天才“后浪”曹原的超導(dǎo)人生

庫(kù)叔說

2020年5月6日，24歲的中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)少年班校友、美國(guó)麻省理工學(xué)院“95后”博士生曹原，因再次在世界頂尖學(xué)術(shù)期刊英國(guó)《自然》雜志上一次性連發(fā)2篇論文而備受關(guān)注，被網(wǎng)友稱為“海嘯級(jí)后浪”。兩年前，22歲的曹原因在《自然》雜志一天連發(fā)2篇有關(guān)石墨烯的文章而轟動(dòng)學(xué)術(shù)界。24歲，站在世界科技之巔，這幾乎是一個(gè)不可想象的奇跡。回顧曹原的成長(zhǎng)經(jīng)歷，他能擁有今天的成就，看似是某種百年一遇的偶然，其實(shí)其中隱藏著某些必然。

一

曹原從小并不是一個(gè)很“乖”的孩子。

在不到10歲的年紀(jì)，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(shí)驗(yàn)材料。他對(duì)計(jì)算機(jī)充滿興趣，舉家遷往深圳之后，他時(shí)常前往華強(qiáng)北電子市場(chǎng)，買來大堆的電子元器件進(jìn)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(xiàn)出天才氣質(zhì)。初一只讀了1個(gè)月，初二讀了3個(gè)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(shí)驗(yàn)學(xué)校。高中學(xué)業(yè)十分繁忙，他放學(xué)回家已經(jīng)10點(diǎn)了，但依舊要花1個(gè)多小時(shí)的時(shí)間搗鼓各種化學(xué)試劑。

如此驚人的成就，他卻淡然地說：“我只是跳過了中學(xué)里一些無聊的知識(shí)。”

曹原的父母在其成長(zhǎng)的過程中，起到了不可替代的作用。為了支持學(xué)校對(duì)曹原的智力開發(fā)，他們?cè)诩抑胁贾昧艘婚g實(shí)驗(yàn)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(gòu)買天文望遠(yuǎn)鏡。以至于年紀(jì)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(jī)考入中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)少年班學(xué)院，并入選“嚴(yán)濟(jì)慈物理英才班”。為了完成科研作業(yè)，他幾乎沒有周末，沒有寒暑假，整日待在實(shí)驗(yàn)室里。曹原憑借超人的智慧和不懈的努力，僅用一個(gè)寒假的時(shí)間，就完成并發(fā)表了計(jì)算機(jī)物理課程中相關(guān)研究成果的文章。

二

2014年，曹原獲得中科大本科生最高榮譽(yù)獎(jiǎng)——郭沫若獎(jiǎng)學(xué)金。不久，他在陳宇林教授的推薦下，前往美國(guó)麻省理工學(xué)院深造。目前，曹原在電氣工程與計(jì)算機(jī)科學(xué)系攻讀博士學(xué)位，師從物理學(xué)家Pablo Jarillo-Herrero，也就是發(fā)表過4篇石墨烯論文的通訊作者。

初入美國(guó)，曹原花了整整6個(gè)月的時(shí)間，研究一份有關(guān)石墨烯的看似富有突破性的數(shù)據(jù)，卻最終發(fā)現(xiàn)那不過是實(shí)驗(yàn)中的巧合。那段時(shí)間，曹原非常沮喪，整日無精打采。但面對(duì)既定的結(jié)果，他在日后接受采訪時(shí)說：“有些沮喪，但也只能繼續(xù)干下去。”難能可貴的是，他始終保持著一種平和的心態(tài)，高峰時(shí)不迷茫，低谷時(shí)不放棄。曹原對(duì)于科研事業(yè)的投入，大多來自興趣，正如他對(duì)魔角石墨烯的研究，也是來源于興趣。

中學(xué)時(shí)的一堂物理課上，他的老師黃佳堂講道：“金屬的電阻率會(huì)隨溫度的降低而降低，當(dāng)溫度趨于絕對(duì)零度，就會(huì)呈現(xiàn)一種超導(dǎo)狀態(tài)。他牢牢記住了老師的一句話，“誰如果能夠在常溫下發(fā)現(xiàn)這種材料，就可能顛覆世界”。曹原對(duì)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(duì)他說：“這是你們這一代人需要研究的問題。”

