中国21岁博士在《自然》连发2篇论文 教授赞“怪物”

2018-03-14 10:51 瞭望智库

  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。

  3

  传奇少年班,40年输出人才无数

  曹原取得如此卓越的成就,

  得益于麻省理工学院的超强团队,

  同时也离不开中科大的悉心培育,

  尤其是中科大少年班的“超常教育”。

  [注:超常教育是指为智力等方面超常的儿童创立的教育]

  中国科学技术大学少年班最早由

  诺贝尔物理奖获得者李政道先生提出。

  1975年5月,他在回国访问时发现,

  中国各行各业百废待兴,

  科技人才严重断档,

  于是通过周总理向毛主席建议:

  “从全国选拔很少数,

  约十三四岁左右的、有培养条件的少年,

  到大学去培训”,

  培养一支“少而精的基础科学工作队伍”。

  旨于从少年人才入手,

  使全国各类人才培养步入正轨。

李政道

  1978年3月8日,

  中国科学技术大学创建了少年班,

  主要招收尚未完成常规中学教育

  但成绩优异的青少年接受大学教育。

  其目的是探索中国优秀人才培养的规律,

  培养在科学技术等领域出类拔萃的优秀人才,

  推动中国科技、教育和经济建设事业的发展。

  40年间,

  中科大少年班输出的卓越人才不胜枚举,

  遍布社会各界。

  首届78级张亚勤,

  曾任微软副总裁,

  现任百度总裁;

  81级骆利群,

  38岁时出任美国斯坦福大学正教授,

  2012年当选美国科学院院士;

  82级卢征天,

  旅美时获美国青年科学家总统奖,

  现任中国科大“千人计划”教授;

  85级杜江峰,

  现为中科院院士,

  并任中国科大物理学院执行院长、教授;

  87级庄小威,

  34岁成为哈佛大学化学与化学生物系、物理系双聘正教授,

  是当时美国科学院最年轻的华人院士,

  曾获美国跨领域最高奖项之一麦克阿瑟天才奖,

  现为中国科学院外籍院士;

  96级尹希

  未满32岁晋升为哈佛大学正教授,

  打破华人记录;

  98级陈宇翱,

  80后的中国科大教授,

  曾获欧洲物理学会“菲涅尔奖”;

  ……

张亚勤(左)、庄小威(右)

  根据中科大的统计,

  截至2016年,

  少年班共有超过3400名本科生毕业,

  约90%考取国内外研究生。

  毕业10年后的学生中,

  有超过200人成为国内外名校和科研机构教授,

  另有55%投身于企业界、

  19%活跃于金融界,

  在世界500强任职者达到35%。

  4

  英雄出少年,中科大的传奇人物!

  毕业于中科大少年班的曹原,

  延续着师哥师姐们的优秀,

  也扛起了中科大的荣耀。

  曹原出生于1996年,

  20出头的年纪,

  目前在麻省理工学院读博士三年级。

  他从小就是大人口中“别人家的孩子”:

  初一只读了一个月,

  初二读了三个多月,

  初三还没待够半年就参加了中考,

  并顺利考上了深圳耀华实验学校。

  耀华实验学校以“超常教育”闻名,

  主管该项目的是副校长朱源,

  曾任教中国科大少年班20多年。

  曹原对化学和物理非常感兴趣,

  做化学实验所需的硝酸银很贵,

  也很难买到,

  他就买来了硝酸,

  把妈妈的银镯子放了进去,

  人工“合成”了硝酸银。

  高中学业十分繁忙,

  他放学回家就10点了,

  但依旧要花1个多小时的时间

  捣鼓各种化学试剂。

曹原生活照

  2010年,14岁的曹原以高考理科669分的成绩

  考入中科大少年班学院,

  并入选 “严济慈物理英才班”。

  [注:“严济慈物理英才班”由中科大与中科院物理所合办,

  目标是培养未来活跃在物理及相关研究领域的领军人物。]

  天才代出的中科大少年班竞争激烈,

  曹原在其中却如鱼得水。

  有同校的知乎网友回忆,

  经常在各大教授的办公室看到

  胸前挂着钥匙的曹原一脸认真地请教问题。

中科大少年班学院

  中科大教计算物理课的丁泽军教授,

  因教学严谨、苛刻,

  让许多学生“闻风丧胆”,

  人称“丁老怪”。

  但这位“丁老怪”却对曹原赞赏有加,

  他曾表示曹原是“很聪明的家伙”,

  本科时仅用一个寒假的时间,

  就完成并发表了计算机物理课程中相关研究成果的文章,

  “真的是怪物啊!”

  现在,丁教授每年上计算机物理课绪论时,

  都会提到曹原。

  中国科大物理学院曾长淦教授也证实——

  “这是在我实验室混过的娃。”

  “(本科)在我们实验室

  还发了一篇PRB(物理学术期刊)理论文章。

  当时就觉得他太厉害了。”

  “他是如此的令人放心:

  只要把题目交给他就行,

  他一定能做出来!”

  除了发表论文这一爱好,

  曹原还喜欢摄像、天文,

  经常在朋友圈发天文观测的照片。

曹原的天文摄影作品

  当然,曹原开挂的人生远不止这些,

  2012年,他被选为首批交流生赴密歇根大学学习;

  2013年6月,被牛津大学选中,

  受邀做两个月的科研实践;

  2014年,获得中科大本科生最高荣誉奖

  ——郭沫若奖学金,

  不久,

  他在牛津大学实践时的导师陈宇林教授

  推荐其前往麻省理工学院深造,

  目前,曹原在电气工程与计算机科学系攻读博士,

  师从物理学家Pablo Jarillo-Herrero,

  也就是开头提到的两篇论文的通讯作者,

  即项目总负责人。

曹原荣获郭沫若奖时与时任校长侯建国院士合影

  一位与曹原熟悉的少年班学霸表示:

  我们都觉得他可能成为下一个庄小威,

  这一点都不过分。

  因为他实在是太强了,

  以前在科大就是传说级的人物。

  网友们对曹原的评价也非常高。

现在,

  曹原并没有停下他的脚步,

  又投入到了新一轮的实验与学习中。

  未来,

  中国更多的少年英才,

  将继续书写自己的辉煌,

  并为祖国的繁荣做注脚。

责编:吴婷
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