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曹原|“天才少年”曹原：中国潜在的最年轻的诺贝尔奖获得者

超导体石墨曹原中科大石墨烯碳原子

伦敦时间去年5月6日上线的《自然》（《Nature》）杂志 ， 因一位“天才少年”而格外受关注 。
这位“天才少年”何许人也？他就是当今石墨烯届的风云人物——曹原 。 在当期的《自然》杂志上 ， 中科大10级少年班校友、美国麻省理工学院“95后”博士生曹原与其博导Pablo Jarillo-Herrero背靠背连发两篇论文 ， 介绍魔角石墨烯研究的新突破 。
“事实上 ， 这并不是曹原第一次吸人眼球” ， 有媒体指出 ， 两年前 ， “曹原就曾在《自然》上连发两篇关于石墨烯的论文而登上2018年《Nature》年度人物榜” ， 许多国外科学报道将其称为“中国潜在的最年轻的诺贝尔奖获得者” 。
石墨烯到底是什么？
【曹原|“天才少年”曹原：中国潜在的最年轻的诺贝尔奖获得者】提起石墨烯 ， 不少人觉得很陌生 。 石墨烯是什么?石墨烯是一种二维晶体 ， 是由单层碳原子排列成六边形晶格的一种异形体 。 其实 ， 石墨烯也可以叫石墨 ， 我们平常用的铅笔芯 ， 就是用石墨做的 。 但在一定程度上 ， 石墨烯又不完全等同于石墨 ， 因为石墨烯却和石墨的性质有着巨大的不同 。
石墨烯是世上最薄却也是最坚硬的纳米材料 。 人们常见的石墨是由一层层以蜂窝状有序排列的平面碳原子堆叠而形成的 ， 所以 ， 你可以认为一层一层的石墨烯叠起来就是石墨 。 由于石墨的层间作用力较弱 ， 很容易互相剥离 ， 形成薄薄的石墨片 ， 当把石墨片剥成单层之后 ， 这种只有一个碳原子厚度的单层就是石墨烯 。 科学家指出 ， 厚度一毫米的石墨可能包含300万层石墨烯 ， 当你用铅笔轻轻在纸上划过时 ， 其留下的痕迹就可能是几层或一层石墨烯 。
拥有一个原子厚度石墨烯 ， 其重量之轻 ， 硬度之高出乎人们的想象 。 “如果可以把1克的石墨烯分布开来 ， 足足可以覆盖1个足球场大小的面积 。 ”有学者指出 ， “尽管没有人这样做过 ， 但我们可以做一个计算 ， 如果将石墨烯覆盖我们的国土面积 ， 也仅需2000吨而已 。 ”据测算 ， 如果用石墨烯制成厚度相当于普通食品塑料包装袋厚度的薄膜（厚度约100 纳米） ， 那么它能承受大约两吨重物品的压力而不至于断裂 。 此外 ， 此外 ， 石墨烯也是世界上导电性最好的材料 ， 它几乎是完全透明的 ， 只吸收2.3%的光 ， 其导热系数高达5300 W/m·K ， 高于碳纳米管和金刚石 。
石墨烯的应用范围广阔 。 根据石墨烯超薄 ， 强度超大的特性 ， 石墨烯可以制作成超轻防弹衣 ， 超薄超轻型飞机材料等 。 由于它拥有优异的导电性 ， 石墨烯在微电子领域也具有巨大的应用潜力和十分绣人的前景 。 有学者指出 ， 石墨烯有可能会成为硅的替代品 ， 制造超微型晶体管 ， 用来生产未来的超级计算机 ， 而碳元素更高的电子迁移率可以使未来的计算机获得更高的速度 。 自21世纪以来 ， 石墨烯已经成为新型材料的研究重点 ， 许多科学家都对石墨烯有着浓厚的兴趣 。
近年来 ， 物理学家们发现 ， 将两层石墨烯叠在一起 ， 如果它们之间旋转一个特定的小角度（也被称为魔角） ， 其性质将会发生奇妙的改变 ， 原本并不超导的石墨烯变成超导体——这一难题足足困扰了物理学家上百年 。 有科学家表示 ， 这正是石墨烯这一类二维材料的神奇之处 。
目前 ， 这方面的研究方兴未艾 。 隐藏在石墨烯内部 ， 有趣且重要的奇特性质令无数科学家着迷 ， 它好似喷薄欲出的旭日 ， 正步履蹒跚地向世人走来 。 石墨烯的神秘面纱 ， 即将被掀开 。
很多人眼中的天才
5月6日在全球三大顶级科学期刊之一的Nature连续发表95后的美国麻省理工学院博士生曹原2篇科研文章 。 值得一提的是 ， 曹原为这篇论文的第一作者 ， 并与导师共同为文章通讯作者 。 通讯作者通常由教授等课题组长担任 ， 曹原成为通讯作者 ， 表明他是论文的主要创意贡献者之一 。
