這次距他上一篇 Science 只過了 3 個月。這位論文大戶至今總共發(fā)了 8 篇 Nature+1 篇 Science，其中僅 2021 年上半年就密集發(fā)布了 4 篇，被稱為“石墨烯駕馭者”也不奇怪了。
那么這一次，石墨烯研究為何又能中頂刊?
原來，曹原團隊發(fā)現(xiàn)按魔角 (1.56 度) 扭曲的三層石墨烯，在超強磁場下仍能保持超導(dǎo)性。
Nature 評論認為，這個發(fā)現(xiàn)的意義在于：
未來有助于設(shè)計更強大的核磁共振成像設(shè)備，以及為制造更魯棒的量子計算機開辟新方向。
他的導(dǎo)師 Jarillo-Herrero 認為：
即使這次的三層石墨烯不是穩(wěn)定量子計算最終需要的，也能在此基礎(chǔ)上更容易設(shè)計出新的材料。
臨界磁場超出理論 3 倍
2018 年，曹原等人經(jīng)過實驗發(fā)現(xiàn)，當?shù)蜏叵碌膬善┮?1.1° 的魔角堆疊和扭曲時，電阻會突然消失，變成超導(dǎo)體。這就是他發(fā)現(xiàn)的石墨烯材料的新特性。
理論認為，傳統(tǒng)的超導(dǎo)材料在磁場超過一定強度(到達臨界磁場)后便會失去超導(dǎo)性，而這篇論文發(fā)現(xiàn)：三層魔角石墨烯(magic-angle twisted trilayer graphene，MATTG)在超強的磁場下仍具有超導(dǎo)性。
它的臨界磁場高達 10 特斯拉，這個數(shù)值遠超目前超導(dǎo)理論模型(大約高出 2-3 倍)。
(目前一般醫(yī)院的 MRI 儀最多 3 特斯拉。)
這也證明魔角石墨烯可能是一種罕見的防磁超導(dǎo)材料。
曹原表示，三層魔角石墨烯中的超導(dǎo)電性可能是由一種可產(chǎn)生自旋三重態(tài)(spin-triplet state)庫珀對的機制驅(qū)動。
實驗中，他們將三層石墨烯堆疊在一起，并將中間的一層相對于外層旋轉(zhuǎn) 1.56 度來制造 MATTG;然后通過一塊磁場方向與該石墨烯平行的大磁鐵不斷加強磁場來測試 MATTG 的超導(dǎo)性。
最后驚訝地發(fā)現(xiàn)，MATTG 的超導(dǎo)性隨著周圍磁場的增加一直保持很強，隨后消失后卻又在更高的場強下卷土重來!
此時磁場強度高達 10 特斯拉。
這在傳統(tǒng)的自旋單態(tài) (spin-singlet state) 超導(dǎo)體中是不可能發(fā)生的。
具有自旋單態(tài)的絕大多數(shù)超導(dǎo)體，庫珀對中的兩個電子具有相反的自旋，而高磁場就可輕松破壞這種自旋單態(tài)超導(dǎo)體的超導(dǎo)性。
曹原等人認為，三層石墨烯可能是一種罕見的自旋三重態(tài)超導(dǎo)體。
因為在自旋三重態(tài)下，超導(dǎo)材料暴露在強磁場中時，庫珀對中的兩個電子的能量會往同一方向移動，也就是相同自旋。
這樣一來無論磁場強度如何，它們都不會被拉開，也就可不受干擾地保持超導(dǎo)性。
曹原團隊隨后將深入研究該材料以確認其自旋狀態(tài)。
上半年 4 篇，下半年剛剛開始
曹原，1996 年生，今年 25 歲。
小學六年級、初高中課程，他只用了 3 年讀完，高考理科總分 669 分，對此他表示：
我只是跳過了中學里一些無趣的部分。
2010 年，14 歲的曹原從深圳耀華實驗學?？既胫锌拼笊倌臧啵⒁缘谝粚脤W生的身份入選“嚴濟慈物理英才班”，每年僅招收約 30 名學生。
本科期間，曹原就已經(jīng)在丁澤軍與曾長淦教授的實驗室中進行過研究、并發(fā)表相應(yīng)論文。
2014 年，曹原榮獲中科大本科生最高榮譽獎“郭沫若獎學金”，也是國家批準設(shè)立的新中國第一獎學金。
同年，曹原前往 MIT 讀博，并加入了 Pablo Jarillo-Herrero 的團隊，后者是西班牙物理學家，一名研究石墨烯的超級大牛。
這位導(dǎo)師于 2008 年 1 月加入麻省理工學院，擔任物理學助理教授，并獲得終身職位。在 2018 年，他被提升為物理學全職教授。
他曾獲 IUPAP 半導(dǎo)體物理學青年科學家獎、摩爾量子材料研究獎(兩次)、“諾獎風向標”之稱的沃爾夫物理學獎等。前不久，他獲得了 NAS(美國科學院)科學發(fā)現(xiàn)獎。
2018 年發(fā)現(xiàn)魔角石墨烯，開始了曹原論文狂魔之路。
僅今年上半年，曹原就密集發(fā)了 3 篇 Nature+1 篇 Science。今天這一篇，算是為他的下半年發(fā)文之旅拉開序幕。
曹原究竟還能帶來多少驚喜，讓我們拭目以待吧。
這次距他上一篇 Science 只過了 3 個月。這位論文大戶至今總共發(fā)了 8 篇 Nature+1 篇 Science，其中僅 2021 年上半年就密集發(fā)布了 4 篇，被稱為“石墨烯駕馭者”也不奇怪了。
那么這一次，石墨烯研究為何又能中頂刊?
