王玉琴

2018年3月5日，一個(gè)重磅消息傳來(lái)，讓全世界學(xué)者都望塵莫及的《自然》雜志，竟然連續(xù)刊登兩篇中國(guó)留學(xué)生曹原寫(xiě)的“石墨烯超導(dǎo)”論文。

令人震驚的是，這個(gè)滿(mǎn)臉稚氣的21歲博士生，破解了困擾物理學(xué)界107年的世界難題，將引發(fā)全球新材料革命！

而被網(wǎng)友譽(yù)為“科學(xué)大神”的他，在枯燥的學(xué)術(shù)研究之外，還是個(gè)很懂生活情調(diào)的人。他到底“傳奇”在哪里呢？

智商超群，他是中科大“傳說(shuō)級(jí)的人物”

曹原1996年出生于四川成都一個(gè)知識(shí)分子家庭，3歲隨父母遷入深圳。他從小就是大人口中“別人家的孩子”：小學(xué)時(shí)，往往老師剛說(shuō)出題目，余音未消，他就喊出了答案。

自小受益于“超常教育”的他智商很高，小學(xué)畢業(yè)后，曹原僅用2年時(shí)間就讀完了初中和高中的全部課程。2010年，14歲的他以高考理科669分的成績(jī)，考入聲名赫赫的中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)少年班學(xué)院，并入選“嚴(yán)濟(jì)慈物理英才班”。

中科大少年班競(jìng)爭(zhēng)激烈，曹原在其中卻如魚(yú)得水?？刹茉⒉挥X(jué)得自己比同齡人聰明多少，他愛(ài)讀科技類(lèi)課外書(shū)，《科學(xué)探索者》前前后后翻了好幾遍，為現(xiàn)在的知識(shí)面打下了很好的基礎(chǔ)。曹原說(shuō)他現(xiàn)在的動(dòng)手能力，也得益于小時(shí)候經(jīng)常在家搗鼓電子電路和化學(xué)實(shí)驗(yàn)。

曹原對(duì)化學(xué)和物理非常感興趣。做化學(xué)實(shí)驗(yàn)所需的硝酸銀很貴，也很難買(mǎi)到，他就買(mǎi)來(lái)硝酸，把媽媽的銀鐲子放進(jìn)去，人工“合成”了硝酸銀。高中學(xué)業(yè)十分繁忙，他放學(xué)回家已經(jīng)很晚了，仍然要花1個(gè)多小時(shí)時(shí)間搗鼓各種化學(xué)試劑。

有校友說(shuō)，經(jīng)常在各大教授的辦公室，看到胸前掛著鑰匙的曹原一臉認(rèn)真地請(qǐng)教問(wèn)題。最有趣的是，中科大教計(jì)算物理課的丁澤軍教授，因教學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)、苛刻，被許多學(xué)生稱(chēng)為“丁老怪”。但丁教授卻對(duì)曹原贊賞有加，說(shuō)曹原是“很聰明的家伙”：教授只要把題目交給他，他一定會(huì)想辦法做出來(lái)。如果計(jì)算遇到困難，他會(huì)主動(dòng)嘗試其他方法。以至于丁教授每年上計(jì)算機(jī)物理課緒論時(shí)，都會(huì)提到曹原。

與常見(jiàn)的只顧埋頭讀書(shū)、做實(shí)驗(yàn)的書(shū)呆子不同，曹原不僅性格活潑開(kāi)朗，而且愛(ài)好廣泛，喜歡文學(xué)、運(yùn)動(dòng)、計(jì)算機(jī)，朋友圈經(jīng)常發(fā)天文觀測(cè)的照片。雖然才氣過(guò)人，但曹原卻非常低調(diào)沉穩(wěn)，情商很高，在班里頗有人緣，尤其是一些女生，非常崇拜他，甚至主動(dòng)約他看電影。有意思的是，曹原卻不為所動(dòng)，理由是自己一事無(wú)成，暫時(shí)不考慮交女朋友。

