鼓电子产品,经常跑去电子市场,买上一大堆电子元件回家,反复研究电子线路。他还特别热衷阅读科技类的课外书,一本《科学探索者》就被他翻了好几遍。

曹原14岁考入中国科技大学少年班,18岁从中国科学技术大学毕业,随后前往美国麻省理工学院攻读博士学位。学成归国,他成为一名年轻的中国学者。曹原的主要研究领域为石墨烯超导,被誉为“石墨烯的驾驭者”。

“天才”之路

2007年9月,在景秀小学念书的曹原被选拔进入耀华实验学校小六(2)超常班学习,一年完成初中课程,一年完成高中课程。在课堂上经常踊跃发言的他,提出的一些问题有时让老师都难以回答。

从小学习能力就出众的曹原,从某种意义上看,可能是很多家长眼中调皮捣蛋的学生。他的中学老师朱源曾回忆说:“什么东西到曹原手上,都会被他拆掉,如收音机、计算机、手表等,他就是想看看里面的构造。”动手能力超强的曹原,还很喜欢做实验。学校的实验室难以满足他,于是他在家里弄了个“实验室”,让自己有更多做实验的机会。

天资聪颖的曹原仅用了一个月就读完初一,三个月读完初二,不到半年就读完初三。13岁的他进入高中后,虽然学业繁忙,放学回家都晚上10点了,但他还要再花一个多小时捣鼓各种化学试剂。做实验会有一定风险,但家人的支持、学校老师的开明,让他能尽情翱翔在科学的天空。

14岁时,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”。进入少年班后,曹原的光芒并没有被周围优异的同学掩盖。别人要用一整年完成的科研项目,曹原短短一个寒假就能完成,被评价为“天才中的天才”。面对如此荣耀,曹原说自己更多想起的是中学课堂上的一次实验。彼时,曹原的物理老师黄佳堂告诉他,金属的电阻率会随温度的降低而降低,当温度趋于绝对零度,就会呈现一种超导状态。如果谁能够发现常温下的超导材料,谁就可能颠覆科学界的认知。

青年与石墨烯

石墨烯是一层碳原子形成的薄片,一层层叠起来就是石墨,厚1毫米的石墨大约包含300万层石墨烯,相当惊人。而我们用铅笔在纸上轻轻划过的时候,留下的痕迹就可能是几层甚至几十层石墨烯。那么,曹原和石墨烯之间到底发生了什么?曹原做出了什么样的学术研究成果,才能让《自然》这样的国际性学术杂志对其做出极高的评价?

在攻读博士学位期间,曹原发现,按照他的理论推测,当叠在一起的两层石墨烯彼此间发生轻微偏移时,材料会发生剧变,有可能实现超导性能。但他的这一推测,引起了诸多物理学家的质疑。曹原没有被外界质疑的声音击退,他仍坚信自己的判断。为此,他日夜蹲守在实验室,一次又一次地为捍卫自己的想法而努力。终于,在一次实验中,曹原巧妙地将角度旋转为1.1度时,奇迹发生了,置身特殊电场的两层石墨烯成为超导体,电子在其间畅行无阻,曹原也终于证明了自己。

随后,他将学术论文整理后投给了《自然》杂志。这篇论文一经刊登,瞬间震撼了世界!全球的科学家都迫切地希望自己能在实验室中复制曹原创造的奇迹。哥伦比亚大学的一位教授甚至激动地说:“曹原为我们打开了新世界的大门,我们能做的太多了。”一些报道称曹原“一举解决了困扰世界107年的难题”。

在论文中,曹原指出:“当两层平行石墨烯堆成约1.1度的微妙角度,就会产生神奇的超导效应。”简要来说,就是曹原和他的研究团队发现:扭曲的双层石墨烯会产生两种全新的电子态。一种电子态是绝缘体态,来源于电子之间的强排斥作用;而另一种电子态是超导态,来源于电子之间的强吸引作用而产生零电阻。可以说,曹原的最大贡献在于发现了能让石墨烯实现超导的方法。

以此为基础,曹原的发现将极大地促进电子工业的发展,在能源传输方面,将为全球能源行业省下数千亿的成本。

青年英才的中国心

2018年,年仅22岁的曹原就成为了“年度世界最受关注的科学家”。全球无数大学和科研机构向他抛出橄欖枝,甚至有大学愿意为他提供一份教授的职位。面对这些诱人的职位,曹原依然选择第一时间回到自己的母校——中科大。在中科大少年班成立40周年纪念会上,曹原以自身为例为学弟学妹留言道:“科学无国界,我们可以去外国学习先进的科学技术,但最终一定要回国为祖国的科学事业贡献自己的力量。”

作为以“第一作者”身份在《自然》杂志上发表论文的最年轻的中国学者,曹原说自己也很喜欢天文,仰望星空会让自己平静下来。也正是浩瀚的宇宙、璀璨的星空,让他始终保持一种平和的心态。他时常告诫自己,在广阔的宇宙面前,再多的起伏都不过是沧海一粟。

有科学家指出,随着重磅论文的发表,曹原这颗冉冉升起的“科学新星”可能正在做出改变人类生活的重大发现。曹原的出现,也向世界证明了中国的科研实力。我们相信,这位年仅25岁的中国科学家,将会为中国、为世界带来更多真正硬核的科技创新,成为真正的国之栋梁。

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