王玉琴

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

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

而被網友譽為“科學大神”的他，在枯燥的學術研究之外，還是個很懂生活情調的人。他到底“傳奇”在哪里呢？

智商超群，他是中科大“傳說級的人物”

曹原1996年出生于四川成都一個知識分子家庭，3歲隨父母遷入深圳。他從小就是大人口中“別人家的孩子”：小學時，往往老師剛說出題目，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，小學畢業(yè)后，曹原僅用2年時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，考入聲名赫赫的中國科學技術大學少年班學院，并入選“嚴濟慈物理英才班”。

中科大少年班競爭激烈，曹原在其中卻如魚得水?？刹茉⒉挥X得自己比同齡人聰明多少，他愛讀科技類課外書，《科學探索者》前前后后翻了好幾遍，為現(xiàn)在的知識面打下了很好的基礎。曹原說他現(xiàn)在的動手能力，也得益于小時候經常在家搗鼓電子電路和化學實驗。

曹原對化學和物理非常感興趣。做化學實驗所需的硝酸銀很貴，也很難買到，他就買來硝酸，把媽媽的銀鐲子放進去，人工“合成”了硝酸銀。高中學業(yè)十分繁忙，他放學回家已經很晚了，仍然要花1個多小時時間搗鼓各種化學試劑。

有校友說，經常在各大教授的辦公室，看到胸前掛著鑰匙的曹原一臉認真地請教問題。最有趣的是，中科大教計算物理課的丁澤軍教授，因教學嚴謹、苛刻，被許多學生稱為“丁老怪”。但丁教授卻對曹原贊賞有加，說曹原是“很聰明的家伙”：教授只要把題目交給他，他一定會想辦法做出來。如果計算遇到困難，他會主動嘗試其他方法。以至于丁教授每年上計算機物理課緒論時，都會提到曹原。

與常見的只顧埋頭讀書、做實驗的書呆子不同，曹原不僅性格活潑開朗，而且愛好廣泛，喜歡文學、運動、計算機，朋友圈經常發(fā)天文觀測的照片。雖然才氣過人，但曹原卻非常低調沉穩(wěn)，情商很高，在班里頗有人緣，尤其是一些女生，非常崇拜他，甚至主動約他看電影。有意思的是，曹原卻不為所動，理由是自己一事無成，暫時不考慮交女朋友。

2012年，曹原被選為首批交流生赴密歇根大學學習;次年6月，他又被牛津大學選中，受邀做兩個月的科研實踐。2014年，18歲的曹原榮獲中科大本科生最高榮譽獎——郭沫若獎學金。

2016年，曹原在進行物理學課題研究時，在美國物理學會主辦的高水平學術期刊PRL上發(fā)表了一篇理論文章。這篇只一個寒假就完成的論文，在業(yè)內深獲好評。很快，這個大男孩在中科大成了“傳說級的人物”。

石破天驚，發(fā)現(xiàn)石墨烯“超導”奧秘

2016年從中科大畢業(yè)后，曹原在牛津大學實踐時的導師陳宇林教授，推薦他前往美國麻省理工學院MIT電氣工程與計算機科學系，攻讀博士學位，師從著名物理學家Pablo Jarillo-Herrero。

在美國，曹原開始重點研究關于石墨烯材料“超導電性”的尖端課題。

具有超導電性的材料有很強的應用價值，因為，一般材料在導電過程中會消耗大量能量。以傳輸電纜為例，從發(fā)電站到用戶的傳送過程中，消耗損失的能量越小，經濟效益越大。超導體的出現(xiàn)，使傳輸過程中的能量損耗幾乎為零。

可是，超導體要在接近絕對零度（-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?，合適的“低成本超導材料”材料極難找，30多年來，全世界的科學家都對之一籌莫展。雖然銅氧化物一直是物理學家關注的焦點，但其結構往往難以調整，所以，很難實現(xiàn)超導。

后來，曹原師徒產生了一個大膽的想法：用石墨烯代替銅氧化物實現(xiàn)超導！曹原解釋說，石墨烯不僅結構非常穩(wěn)定，而且導電性能更強大，其電子運行速度能遠遠超過電子在一般導體中的運動速度。因此，有望利用石墨烯制造下一代超高頻電子器件，未來計算機處理器的運行速度可以比現(xiàn)在高幾十倍，甚至上百倍。

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

以前人們知道銀是最好的導熱材料，現(xiàn)在研究發(fā)現(xiàn)，石墨烯才是導熱界的“扛把子”，它的導熱效能是銀的10倍。優(yōu)異的導熱性可以滿足LED照明、計算機、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硬的物質，其硬度超過金剛石?！八臄嗔褟姸缺茸詈玫匿摬倪€要高200倍。這么堅硬的物質，卻是超薄超輕、近乎透明的，厚度相當于一張A4紙的十萬分之一。而且，這么薄的材料，致密性卻很高，最小的氣體原子也無法穿透?！?/p>