2012年，曹原被選為首批交流生赴密歇根大學(xué)學(xué)習(xí);次年6月，他又被牛津大學(xué)選中，受邀做兩個(gè)月的科研實(shí)踐。2014年，18歲的曹原榮獲中科大本科生最高榮譽(yù)獎(jiǎng)——郭沫若獎(jiǎng)學(xué)金。

2016年，曹原在進(jìn)行物理學(xué)課題研究時(shí)，在美國(guó)物理學(xué)會(huì)主辦的高水平學(xué)術(shù)期刊PRL上發(fā)表了一篇理論文章。這篇只一個(gè)寒假就完成的論文，在業(yè)內(nèi)深獲好評(píng)。很快，這個(gè)大男孩在中科大成了“傳說(shuō)級(jí)的人物”。

石破天驚，發(fā)現(xiàn)石墨烯“超導(dǎo)”奧秘

2016年從中科大畢業(yè)后，曹原在牛津大學(xué)實(shí)踐時(shí)的導(dǎo)師陳宇林教授，推薦他前往美國(guó)麻省理工學(xué)院MIT電氣工程與計(jì)算機(jī)科學(xué)系，攻讀博士學(xué)位，師從著名物理學(xué)家Pablo Jarillo-Herrero。

在美國(guó)，曹原開(kāi)始重點(diǎn)研究關(guān)于石墨烯材料“超導(dǎo)電性”的尖端課題。

具有超導(dǎo)電性的材料有很強(qiáng)的應(yīng)用價(jià)值，因?yàn)椋话悴牧显趯?dǎo)電過(guò)程中會(huì)消耗大量能量。以傳輸電纜為例，從發(fā)電站到用戶(hù)的傳送過(guò)程中，消耗損失的能量越小，經(jīng)濟(jì)效益越大。超導(dǎo)體的出現(xiàn)，使傳輸過(guò)程中的能量損耗幾乎為零。

可是，超導(dǎo)體要在接近絕對(duì)零度（-273℃）的環(huán)境下，才能顯現(xiàn)其近乎0損耗輸電的能力，而這其中的材料，冷卻成本卻高得讓人絕望?？墒牵线m的“低成本超導(dǎo)材料”材料極難找，30多年來(lái)，全世界的科學(xué)家都對(duì)之一籌莫展。雖然銅氧化物一直是物理學(xué)家關(guān)注的焦點(diǎn)，但其結(jié)構(gòu)往往難以調(diào)整，所以，很難實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)。

后來(lái)，曹原師徒產(chǎn)生了一個(gè)大膽的想法：用石墨烯代替銅氧化物實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)！曹原解釋說(shuō)，石墨烯不僅結(jié)構(gòu)非常穩(wěn)定，而且導(dǎo)電性能更強(qiáng)大，其電子運(yùn)行速度能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)電子在一般導(dǎo)體中的運(yùn)動(dòng)速度。因此，有望利用石墨烯制造下一代超高頻電子器件，未來(lái)計(jì)算機(jī)處理器的運(yùn)行速度可以比現(xiàn)在高幾十倍，甚至上百倍。

這項(xiàng)特性，也決定了石墨烯跟電池是天生絕配，在電能儲(chǔ)存領(lǐng)域，石墨烯是耀眼的“明星”。2016年的一場(chǎng)交易博覽會(huì)上，一款石墨烯充電寶吸引不少人眼球，只需10分鐘就可充滿(mǎn)6000mAh的電量?！拔覀兛梢源竽懺O(shè)想，未來(lái)有一天，電動(dòng)汽車(chē)廣泛使用石墨烯電池，只需幾分鐘就能把電充滿(mǎn)，比去加油站加油還方便！”

以前人們知道銀是最好的導(dǎo)熱材料，現(xiàn)在研究發(fā)現(xiàn)，石墨烯才是導(dǎo)熱界的“扛把子”，它的導(dǎo)熱效能是銀的10倍。優(yōu)異的導(dǎo)熱性可以滿(mǎn)足LED照明、計(jì)算機(jī)、衛(wèi)星電路、手持終端等大功率高集成系統(tǒng)的散熱需求。

