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2018年3月5日,国际顶尖期刊《自然》以背靠背的长文形式,在网站刊登了麻省理工学院Jarillo-Herrero教授课题组石墨烯超导的重大发现。此外,网站还专门配上了宾夕法尼亚大学教授Eugene J Mele对这一重大突破的评述。
特别值得关注的是,这两篇重磅论文的第一作者都是来自中国的21岁博士生曹原。
曹原,本科毕业于著名的中科大少年班,后赴美在麻省理工学院读博士生,现在,他又多了一重身份,那就是——在《自然》上以第一作者身份发表论文的最年轻中国学者。
今天,小编就带你来了解一下这位少年英才的开挂人生,以及他做的研究有多厉害!
1 能在《自然》上发论文,到底有多厉害?
《自然》(Nature)
与《科学》(Science)、《细胞》(Cell)并称
世界三大顶级科学期刊。
其中,《自然》与《科学》
以报道科学世界中的重大发现、重要突破为使命,
是综合性期刊,
《细胞》则注重生命科学研究领域,
曾刊登过许多重大生命科学研究进展。
能够在三大期刊上发文,
是无数科学家孜孜以求的目标,
也是评选诺贝尔奖、竞选院士、
展示大学和科研机构研究实力的重要依据。
世界三大顶级科学期刊
不过,
单是《自然》高达90%的毙稿率,
就足以让人望而生畏。
从全球范围内来看,
有能力在三大期刊发表文章的,
要么是世界顶级实验室,
要么是世界顶级团队,
要么两者兼具。
这些顶级队伍的专家教授,
一边争分夺秒地做实验,
一边密切盯着竞争对手的动向,
打开电脑第一件事就是,
看三大期刊发表了哪些相关领域的论文,
如果没有新的,就可以松口气,
如果别人发表出来相关成果,
自己的研究差不多就前功尽弃了!
曾在《科学》发表论文、
后被普林斯顿大学聘为终身教授的颜宁,
有一句话叫“向死而生”,
描述的就是这种状况。
虽然近年来中国的科研实力突飞猛进,
在三大杂志上的发文数量也有所增加,
但对大多数专家学者而言,
在《自然》上发文章依然高不可攀。
每年在《自然》上的发表数量也不超过20篇。
库叔有位博士朋友更是直言:
一位学者如果在《自然》上发表一篇论文,
就可以在国内任何大学找到教职;
发表两篇,
就有资格入选“青年千人计划”,
或者在“211”、“985”大学获得正教授职位。
这丝毫不夸张。
作为我国结构生物学领军人物的施一公,
第一次在《自然》上发表论文
是在1999年,当时他32岁;
被称为我国“量子之父”的潘建伟院士,
27岁在《自然》上发表了第一篇论文;
曹原在21岁的年纪,
就作为第一作者,
一次性发表了两篇,
堪称“神之操作”。
而且,
《自然》等不及排版就先行在网站上刊出,
并配以第三篇文章做评述,
可见其重视程度之深。
2 重磅论文,为超导体30年之寻打开新思路
引起如此轰动的论文,
究竟讲了什么内容?
原来,
曹原及其团队发现,
将两层石墨烯叠加在一起,
当转角接近魔角(Magic angle)即1.1°、
同时温度环境达到1.7K(-271℃)时,
它们会表现出非常规超导电性,
其属性与铜氧化物(其结构往往难以调整)的高温超导性类似。
双层石墨烯系统中旋转的效应?
看到这里,大部分人都表示:看不懂!
其实,要想理解这两篇论文的意义所在,
先要了解什么是超导电性。
1911年,荷兰物理学家海克·卡末林·昂内斯等人发现
当汞被冷却至接近0K(-273℃)时,
电子可以通行无“阻”。
他们将这个“零电阻状态”称为“超导电性”。
具有超导电性的材料有很强的应用价值,
因为,
一般材料在导电过程中会消耗大量能量。
以传输电缆为例,
从发电站到用户的传送过程中,
消耗损失的能量越小,
经济效益越大。
超导体的出现,
使传输过程中的能量损耗几乎为零。
不过,
目前绝大多数超导体仅在接近0K(-273℃)温度下工作,
维持低温使超导体的应用成本显著提升。
如果材料能在室温下实现超导,
就能避开昂贵的冷却费,
彻底改变能量传输、医疗扫描仪和运输等相关领域的现状。
既然室温超导效益这么好,
那找到合适的材料不就行了吗?
没这么简单,
目前,材料达到超导状态的最高温度约为133K(-140?C),
这种材料就是铜氧化物,
于20世纪80年代被发现。
30多年来,
在寻找室温超导体的路上,
铜氧化物一直是物理学家关注的焦点。
铜氧化合物高温超导体的电子态相图和典型晶体结构
但是,上文也提到了
铜氧化物的结构往往难以调整,
所以,很难通过实验发现其实现超导的机制。
曹原及其团队的贡献就是,
在描述双层石墨烯的电子密度与温度关系时,
发现了与铜氧化物超导体相似的结果。
这为物理学家发现铜氧化物超导机制
提供了一个前所未有的体系,
也为寻找室温下的超导材料提供了思路。
研究的另一亮点在于,
仅用纯碳基的石墨烯来实现超导相,
也是人们期待已久的。
因为石墨烯有各种奇特的性质,
比如高电导率、透光率、机械强度、稳定性等等,
都已不同程度地得到了应用,
唯独超导性质迟迟未能实现。
有网友就此评价:
《自然》应该为能刊发曹原团队的文章而感到荣幸。
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(编辑:qinjie)