曹原是很多人眼中的天才 。 说到天才 ， 不同的人对天才有着不同的理解 。 很多人把不停跳级 ， 小小年纪什么都会 ， 十几岁的年纪考进大学的人当成是天才 。 按照这样的理解 ， 那么 ， 曹原可以称为“天才里的天才” 。
1996年 ， 曹原出生在成都 ， 3岁的时候 ， 曹原随家人乔迁至深圳 。 曹原自幼就十分聪明 ， 读小学时 ， 往往老师刚说出题目 ， 他就“喊”出了答案 。 深圳作为电子科技技术非常发达的“王国” ， 影响了曹原的兴趣爱好 。 在他很小的时候 ， 他还特别喜欢捣鼓电子产品 ， 经常跑去深圳的电子市场 ， 然后买上一大堆电子原件回家 ， 拆了装 ， 装了拆的去研究电子线路 。
11岁时 ， 因天赋秉异 ， 曹原被选拔进入深圳耀华实验小学超常班 。 深圳耀华以“超常教育”闻名 ， 据了解 ， 深圳耀华实验学校一些班只有5-6个学生 ， 其目的就是培养种子选手 。 该校主管超常教育的副校长为朱源 ， 曾任教中科大少年班20余年 。
在这里 ， 曹原“玩”性不改 ， 当时做实验所需的硝酸银很贵 ， 也很难买到 ， 他却不知从哪里“买”来了硝酸 ， 偷偷把妈妈的银镯子放了进去 ， 人工“合成”了硝酸银 。 这事惊动了校长 ， 可校长却连连称赞：这孩子是个好苗子 ， 是个天才！13岁那一年 ， 在一次物理实验课上 ， 老师黄佳堂告诉他：“如果谁能在常温状态下 ， 发现一种超导材料 ， 就可能颠覆世界 。 ”年少的曹原对此充满了无限好奇 ， 并全身心钻了进去 。
曹原的学习能力令人震惊 。 在朱源的帮助下 ， 在不到3年的时间里 ， 曹原就完成了小学六年级、初中、高中所有课程学习 。 面对他人羡艳的目光 ， 曹原淡淡地说：“我只是跳过了中学里一些无聊的东西 。 ”2010年 ， 曹原以669分的高考成绩被中科大少年班录取 ， 这一分数超了广东理科一本线110多分 。 在中科大 ， 曹原入读久负盛名的“严济慈物理英才班” 。 这一年 ， 曹原14岁 。
中国科大是全国唯一同时实施“985”、“211”和“知识创新”三大工程的大学 ， 也是唯一拥有两所国家实验室的大学 。 中科大少年班创立于1978年 ， 拥有一种独特的天才培养机制 。 40多年来 ， 少年班共有1875名学生毕业 ， 其中不乏多位享誉世界的科学家 。 进入少年班后 ， 曹原并没有被周围优异的同学掩盖光芒 ， 依然表现出了异常的学习和研究天赋 。 上大二时 ， 曹原申请和导师开展关于超导体的研究 。
在中科大 ， 他依旧卓尔不群 ， 别人要用一整年完成的科研项目 ， 曹原短短一个寒假就能完成 。 曹原的一位名叫丁泽军的老师因要求严格 ， 被称为“丁老怪” ， 在国内有着令人闻风丧胆的“科研杀手”称号 ， 但一提起曹原 ， “丁老怪”就赞赏有加 ， 称其为一个“很聪明的家伙” 。 曾长淦教授也自豪地说：“这是在我实验室混过的娃 ， 他还发了一篇PRB理论文章 ， 这孩子太厉害了” 。 “他是如此的令人放心 ， 只要把题目交给他 ， 他一定能做出来！”甚至在某些方面 ， 曾院长还说 ， 自己指导不了曹原 。
在少年班 ， 曹原一头钻进了超导体的研究上 ， 在日夜不停的实验中 ， 他终于发现石墨烯中存在超导体的因子 ， 推出有关超导体可能在石墨烯中被产生出 。 不过 ， 他的言论并没有得到有关专家的认可 。 毕竟 ， 这些观点来自一个小男孩 。 在少年班学习的4年时间里 ， 曹原勤于思考、善于钻研 ， 取得了相关学术研究的好成绩 ， 并在Journal of Magnetism and Magnetic Materials和Physical Review B发表两篇第一作者文章 。 2014年 ， 曹原获得中科大本科生最高荣誉——郭沫若奖学金 ， 并选择前往世界无数学子的心中圣地——麻省理工大学攻读直博学位 。 这一年 ， 曹原18岁 。
“石墨烯的驾驭者”
实际上 ， 这并非曹原首次在《自然》上连发两文 。 两年前 ， 2018年3月5日 ， 世界顶尖期刊《自然》同日就发表了两篇以曹原为第一作者的石墨烯重磅论文 。