最有趣的是，石墨烯還是自然界中最為堅(jiān)硬的物質(zhì)，其硬度超過(guò)金剛石?！八臄嗔褟?qiáng)度比最好的鋼材還要高200倍。這么堅(jiān)硬的物質(zhì)，卻是超薄超輕、近乎透明的，厚度相當(dāng)于一張A4紙的十萬(wàn)分之一。而且，這么薄的材料，致密性卻很高，最小的氣體原子也無(wú)法穿透。”

因?yàn)槭┯懈鞣N奇特的性質(zhì)，使其成為當(dāng)前科技界的爆款“網(wǎng)紅”，但令科學(xué)家們頭疼的是，唯獨(dú)其“超導(dǎo)性”成了世界級(jí)難題，遲遲無(wú)法攻破。

令人驚訝的是，經(jīng)過(guò)1年多的潛心研究，曹原團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了一個(gè)“天大的秘密”：通過(guò)將兩層自然狀態(tài)下的二維石墨烯材料相堆疊，并控制兩層間的扭曲角度，即可構(gòu)建成為性能出色的零電阻超導(dǎo)體。可以說(shuō)，這是一個(gè)石破天驚的發(fā)現(xiàn)！

室溫超導(dǎo)體無(wú)疑給未來(lái)發(fā)展帶來(lái)了新的憧憬。毫不夸張地說(shuō)，這項(xiàng)研究打開(kāi)了非常規(guī)超導(dǎo)體研究的大門(mén)，或?qū)⒁l(fā)一場(chǎng)超導(dǎo)材料領(lǐng)域的新革命……

連刊兩文，“科學(xué)大神”也懂生活情調(diào)

2018年3月5日，國(guó)際頂尖期刊《自然》以長(zhǎng)文形式，在網(wǎng)站刊登了麻省理工學(xué)院Jarillo-Herrero教授課題組石墨烯超導(dǎo)的重大發(fā)現(xiàn)。此外，網(wǎng)站還專(zhuān)門(mén)配上了賓夕法尼亞大學(xué)教授Eugene J.Mele，對(duì)這一重大突破的評(píng)述。

令人震驚的是，這兩篇重磅論文的第一作者都是21歲的大三博士生曹原。他也有幸成為在《自然》上以第一作者身份發(fā)表論文的最年輕中國(guó)學(xué)者。能在該雜志上發(fā)論文到底有多厲害？原來(lái)，《自然》與《科學(xué)》、《細(xì)胞》并稱(chēng)世界三大頂級(jí)科學(xué)期刊。能夠在三大期刊上發(fā)文，是無(wú)數(shù)科學(xué)家孜孜以求的目標(biāo)，也是評(píng)選諾貝爾獎(jiǎng)、競(jìng)選院士、展示大學(xué)和科研機(jī)構(gòu)研究實(shí)力的重要依據(jù)。

不過(guò)，單是《自然》高達(dá)90%的斃稿率，就足以讓人望而生畏。從全球范圍內(nèi)來(lái)看，有能力在三大期刊發(fā)表文章的，要么是世界頂級(jí)實(shí)驗(yàn)室，要么是世界頂級(jí)團(tuán)隊(duì)，要么兩者兼具。曹原知道，這些頂級(jí)隊(duì)伍的專(zhuān)家教授，一邊爭(zhēng)分奪秒地做實(shí)驗(yàn)，一邊密切盯著競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的動(dòng)向，打開(kāi)電腦第一件事就是，看三大期刊發(fā)表了哪些相關(guān)領(lǐng)域的論文，如果沒(méi)有新的，就可以松口氣，如果別人發(fā)表出來(lái)相關(guān)成果，自己的研究差不多就前功盡棄了。

