25歲Nature「魔角天才」曹原：證明三層石墨烯「自旋三重態(tài)」超導性

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25歲Nature狂魔八連殺！「魔角天才」曹原證明三層石墨烯「自旋三重態(tài)」超導性
新智元 新智元 2021-07-22 12:34




  新智元報道  

來源：nature

編輯：小勻、yaxin

【新智元導讀】剛剛，95后「石墨烯駕馭者」曹原又在Nature上發(fā)文了！這是一篇關于魔角石墨烯的最新研究成果，與此同時，他迎來了自己人生中第八篇Nature！而這距離他上一次發(fā)表Science僅僅過去了三個月。


95后Nature狂魔曹原再出擊！剛剛，他迎來了自己的第8篇Nature論文：



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96年、8篇Nature、1篇Science。



僅2021年上半年，曹原就已經(jīng)發(fā)表了3篇Nature+1篇Science，發(fā)表間隔時間最長不過一個月，最短僅7天。



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今年4月，曹原7天內(nèi)發(fā)兩篇Nature



因此，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。



在這篇新的文章中，一種被稱為「魔角扭曲三層石墨烯」的材料系統(tǒng)表現(xiàn)出超導性。



這可能會促進量子計算的進步。



魔角三層石墨烯：「自旋三重態(tài)」超導體



兩層變?nèi)龑?，在魔角三層石墨烯上再次發(fā)現(xiàn)了在強磁場中罕見超導現(xiàn)象，這位魔角天才只專注做一件事。



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曹原表示，「該研究中發(fā)現(xiàn)的魔角三層石墨烯是一種非常罕見的超導體，被稱為「自旋三重態(tài)」，不受強磁場的影響?！?br />


在最新Nature論文中，研究發(fā)現(xiàn)，當 θ 等于大約1.6 °的魔角時，系統(tǒng)進入強耦合狀態(tài)的角度。



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魔角扭曲三層石墨烯中罕見的自旋三重態(tài)超導現(xiàn)象



曹原在這種魔角扭曲三層石墨烯 (MATTG) 中觀察到了「超導現(xiàn)象」，并研究了這種超導現(xiàn)象的自旋特性。



具體講，MATTG在低溫（低至1開爾文）下電阻為零，變?yōu)槌瑢w。



然后，他們在石墨烯層的平面上對 MATTG 施加一個磁場。



結果發(fā)現(xiàn)，MATTG在高達 10 特斯拉的驚人「高磁場」下仍然表現(xiàn)出超導性，這比傳統(tǒng)超導體所預測的材料所能承受的磁場高出3倍!



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實驗中，研究人員是將三層石墨烯堆疊在一起，并將中間的一層相對于外層旋轉 1.56 度來制造MATTG。



然后通過一塊磁場方向與材料平行的大磁鐵控制磁場，在越來越高的磁場下測試了MATTG的超導性。



研究發(fā)現(xiàn)，當不斷增加周圍的磁場時，MATTG的超導性一直很強，直到消失。



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高平面磁場下 MATTG 中的超導性



超導性源于電子結合成稱為庫珀對的兩個電子。在自旋單重態(tài) 「庫珀對」中，電子自旋（內(nèi)在角動量）向相反的方向。



而在石墨烯材料平面存在強磁場的情況下，自旋單線態(tài)「庫珀對」拉開，因為一種稱為「塞曼效應」的現(xiàn)象導致自旋在同一方向上排列。



這種特性被稱為「自旋三重態(tài)」。



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傳統(tǒng)超導體的自旋單線態(tài)和魔角扭曲三層石墨烯的自旋三重態(tài)



未來，這種奇異的超導體可以極大地改進磁共振成像（MRI）技術。



目前，MRI 機器僅限于 1-3 特斯拉的磁場。



如果它們可以用自旋三重態(tài)超導體制造，那么 MRI 就可以在更高的磁場下運行，以產(chǎn)生「更清晰」的人體圖像。



此外，三層石墨烯中「自旋三重態(tài)」超導性的新證據(jù)也可以幫助科學家設計更強大的超導體，以用于實際量子計算。



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Nature發(fā)文不「封神」，曹原：會繼續(xù)仰望星空



8篇Nature，石墨烯駕馭者，Nature年度人物，Nature創(chuàng)刊以來年齡最小入選者......



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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?！埂肝抑皇翘^了中學里一些無趣的部分?！?br />


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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(fā)團隊最年輕成員鄧宇皓，7次在國際核心期刊發(fā)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(shù)學科學領軍人才培養(yǎng)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(zhì)時，丘成桐先生表示：要有「好奇心」，想學好數(shù)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「8篇Nature」只是截至目前這段科研旅程中的點綴。



對于曹原，除了「8篇Nature」和「少年神童」，更引人矚目的是他的科研歷程，Nature發(fā)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(xù)，我們也會這一直關注他「仰望星空」的旅程。



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「那里更容易看到星星?！梗▓D源：曹原個站）



這不過是他的第8篇Nature，未來還會有多少篇呢？





參考資料：

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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