当时 ， 消息一出 ， 整个世界沸腾了!此时的曹原 ， 正在美国麻省理工大学进行关于石墨烯的深入研究 。 “能否找到一种‘零电阻’超导体材料？”这是曹原一直着迷的问题 。 众所周知 ， 从发电站到用户的传送过程中 ， 能量传输是肯定会有损耗的 ， 而且损耗量是非常巨大的 。 1911年 ， 荷兰物理学家海克·卡末林·昂内斯发现 ， 当汞被冷却至接近0K（-273℃）时 ， 电子可以通行无“阻” ， 从而将能源损耗降到最低 ， 这个“零电阻状态”被称为“超导电性” ， 这也是人类第一次发现超导体的存在 。 昂内斯因此获得了诺贝尔奖 。
不过 ， 昂内斯发现的超导材料的冷却成本却高得让人绝望 ， 因此 ， “其实用性基本为零” ， 业内人士指出 。 之后 ， 全世界的科学家们开始了相关试验 ， 以寻找一种具有实用性的“低成本超导材料” 。 在黑暗（超导研究）中 ， 物理学家们不懈努力 ， 前赴后继 ， 整整徘徊了100余年 ， 试图解开关于超导材料的秘密 。
“进入21世纪的第二个十年 ， 一位来自中国的天才少年 ， 成为了照亮黑暗的一盏明灯！”《华盛顿邮报》发表专栏文章指出 。 这名来自中科大少年班的毕业生发现：当两层平行石墨烯堆成约1.1°的微妙角度 ， 就会产生神奇的超导效应 。 这一“魔角石墨烯”发现轰动了国际学界 。
“曹原发现了让石墨烯实现超导的方法 ， 并将改写物理学有关超导材料石墨烯的历史 。 ”“最年轻的诺贝尔奖获得者有可能诞生在中国!”“登上《Nature》最年轻的中国人! 只有22岁!”有媒体惊呼 。 一些报道称其“一举解决了困扰世界107年的难题” 。 Nature在年度文章中介绍他为：“开创了一个全新研究领域的杰出科学家” 。 北京时间2018年12月19日零时 ， 《自然》杂志发布了2018年度影响世界的十大科学人物 ， 曹原出现在榜单的第一位 。 这些成绩也让曹原被寄予厚望 。 一些报道称他“或将成为最年轻的诺贝尔奖获得者” ， 《自然》杂志将其称为“石墨烯的驾驭者” 。
《自然》同一期发表同一作者的二篇文章 ， 这在各国都是很少有的 ， 对于中国学者而言 ， 更是前所未有 。 实际上 ， 能在世界顶尖水平的《自然》、《科学》杂志上面发表一篇文章 ， 其成就已经很了不起了 ， 而且 ， 曹原的论文具有“颠覆业界认知的重磅发现”！“对于曹原而言 ， 这样的成就 ， 放在任何一个国家、哪怕是在美国 ， 也可以因此破例地提拔成为教授级人物 。 ”
一位哥伦比亚大学教授表示：“曹原为我们打开了新世界的大门 ， 我们能做的太多了！”曹原基于 “魔角石墨烯” 的一系列发现 ， 有望大幅提高能源利用效率与传输效率 ， 在未来应用到诸如能源、电子、环境科学和计算机产业等领域 。 一旦石墨烯的研究成果大规模落地 ， 预计可为世界能源业每年节省数千亿美元的资金 。 事实上 ， 就在曹原发表论文之后 ， 短短9个月 ， 石墨烯的初步商业化已经开启 。 以手机为例 ， 一旦安装石墨烯电池 ， 手机的充电时间 ， 将被缩短为16分钟 。 可以说 ， 曹原的发现 ， 将带动电子消费品飞速发展 。
曹原的研究成果价值巨大 ， 因此他也成为了各国争相“争夺”的人才 。 “近水楼台先得月” 。 据说 ， 美国提出了优越的条件 ， 率先向曹原伸出橄榄枝 ， 希望通过为其提供美国国籍、教职岗位以及优厚待遇 ， 来吸引曹原放弃中国籍 。 但是 ， 一心报效祖国的曹原选择回国发展 。 在异国他乡 ， 面对一张张关切的面孔 ， 曹原的回答掷地有声：“我永远是中国人 。 ”
站在世界科技之巅的曹原 ， 并没有止步不前 ， 他说：“更好的消息还在后面 ， 希望将更多的时间 ， 用来为中国科技创造更多的奇迹 。 ”果不其然 。 2020年5月6日 ， 曹原再次背靠背连发两篇Nature ， 在“魔角石墨烯”领域取得系列新进展 。
“江山代有才人出 ， 各领风骚数百年 。 ”天才 ， 其实有很多 ， 但是能将自己的聪明才智保持到最后的天才却很少 。 一些人 ， 刚刚成名 ， 小有成就 ， 就迅速湮没在了历史的烟尘中 。 能在自己的小天地里成为人所敬仰的天才 ， 并且能一以贯之 ， 保持一颗平常心 ， 在国家的科研领域里施展抱负 ， 为祖国和人民造福 ， 这样的天才 ， 少之又少 。
曹原应该是后者 。 不是吗？


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