作為我國(guó)結(jié)構(gòu)生物學(xué)領(lǐng)軍人物的施一公，第一次在《自然》上發(fā)表論文是在1999年，當(dāng)時(shí)他32歲;被稱(chēng)為我國(guó)“量子之父”的潘建偉院士，27歲在《自然》上發(fā)表了第一篇論文;曹原在21歲的年紀(jì)，就作為第一作者，一次性發(fā)表了兩篇，堪稱(chēng)“神之操作”。而且，《自然》等不及排版就先行在網(wǎng)站上刊出，并配以第三篇文章做評(píng)述，可見(jiàn)其對(duì)這兩篇論文的重視程度之高。

曹原關(guān)于石墨烯超導(dǎo)電性的研究成果發(fā)表后，震驚了整個(gè)物理學(xué)界，不少業(yè)界專(zhuān)家都自發(fā)為曹原打Call。斯坦福大學(xué)物理學(xué)家、諾貝爾獎(jiǎng)獲得者Robert Laughlin說(shuō)：“其研究成果很可能成為改變?nèi)澜绲囊粋€(gè)重大課題。我們可以期待在接下來(lái)的幾個(gè)月里，會(huì)有瘋狂的實(shí)驗(yàn)活動(dòng)來(lái)填補(bǔ)藍(lán)圖中缺失的部分。”

此時(shí)距離科學(xué)家發(fā)現(xiàn)超導(dǎo)體，已過(guò)去足足107年，世界終于迎來(lái)了這個(gè)領(lǐng)域的重大突破，曹原團(tuán)隊(duì)的發(fā)現(xiàn)，無(wú)疑將引發(fā)全球新材料革命。很快，臉上帶著稚氣的曹原，擁有了百萬(wàn)名粉絲，被網(wǎng)友譽(yù)為“科學(xué)大神”。

有趣的是，在枯燥的學(xué)術(shù)研究之外，曹原還是個(gè)很懂生活情調(diào)的人。閑暇時(shí)，他喜歡和朋友一起四處旅行。歐洲著名的阿爾卑斯山脈腳下，有美麗的牧場(chǎng)和森林，他曾在那里穿著短褲、光著腳撒歡。

他特別欣賞奧地利大師表演的魔術(shù)，有時(shí)為了看一場(chǎng)表演，甚至?xí)苯语w到維也納。與簡(jiǎn)單的“變戲法”不同，歐洲魔術(shù)師非常注重藝術(shù)效果，會(huì)用奇思妙想的創(chuàng)意、行云流水的表演，運(yùn)用高科技AR技術(shù)，將觀眾卷入一場(chǎng)奇幻之旅。曹原說(shuō)，魔術(shù)所有的“不可思議”都是用科學(xué)原理支撐的，因而魔術(shù)師在物理、化學(xué)、生物、光線(xiàn)等方面都需要有所積累，這樣創(chuàng)作出的作品，才會(huì)令人耳目一新！

有朋友開(kāi)玩笑說(shuō)，曹原成了一名“科學(xué)大神”，世界上卻少了一位“超級(jí)廚神”。原來(lái)，從小就嘴饞的他，不僅熱愛(ài)美食，還有很強(qiáng)的動(dòng)手能力，高興時(shí)他會(huì)到超市采購(gòu)各種食材，親自下廚，鼓搗出清蒸魚(yú)、燒茄子、爆炒肚片等一桌子色香味俱全的菜肴，讓同事們大飽口福！當(dāng)然，其間還少不了他向這些外國(guó)科學(xué)家介紹中國(guó)傳統(tǒng)的飲食文化。如果他有一段時(shí)間沒(méi)有“請(qǐng)客”，那些在實(shí)驗(yàn)室里向來(lái)很?chē)?yán)肅的同事，會(huì)調(diào)皮地問(wèn)他：“曹，你什么時(shí)候請(qǐng)我們吃中國(guó)菜？你索性練練廚藝，也讓我們放松一下！”接著，大家就會(huì)笑成一團(tuán)……