对曹原来说，2021年4月7日并没有什么不同，只不过又发了一篇Nature而已。

  这是他的第7篇Nature论文，距离上一篇只隔了一周时间。

 

3月31日，曹原与团队在Nature发表论文，曹原是以共同一作+通讯的身份出现的。

果然，双发才是「曹原速度」。

 

2018年和2020年曹原分别两次「背靠背」连发2篇Nature.

 

第一次，2018年3月5日，Nature连刊2篇曹原的论文，当时Nature来不及排版，迅速以「背靠背」形式刊登了这两篇关于「转角石墨烯」的重大成果，文章还配以第三篇文章作为评述，足见这一发现的非凡意义。

 

在这两篇论文中，曹原发现当两层平行石墨烯堆成约1.1°的微妙角度，就会产生神奇的超导效应，超导转变温度最高为1.7K，而这约1.1°的微妙角度就被称为「魔角」，从此，「魔角石墨烯」进入科学视线。

国内外学术界为之震动，这开辟了「凝聚态物理」的新领域。 

7篇nature，「石墨烯驾驭者」

 

2018年，曹原入选Nature「2018年度科学人物」，位列榜首！

 

Nature评：让原子厚度碳片层成为超导体的博士研究生。

 

他也是Nature创刊149年来年龄最小的入榜者。

 

图源：Corinna Kern for Nature BY ELIZABETH GIBNEY

 

为此，他还收获了一个生动的名字，叫「石墨烯驾驭者」（Graphene Wrangler），听起来竟然有种驾驭宇宙魔方的感觉。

 

那么，他是如何成为「石墨烯驾驭者」的呢？

 

我们可以从他的7篇Nature了解一下。

 

2018年，让曹原「一战成名」的那两篇论文描述了关于原子厚度碳片层奇异行为。

 

2014年，曹原中科大毕业后，在导师的推荐下前往MIT攻读博士，并加入了Pablo Jarillo-Herrero在麻省理工学院的团队，该团队当时已经开始进行将碳片层堆叠和旋转至不同角度的尝试。

 

曹原的主要工作是考察在堆叠的双层石墨烯中，如果将其中一层相对另一层旋转极小的角度后会发生什么。根据一种理论预测，这种扭曲会极大地改变石墨烯的行为，但许多物理学家对此持怀疑态度。曹原决心创造出这种以微妙角度扭曲的双层石墨烯，并发现了一些奇异的现象。

 

对石墨烯施加微弱的电场并冷却至绝对零度以上1.7度时，会让能导电的石墨烯变成绝缘体（Y. Cao et al. Nature 556, 80–84; 2018）。这一发现本身不可谓不令人惊讶。

 

论文：https://www.nature.com/articles/nature26154

 

曹原说：「我们已经料到这会对整个领域带来巨大影响。但更好的消息还在后面：只需稍微调整一下电场，扭曲的双层石墨烯就能成为一个超导体，让电子实现零电阻流动」（Y. Cao et al. Nature556, 43–50; 2018）。他们在第二个样本中观察到了同样的现象，最终确认了自己亲眼所见的事实。

 

论文：https://www.nature.com/articles/nature26160

 

通过简单的旋转就能让原子厚度的碳材料产生复杂的电子态，这一研究成果让物理学家争相对其它扭曲二维材料的奇异行为进行实验。一些物理学家甚至希望石墨烯能够阐明复杂材料为何会在更高的温度下成为超导体。

 

哥伦比亚大学物理学家Cory Dean表示：「我们接下来可以做的事情太多了，眼前的机会巨大。」

 

成功将平行的双层石墨烯扭曲至约1.1°的“魔角”需要一些试错，但曹原很快就掌握了可靠的方法。Jarillo-Herrero认为曹原的实验技巧至关重要。

 

曹原原创的方法先将单层石墨烯撕裂，组成方向相同的双层石墨烯，并在此基础上进行微调校准。曹原还通过调整低温系统，达到了能让超导态更为显著的温度。

 

2020年5月6日，时隔两年，曹原再次Nature两连发，讲述了团队在「魔角石墨烯」研究取得的新进展。

 

论文一中，作者提出了基于小角度扭曲双层-双层石墨烯（TBBG）高度可调的相关系统，由两片旋转的Bernal堆叠双层石墨烯组成。该系统呈现丰富相图，具有可调谐相关绝缘体态，对扭转角和电位移场的应用都高度敏感。