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曹原:“90后”科学家破解“世纪难题”

2019-09-24 23:00:09 来源:法制日报·法治周末

曹原 生于1996

  法治周末记者 宋媛媛

  曾一度被调侃为“衰败一代”的“90后”群体,如今也在各行各业中绽放出自己独特的光芒。这其中,一位中国的“90后”科学家在世界物理学领域可谓赚足了眼球。他就是曹原。
 

  揭开“超导”面纱
 

  谈到曹原不能不提到超导。超导又称为超导材料,指在某一温度下,电阻为零的导体。以电力为例,电力在发电站传输到终端用户的过程中会随着传输距离的加长而不断衰减。为了保证电能的稳定性,所需消耗异常惊人。

  自19世纪电力发明以来,不少科学家为了实现电力传输零损耗付出巨大心血。

  1911年,荷兰物理学家海克·卡莫林·昂内斯证实汞在温度接近-273℃时,流通的电子会无限接近于“无阻”通行。作为人类史上第一个发现超导体存在的科学家,卡莫林于1913年被授予诺贝尔奖。

  然而,这一实验虽然解决了电力零损耗传输的材料,却因材料实现超导的环境条件限制,而止于理论试验。

  随着对超导研究的不断探寻,1980年,欧洲物理学家发现铜氧化材料可以替代汞,在最低温度达到-140℃实现“超导”。但这依旧在应用中难以实现。

  此后的整整30年里,物理学家们一直徘徊在解开铜氧化超导研究的难题中。

  时间来到2018年。曹原,这位来自中国,二十出头的“准博士学生”,在“世纪难题”中找到一个出口。曹原在攻读麻省理工博士期间,通过实验发现石墨烯的排列结构中具有非规超导电性的因子。

  为了将理论转化为成果,曹原历经一次又一次的试验。终于,奇迹诞生了。即旋转到特定的“魔法角度”(1.1°)叠加时,终于证实了这一理论的可行性。
 

  为“天才少年”开绿灯
 

  1996年,曹原出生在素有“天府之国”美称的成都,3岁时随父母举家搬迁到深圳。

  上世纪90年代的深圳,在电子信息产业领域开于全国之先,支柱产业地位明显。

  自打记事起,曹原就对市面上的各种电子产品产生了极大的兴趣。他最喜欢的事情就是从电子市场淘来一大堆物件拆了装,装了又拆。这些经历,为他日后改写世界科学进程埋下深深的伏笔。

  由于天资聪慧,2007年,11岁的曹原被选拔进入以“超常教育”闻名的深圳耀华实验学校。在学校里,曹原不仅是“学霸”更是“天才少年”,并因此受到特别“照顾”,几乎是“一路绿灯”。

  曹原进入耀华学校后,即被选入“超常班”和“华杯赛少年班”。学校又根据其天分,将他和另两名同学专门编了一个小小班,取名“天才班”,为他们腾出了一间办公室,并安排了6位老师专门为他们授课。

  曹原果然不负众望,2010年,14岁的他以理科669分的成绩考入中国科技大学少年班学院,并入选“严济慈物理英才班”。

  当他念到大二时,曹原又如愿以偿地到中国科学技术大学物理系教授曾长淦的实验室学习,进行石墨烯超晶格等离激元的理论研究。

  在这之后,曹原又到了中国科技大学微尺度物质科学国家实验室,还得到了物理系教授丁泽军的“真传”。

  由于治学严谨、要求极严,丁泽军被冠以“古怪教授”称号,很少有学生能“入其法眼”。

  然而,丁泽军却对曹原“情有独钟”,“曹原是个很聪明的家伙!”在其主导下,曹原仅用了一个寒假就完成了相关论文。

  2012年,曹原作为中科院首批国际交流生被派往美国密歇根大学学习;2013年,他获得中科大“顶尖海外交流奖学金”。

  2013年,他又被英国牛津大学选中,受邀前往伦敦做为期两个月的科学实验。

  毕业后,曹原为了继续深造,前往美国著名的麻省理工学院攻读博士学位。
 

  攻克多年的难题
 

  和其他人一样,“天才”也会遇到阻碍与瓶颈。

  在初入麻省理工学院时,曹原并非一帆风顺,他曾有一门非常想要学习的课程,但因能力之限而失之交臂。

  之后,曹原又想尽办法通过电气工程系加入了赫瑞欧教授的课题组来学习该门课程。

  其间,曹原发现,石墨烯的排列结构中具有非规超导电性的因子,他据此推测出:当两层石墨烯叠在一起发生轻微偏移的时候,材料的特性会发生剧变,并因此催生出超导体的性能。

  这个发现曾让曹原一度兴奋不已,但这些数据在物理学界看来很可能只是个巧合。

  当时,很多物理科学家对这个结论并不认同,认为历经上百年之久都不曾解决的难题,一个毛头小伙子怎么能够解决?

  其团队导师回忆那段时间,“曹原面对质疑,什么也没说,只是埋头苦干。但仍然可以感到他并不开心”。

  曹原并没有气馁,依旧信心满满的说:“实验失败是家常便饭,心态平和地对待失败就没什么压力,还有成功的希望。”他坚定地认为实践是检验真理的唯一办法。

  在经历了多次失败后,终于拨云见日。当曹原把两层石墨烯材料旋转到特定叠加值时,超导体诞生了。之后,通过六个多月的反复试验,石墨烯传导的全方位理论终于确立。

  2018年3月5日,曹原把论文投给世界顶级科学杂志《自然》,收到曹原的投稿后,《自然》编辑部一片哗然,就在一天之内连续刊登了两篇曹原关于石墨烯超导理论的论文。

  2018年3月8日,关于石墨烯超导论文轰动世界物理学界的第三天,曹原回到中科大。这一天,是中科大少年班成立40周年纪念日,曹原将这份举世无双的研究成果当作礼物,庆祝少年班成立40周年。

  “一举成名”之后,在接受媒体采访时,曹原表示,对于未来科研生涯将会走向何方自己并不知晓,但他表示,“对于石墨烯的‘魔角’,我们要做的事情还有很多”。

  “在中国的凝聚态物理学家中,每个人都知道曹原的名字。”曾长淦曾自豪地表示。

  一时间,世界各地已经有多所大学向曹原抛出了橄榄枝,不仅有博士后的职位,而且还有教职。

  对于种种赞誉,曹原却有自己的想法:“我是一个中国人,我学成以后要回到中国去。”
 

责编:王硕

——法治周末
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