天才“后浪”曹原的超導人生

文庫叔說

人物名片

曹原，1996 年出生于四川成都，2010 年考入中國科學技術大學少年班，2014 年前往美國麻省理工學院攻讀博士學位。2018 年3 月5日，他在世界頂尖學術期刊英國《自然》雜志上連刊兩文，報道石墨烯超導重大發現，解決了困擾全球物理學界107年的世界超導物理學難題。同年，曹原榮登《自然》雜志2018年度影響世界的十大科學人物榜首。

2020 年5 月6 日，24 歲的中國科學技術大學少年班校友、美國麻省理工學院“95后”博士生曹原，因再次在世界頂尖學術期刊英國《自然》雜志上一次性連發2 篇論文而備受關注，被網友稱為“海嘯級后浪”。兩年前，22歲的曹原因在《自然》雜志一天連發2篇有關石墨烯的文章而轟動學術界。24 歲，站在世界科技之巔，這幾乎是一個不可想象的奇跡。回顧曹原的成長經歷，他能擁有今天的成就，看似是某種百年一遇的偶然，其實其中隱藏著某些必然。

一

曹原從小并不是一個很“乖”的孩子。

在不到10 歲的年紀，曹原便開始將父母的銀首飾化解，用以提取自己需要的硝酸銀實驗材料。他對計算機充滿興趣，舉家遷往深圳之后，他時常前往華強北電子市場，買來大堆的電子元器件進行拆卸、安裝，直至研究清楚其中的線路邏輯。

曹原很早就展現出天才氣質。初一只讀了1 個月，初二讀了3 個多月，初三還沒讀半年就參加了中考，并順利考上了深圳耀華實驗學校。高中學業十分繁忙，他放學回家已經10 點了，但依舊要花1 個多小時的時間搗鼓各種化學試劑。

如此驚人的成就，他卻淡然地說：“我只是跳過了中學里一些無聊的知識。”

曹原的父母在其成長的過程中，起到了不可替代的作用。為了支持學校對曹原的智力開發，他們在家中布置了一間實驗室，為曹原提供最好的科研條件。曹原喜歡天文，父母便花重金為他購買天文望遠鏡。以至于年紀不大的曹原卻淡淡說出了這樣的話：“在廣闊的宇宙面前，再多的起伏都不過是滄海一粟。”

2010 年，14 歲的曹原以高考理科 669 分的成績考入中國科學技術大學少年班學院，并入選“嚴濟慈物理英才班”。為了完成科研作業，他幾乎沒有周末，沒有寒暑假，整日待在實驗室里。曹原憑借超人的智慧和不懈的努力，僅用一個寒假的時間，就完成并發表了計算機物理課程中相關研究成果的文章。

二

2014 年，曹原獲得中科大本科生最高榮譽獎——郭沫若獎學金。不久，他在陳宇林教授的推薦下，前往美國麻省理工學院深造。目前，曹原在電氣工程與計算機科學系攻讀博士學位，師從物理學家Pablo Jarillo-Herrero，也就是發表過4篇石墨烯論文的通訊作者。

初入美國，曹原花了整整6 個月的時間，研究一份有關石墨烯的看似富有突破性的數據，卻最終發現那不過是實驗中的巧合。那段時間，曹原非常沮喪，整日無精打采。但面對既定的結果，他在日后接受采訪時說：“有些沮喪，但也只能繼續干下去。”難能可貴的是，他始終保持著一種平和的心態，高峰時不迷茫，低谷時不放棄。曹原對于科研事業的投入，大多來自興趣，正如他對魔角石墨烯的研究，也是來源于興趣。

中學時的一堂物理課上，他的老師黃佳堂講道：“金屬的電阻率會隨溫度的降低而降低，當溫度趨于絕對零度，就會呈現一種超導狀態。他牢牢記住了老師的一句話，“誰如果能夠在常溫下發現這種材料，就可能顛覆世界”。曹原對此充滿好奇，課下找到黃老師答疑解惑，但黃老師卻無法回答他的提問，滿懷期待地對他說：“這是你們這一代人需要研究的問題。”

三

經過不懈探索和實驗，曹原及其團隊終于在2018 年發現，將兩層石墨烯疊加在一起，當轉角接近魔角(Magic angle)即 1.1°，同時溫度環境達到1.7K（-271℃）時，它們會表現出非常規超導電性，其屬性與銅氧化物（其結構往往難以調整）的高溫超導性類似。

曹原及其團隊的這個發現到底有多重要？這件事還得從109年前說起。

1911 年，荷蘭物理學家海克·卡末林·昂內斯等人發現，當汞被冷卻至接近0K（-273℃）時，電子可以通行無“阻”。他們將這個“零電阻狀態”稱為“超導電性”。具有超導電性的材料有很強的應用價值，能使傳輸過程中的能量損耗幾乎為零。不過，目前絕大多數超導體僅在接近0K（-273℃）的溫度下工作，維持低溫使超導體的應用成本顯著提升。如果材料能在室溫下實現超導，就能避開昂貴的冷卻費。目前，材料達到超導狀態的最高溫度約為133K（-140℃），這種材料就是銅氧化物，于 20 世紀 80 年代被發現。30 多年來，在尋找室溫超導體的路上，銅氧化物一直是物理學家關注的焦點。

2017 年，在美國攻讀博士的曹原發現，將兩層石墨烯堆成微妙角度，便會發生神奇的超導效應。當他提出這一推測時，很多物理學家認為這不過是21 歲的年輕人對世界的無知想象。但是曹原不卑不亢，沉著冷靜，蹲守實驗室，捍衛自己的理論。終于，經歷多次實驗失敗后，他發現，在一定溫度下，當兩層平行石墨烯堆成約1.1°的微妙角度時，會產生神奇的超導效應。后來這被稱為“魔角石墨烯”。

2018 年，他將論文整理后投向了世界頂級科學期刊《自然》雜志。編輯收到論文后幾乎沒有排版，第一時間將文章發布到網站上，引起軒然大波。盡管該材料仍需要冷卻到一定溫度，但結果表明，它可能像已知的高溫超導體一樣導電，這已讓物理學家興奮不已。即便如今尚未能夠在常溫下應用這一技術，但這一技術一旦真正落地，曹原的科研成果不僅能夠快速促進電子信息、新能源汽車等諸多行業的發展，還會為全球電力能源行業省下數千億元的資金！

憑借科研成果震驚世界之后，曹原得到了諸多國家的橄欖枝，甚至不少學校向他保證可以授予他“教授職位”。曹原卻一一拒絕。他說當下仍舊會潛心研究，“對于石墨烯的‘魔角’，我們要做的事情還有很多”。2020年的兩篇論文，證明了這位天才科學家沒有食言。他希望自己學成歸來后，能夠在中國科學技術大學工作，為國效力。

粉絲心語：

軒軒：中國潛在的最年輕的諾貝爾獎獲得者，曹原，你是新時代青年的驕傲！

壞蛋灰灰：這是我作文素材里的傳奇人物，青年興則國家興，青年強則國家強，大贊！