“95后”天才曹原：石墨烯的駕馭者

李瑞祥 邵紅能

曹原1996年出生于四川成都，自幼聰明。讀小學(xué)時，往往老師剛說出題目，他就能喊出答案。他特別喜歡搗鼓電子產(chǎn)品，經(jīng)常跑去電子市場，買上一大堆電子元件回家，反復(fù)研究電子線路。他還特別熱衷閱讀科技類的課外書，一本《科學(xué)探索者》就被他翻了好幾遍。

曹原14歲考入中國科技大學(xué)少年班，18歲從中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)畢業(yè)，隨后前往美國麻省理工學(xué)院攻讀博士學(xué)位。學(xué)成歸國，他成為一名年輕的中國學(xué)者。曹原的主要研究領(lǐng)域為石墨烯超導(dǎo)，被譽為“石墨烯的駕馭者”。

“天才”之路

2007年9月，在景秀小學(xué)念書的曹原被選拔進(jìn)入耀華實驗學(xué)校小六（2）超常班學(xué)習(xí)，一年完成初中課程，一年完成高中課程。在課堂上經(jīng)常踴躍發(fā)言的他，提出的一些問題有時讓老師都難以回答。

從小學(xué)習(xí)能力就出眾的曹原，從某種意義上看，可能是很多家長眼中調(diào)皮搗蛋的學(xué)生。他的中學(xué)老師朱源曾回憶說：“什么東西到曹原手上，都會被他拆掉，如收音機、計算機、手表等，他就是想看看里面的構(gòu)造。”動手能力超強的曹原，還很喜歡做實驗。學(xué)校的實驗室難以滿足他，于是他在家里弄了個“實驗室”，讓自己有更多做實驗的機會。

天資聰穎的曹原僅用了一個月就讀完初一，三個月讀完初二，不到半年就讀完初三。13歲的他進(jìn)入高中后，雖然學(xué)業(yè)繁忙，放學(xué)回家都晚上10點了，但他還要再花一個多小時搗鼓各種化學(xué)試劑。做實驗會有一定風(fēng)險，但家人的支持、學(xué)校老師的開明，讓他能盡情翱翔在科學(xué)的天空。

14歲時，曹原以669分的高考成績被中科大少年班錄取，并入選“嚴(yán)濟(jì)慈物理英才班”。進(jìn)入少年班后，曹原的光芒并沒有被周圍優(yōu)異的同學(xué)掩蓋。別人要用一整年完成的科研項目，曹原短短一個寒假就能完成，被評價為“天才中的天才”。面對如此榮耀，曹原說自己更多想起的是中學(xué)課堂上的一次實驗。彼時，曹原的物理老師黃佳堂告訴他，金屬的電阻率會隨溫度的降低而降低，當(dāng)溫度趨于絕對零度，就會呈現(xiàn)一種超導(dǎo)狀態(tài)。如果誰能夠發(fā)現(xiàn)常溫下的超導(dǎo)材料，誰就可能顛覆科學(xué)界的認(rèn)知。

青年與石墨烯

石墨烯是一層碳原子形成的薄片，一層層疊起來就是石墨，厚1毫米的石墨大約包含300萬層石墨烯，相當(dāng)驚人。而我們用鉛筆在紙上輕輕劃過的時候，留下的痕跡就可能是幾層甚至幾十層石墨烯。那么，曹原和石墨烯之間到底發(fā)生了什么？曹原做出了什么樣的學(xué)術(shù)研究成果，才能讓《自然》這樣的國際性學(xué)術(shù)雜志對其做出極高的評價？

在攻讀博士學(xué)位期間，曹原發(fā)現(xiàn)，按照他的理論推測，當(dāng)疊在一起的兩層石墨烯彼此間發(fā)生輕微偏移時，材料會發(fā)生劇變，有可能實現(xiàn)超導(dǎo)性能。但他的這一推測，引起了諸多物理學(xué)家的質(zhì)疑。曹原沒有被外界質(zhì)疑的聲音擊退，他仍堅信自己的判斷。為此，他日夜蹲守在實驗室，一次又一次地為捍衛(wèi)自己的想法而努力。終于，在一次實驗中，曹原巧妙地將角度旋轉(zhuǎn)為1.1度時，奇跡發(fā)生了，置身特殊電場的兩層石墨烯成為超導(dǎo)體，電子在其間暢行無阻，曹原也終于證明了自己。

隨后，他將學(xué)術(shù)論文整理后投給了《自然》雜志。這篇論文一經(jīng)刊登，瞬間震撼了世界！全球的科學(xué)家都迫切地希望自己能在實驗室中復(fù)制曹原創(chuàng)造的奇跡。哥倫比亞大學(xué)的一位教授甚至激動地說：“曹原為我們打開了新世界的大門，我們能做的太多了。”一些報道稱曹原“一舉解決了困擾世界107年的難題”。

在論文中，曹原指出：“當(dāng)兩層平行石墨烯堆成約1.1度的微妙角度，就會產(chǎn)生神奇的超導(dǎo)效應(yīng)。”簡要來說，就是曹原和他的研究團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)：扭曲的雙層石墨烯會產(chǎn)生兩種全新的電子態(tài)。一種電子態(tài)是絕緣體態(tài)，來源于電子之間的強排斥作用;而另一種電子態(tài)是超導(dǎo)態(tài)，來源于電子之間的強吸引作用而產(chǎn)生零電阻。可以說，曹原的最大貢獻(xiàn)在于發(fā)現(xiàn)了能讓石墨烯實現(xiàn)超導(dǎo)的方法。

以此為基礎(chǔ)，曹原的發(fā)現(xiàn)將極大地促進(jìn)電子工業(yè)的發(fā)展，在能源傳輸方面，將為全球能源行業(yè)省下數(shù)千億的成本。

青年英才的中國心

2018年，年僅22歲的曹原就成為了“年度世界最受關(guān)注的科學(xué)家”。全球無數(shù)大學(xué)和科研機構(gòu)向他拋出橄欖枝，甚至有大學(xué)愿意為他提供一份教授的職位。面對這些誘人的職位，曹原依然選擇第一時間回到自己的母校——中科大。在中科大少年班成立40周年紀(jì)念會上，曹原以自身為例為學(xué)弟學(xué)妹留言道：“科學(xué)無國界，我們可以去外國學(xué)習(xí)先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，但最終一定要回國為祖國的科學(xué)事業(yè)貢獻(xiàn)自己的力量。”

作為以“第一作者”身份在《自然》雜志上發(fā)表論文的最年輕的中國學(xué)者，曹原說自己也很喜歡天文，仰望星空會讓自己平靜下來。也正是浩瀚的宇宙、璀璨的星空，讓他始終保持一種平和的心態(tài)。他時常告誡自己，在廣闊的宇宙面前，再多的起伏都不過是滄海一粟。

有科學(xué)家指出，隨著重磅論文的發(fā)表，曹原這顆冉冉升起的“科學(xué)新星”可能正在做出改變?nèi)祟惿畹闹卮蟀l(fā)現(xiàn)。曹原的出現(xiàn)，也向世界證明了中國的科研實力。我們相信，這位年僅25歲的中國科學(xué)家，將會為中國、為世界帶來更多真正硬核的科技創(chuàng)新，成為真正的國之棟梁。