因為石墨烯有各種奇特的性質，使其成為當前科技界的爆款“網紅”，但令科學家們頭疼的是，唯獨其“超導性”成了世界級難題，遲遲無法攻破。

令人驚訝的是，經過1年多的潛心研究，曹原團隊發(fā)現(xiàn)了一個“天大的秘密”：通過將兩層自然狀態(tài)下的二維石墨烯材料相堆疊，并控制兩層間的扭曲角度，即可構建成為性能出色的零電阻超導體?？梢哉f，這是一個石破天驚的發(fā)現(xiàn)！

室溫超導體無疑給未來發(fā)展帶來了新的憧憬。毫不夸張地說，這項研究打開了非常規(guī)超導體研究的大門，或將引發(fā)一場超導材料領域的新革命……

連刊兩文，“科學大神”也懂生活情調

2018年3月5日，國際頂尖期刊《自然》以長文形式，在網站刊登了麻省理工學院Jarillo-Herrero教授課題組石墨烯超導的重大發(fā)現(xiàn)。此外，網站還專門配上了賓夕法尼亞大學教授Eugene J.Mele，對這一重大突破的評述。

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學者。能在該雜志上發(fā)論文到底有多厲害？原來，《自然》與《科學》、《細胞》并稱世界三大頂級科學期刊。能夠在三大期刊上發(fā)文，是無數(shù)科學家孜孜以求的目標，也是評選諾貝爾獎、競選院士、展示大學和科研機構研究實力的重要依據(jù)。

不過，單是《自然》高達90%的斃稿率，就足以讓人望而生畏。從全球范圍內來看，有能力在三大期刊發(fā)表文章的，要么是世界頂級實驗室，要么是世界頂級團隊，要么兩者兼具。曹原知道，這些頂級隊伍的專家教授，一邊爭分奪秒地做實驗，一邊密切盯著競爭對手的動向，打開電腦第一件事就是，看三大期刊發(fā)表了哪些相關領域的論文，如果沒有新的，就可以松口氣，如果別人發(fā)表出來相關成果，自己的研究差不多就前功盡棄了。

作為我國結構生物學領軍人物的施一公，第一次在《自然》上發(fā)表論文是在1999年，當時他32歲;被稱為我國“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，就作為第一作者，一次性發(fā)表了兩篇，堪稱“神之操作”。而且，《自然》等不及排版就先行在網站上刊出，并配以第三篇文章做評述，可見其對這兩篇論文的重視程度之高。

曹原關于石墨烯超導電性的研究成果發(fā)表后，震驚了整個物理學界，不少業(yè)界專家都自發(fā)為曹原打Call。斯坦福大學物理學家、諾貝爾獎獲得者Robert Laughlin說：“其研究成果很可能成為改變全世界的一個重大課題。我們可以期待在接下來的幾個月里，會有瘋狂的實驗活動來填補藍圖中缺失的部分。”

此時距離科學家發(fā)現(xiàn)超導體，已過去足足107年，世界終于迎來了這個領域的重大突破，曹原團隊的發(fā)現(xiàn)，無疑將引發(fā)全球新材料革命。很快，臉上帶著稚氣的曹原，擁有了百萬名粉絲，被網友譽為“科學大神”。

有趣的是，在枯燥的學術研究之外，曹原還是個很懂生活情調的人。閑暇時，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，有時為了看一場表演，甚至會直接飛到維也納。與簡單的“變戲法”不同，歐洲魔術師非常注重藝術效果，會用奇思妙想的創(chuàng)意、行云流水的表演，運用高科技AR技術，將觀眾卷入一場奇幻之旅。曹原說，魔術所有的“不可思議”都是用科學原理支撐的，因而魔術師在物理、化學、生物、光線等方面都需要有所積累，這樣創(chuàng)作出的作品，才會令人耳目一新！

有朋友開玩笑說，曹原成了一名“科學大神”，世界上卻少了一位“超級廚神”。原來，從小就嘴饞的他，不僅熱愛美食，還有很強的動手能力，高興時他會到超市采購各種食材，親自下廚，鼓搗出清蒸魚、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！當然，其間還少不了他向這些外國科學家介紹中國傳統(tǒng)的飲食文化。如果他有一段時間沒有“請客”，那些在實驗室里向來很嚴肅的同事，會調皮地問他：“曹，你什么時候請我們吃中國菜？你索性練練廚藝，也讓我們放松一下！”接著，大家就會笑成一團……