科技袁人半年前介绍的少年班天才入选2018十大科学人物

导读

2018年12月18日，英国《自然》周刊发布了2018年度影响世界的十大科学人物，位居榜首的是年仅21岁、在美国麻省理工学院攻读博士的中国学生曹原。在2018年，曹原发表了两篇关于原子厚度的碳层中奇怪行为的论文，发现了让石墨烯实现超导的方法，开创了物理学一个全新的研究领域，有望大大地提高能源利用效率与传输效率。《自然》周刊称曹原为“石墨烯驾驭者”。

2018年4月13日，袁岚峰博士在《科技袁人》视频系列中做了一期节目，已经详细地介绍了曹原的这项成果。想了解这项成果的同学，现在可以补课了！

2018年12月18日，英国《自然》周刊发布了2018年度影响世界的十大科学人物，位居榜首的是年仅21岁、在美国麻省理工学院攻读博士的中国学生曹原。在2018年，曹原发表了两篇关于原子厚度的碳层中奇怪行为的论文，发现了让石墨烯实现超导的方法，开创了物理学一个全新的研究领域，有望大大地提高能源利用效率与传输效率。《自然》周刊称曹原为“石墨烯驾驭者”。

在2018年4月13日的《科技袁人》中，我们已经对此进行了详细介绍。具体内容请参见：在魔法角度下石墨烯超晶格中的半充满关联绝缘体行为了解一下 | 科技袁人

*近，我的科大师弟曹原火了。媒体疯传他作为21岁的博士研究生，做出了一个非常重要的研究，在世界**科学期刊Nature的同一期上连续发表了两篇论文。来感受一下，许多自媒体的报道是这种画风：《刚刚，这个中国人一记神操作，竟解决了困扰全球百年的难题，全球震惊！而他究竟有多年轻，你可能想都想不到？！》

许多人来问我这究竟是怎么回事，其中包括我非常尊敬的前辈朋友、中国科学院院士、**的地质学家李曙光教授。刚好，曹原师弟的这个研究跟我的专业比较接近，我大致可以向公众解释一下，解答李曙光老师和诸位朋友们的疑问。

这两篇Nature的论文发表于2018年3月5日。**篇的标题是“Correlated insulator behaviour athalf-filling in magic-angle graphene superlattices”（https://www.nature.com/articles/nature26154），中文意思是《在魔法角度下石墨烯超晶格中的半充满关联绝缘体行为》。第二篇的标题是“Unconventional superconductivity in magic-angle graphene superlattices”（https://www.nature.com/articles/nature26160），中文意思是《在魔法角度下石墨烯超晶格中的非传统超导性》。

为什么一个研究写成两篇文章呢？因为这是紧密相连的两个结果，在科学上大家更关心第二个结果，但第二个结果是以**个结果为基础的，所以很自然地分成两篇文章。

现在我们来解读一下，这两篇文章说了些什么。

· 什么是石墨烯？什么是超导？

你可能听说过，世界上有一样东西叫做“石墨烯”。学过初中化学的人，应该都知道石墨的结构，它是一种碳的单质，由一层层的平面层叠而成。石墨烯，就是单层的石墨。

石墨烯

听起来很容易理解，是吧？但是在很长的时间里，人们并没有制备出石墨烯。直到2004年，才有两位科学家Andre Geim和Konstantin Sergeevich Novoselov用一种神奇的办法制备出了石墨烯。什么办法呢？用胶带撕！

（此处应有哄笑）

姚明发来贺电

就这样，这两个异想天开的家伙获得了2010年的诺贝尔物理学奖。

人们已经发现，石墨烯有许多优秀的性质，例如强度比钢铁还高，导电性比铜还好。不过这次曹原等人的新成果，更加令人脑洞大开：石墨烯可以超导！

超导是什么？超导就是电阻为零。一般的物体都有电阻，电流会导致发热，这就会损失能量。但在超导体中，电能不会转化成热能，所以电流可以无限地持续下去。想想看，如果导线都不损失能量了，世界会发生多大的改变！

目前，所有已知的物质在室温下都是不超导的。只是有些物质，在温度降到一定程度的时候，电阻会从有限值突然降成零，变成超导体。这是一个突变，不是渐变，这个突变的温度叫做超导转变温度，是超导研究中大家*关心的一个量。

一个有趣的事实是，人们还无法预测哪些物质会超导。实际上，许多导电性很好的物质是不会变成超导体的，例如铜和银，在室温下电阻就很低，但你无论把它的温度降到多低，也从来没有看到它的电阻变成零。反而是一些在室温下导电性不太好的物质，例如水银，也就是汞，在低温下可以变成超导体。目前，在常压下*高的超导转变温度是零下135摄氏度，对应的物质是某种铜氧化物。

这里有一个小小的知识点，对我们下面的叙述很有用。比起摄氏温标来，科学界更喜欢用**温标，或者叫做热力学温标。它的定义是，把零下273.15摄氏度定义为**零度，在此之上每一度的间隔都跟摄氏度相同。**温标的单位叫做开尔文（Kelvin），简写为K，所以零下135摄氏度就约等于138 K。为什么**温标比摄氏温标好用呢？因为大自然不会出现**零度以下的温度。

我们再次强调一下，室温超导还从来没有实现过。科学界经常把铜氧化物的超导称为高温超导，但千万不要被这个名字欺骗了，这个所谓“高温”的意思仅仅是超过液氮的温度而已，也就是超过77 K，离室温（约300 K）还远着呢！请大家一定记住，在超导这个领域，室温比高温要高，——你不妨把这当作一种魔幻现实主义的语言。