三

經(jīng)過不懈探索和實(shí)驗(yàn)，曹原及其團(tuán)隊(duì)終于在2018年發(fā)現(xiàn)，將兩層石墨烯疊加在一起，當(dāng)轉(zhuǎn)角接近魔角（Magic angle）即1.1°，同時(shí)溫度環(huán)境達(dá)到1.7K（-271℃）時(shí)，它們會(huì)表現(xiàn)出非常規(guī)超導(dǎo)電性，其屬性與銅氧化物（其結(jié)構(gòu)往往難以調(diào)整）的高溫超導(dǎo)性類似。

曹原及其團(tuán)隊(duì)的這個(gè)發(fā)現(xiàn)到底有多重要？這件事還得從109年前說起。

1911年，荷蘭物理學(xué)家海克·卡末林·昂內(nèi)斯等人發(fā)現(xiàn)，當(dāng)汞被冷卻至接近0K（-273℃）時(shí)，電子可以通行無“阻”。他們將這個(gè)“零電阻狀態(tài)”稱為“超導(dǎo)電性”。具有超導(dǎo)電性的材料有很強(qiáng)的應(yīng)用價(jià)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(shù)超導(dǎo)體僅在接近0K（-273℃）的溫度下工作，維持低溫使超導(dǎo)體的應(yīng)用成本顯著提升。如果材料能在室溫下實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)，就能避開昂貴的冷卻費(fèi)。目前，材料達(dá)到超導(dǎo)狀態(tài)的最高溫度約為133K（-140℃），這種材料就是銅氧化物，于20世紀(jì)80年代被發(fā)現(xiàn)。30多年來，在尋找室溫超導(dǎo)體的路上，銅氧化物一直是物理學(xué)家關(guān)注的焦點(diǎn)。

2017年，在美國(guó)攻讀博士的曹原發(fā)現(xiàn)，將兩層石墨烯堆成微妙角度，便會(huì)發(fā)生神奇的超導(dǎo)效應(yīng)。當(dāng)他提出這一推測(cè)時(shí)，很多物理學(xué)家認(rèn)為這不過是21歲的年輕人對(duì)世界的無知想象。但是曹原不卑不亢，沉著冷靜，蹲守實(shí)驗(yàn)室，捍衛(wèi)自己的理論。終于，經(jīng)歷多次實(shí)驗(yàn)失敗后，他發(fā)現(xiàn)，在一定溫度下，當(dāng)兩層平行石墨烯堆成約1.1°的微妙角度時(shí)，會(huì)產(chǎn)生神奇的超導(dǎo)效應(yīng)。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(jí)科學(xué)期刊《自然》雜志。編輯收到論文后幾乎沒有排版，第一時(shí)間將文章發(fā)布到網(wǎng)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(jié)果表明，它可能像已知的高溫超導(dǎo)體一樣導(dǎo)電，這已讓物理學(xué)家興奮不已。即便如今尚未能夠在常溫下應(yīng)用這一技術(shù)，但這一技術(shù)一旦真正落地，曹原的科研成果不僅能夠快速促進(jìn)電子信息、新能源汽車等諸多行業(yè)的發(fā)展，還會(huì)為全球電力能源行業(yè)省下數(shù)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(guó)家的橄欖枝，甚至不少學(xué)校向他保證可以授予他“教授職位”。曹原卻一一拒絕。他說當(dāng)下仍舊會(huì)潛心研究，“對(duì)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(xué)家沒有食言。他希望自己學(xué)成歸來后，能夠在中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)工作，為國(guó)效力。

粉絲心語：

軒軒：中國(guó)潛在的最年輕的諾貝爾獎(jiǎng)獲得者，曹原，你是新時(shí)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(guó)家興，青年強(qiáng)則國(guó)家強(qiáng)，大贊！