原來，曹原團隊發(fā)現(xiàn)按魔角 (1.56 度) 扭曲的三層石墨烯，在超強磁場下仍能保持超導(dǎo)性。
Nature 評論認為，這個發(fā)現(xiàn)的意義在于：
未來有助于設(shè)計更強大的核磁共振成像設(shè)備，以及為制造更魯棒的量子計算機開辟新方向。
他的導(dǎo)師 Jarillo-Herrero 認為：
即使這次的三層石墨烯不是穩(wěn)定量子計算最終需要的，也能在此基礎(chǔ)上更容易設(shè)計出新的材料。
臨界磁場超出理論 3 倍
2018 年，曹原等人經(jīng)過實驗發(fā)現(xiàn)，當?shù)蜏叵碌膬善┮?1.1° 的魔角堆疊和扭曲時，電阻會突然消失，變成超導(dǎo)體。這就是他發(fā)現(xiàn)的石墨烯材料的新特性。
理論認為，傳統(tǒng)的超導(dǎo)材料在磁場超過一定強度(到達臨界磁場)后便會失去超導(dǎo)性，而這篇論文發(fā)現(xiàn)：三層魔角石墨烯(magic-angle twisted trilayer graphene，MATTG)在超強的磁場下仍具有超導(dǎo)性。
它的臨界磁場高達 10 特斯拉，這個數(shù)值遠超目前超導(dǎo)理論模型(大約高出 2-3 倍)。
(目前一般醫(yī)院的 MRI 儀最多 3 特斯拉。)
這也證明魔角石墨烯可能是一種罕見的防磁超導(dǎo)材料。
曹原表示，三層魔角石墨烯中的超導(dǎo)電性可能是由一種可產(chǎn)生自旋三重態(tài)(spin-triplet state)庫珀對的機制驅(qū)動。實驗中，他們將三層石墨烯堆疊在一起，并將中間的一層相對于外層旋轉(zhuǎn) 1.56 度來制造 MATTG;然后通過一塊磁場方向與該石墨烯平行的大磁鐵不斷加強磁場來測試 MATTG 的超導(dǎo)性。
最后驚訝地發(fā)現(xiàn)，MATTG 的超導(dǎo)性隨著周圍磁場的增加一直保持很強，隨后消失后卻又在更高的場強下卷土重來!
此時磁場強度高達 10 特斯拉。這在傳統(tǒng)的自旋單態(tài) (spin-singlet state) 超導(dǎo)體中是不可能發(fā)生的。
具有自旋單態(tài)的絕大多數(shù)超導(dǎo)體，庫珀對中的兩個電子具有相反的自旋，而高磁場就可輕松破壞這種自旋單態(tài)超導(dǎo)體的超導(dǎo)性。
曹原等人認為，三層石墨烯可能是一種罕見的自旋三重態(tài)超導(dǎo)體。
因為在自旋三重態(tài)下，超導(dǎo)材料暴露在強磁場中時，庫珀對中的兩個電子的能量會往同一方向移動，也就是相同自旋。這樣一來無論磁場強度如何，它們都不會被拉開，也就可不受干擾地保持超導(dǎo)性。
曹原團隊隨后將深入研究該材料以確認其自旋狀態(tài)。
上半年 4 篇，下半年剛剛開始
曹原，1996 年生，今年 25 歲。小學六年級、初高中課程，他只用了 3 年讀完，高考理科總分 669 分，對此他表示：
我只是跳過了中學里一些無趣的部分。
2010 年，14 歲的曹原從深圳耀華實驗學?？既胫锌拼笊倌臧?，并以第一屆學生的身份入選“嚴濟慈物理英才班”，每年僅招收約 30 名學生。
本科期間，曹原就已經(jīng)在丁澤軍與曾長淦教授的實驗室中進行過研究、并發(fā)表相應(yīng)論文。
2014 年，曹原榮獲中科大本科生最高榮譽獎“郭沫若獎學金”，也是國家批準設(shè)立的新中國第一獎學金。同年，曹原前往 MIT 讀博，并加入了 Pablo Jarillo-Herrero 的團隊，后者是西班牙物理學家，一名研究石墨烯的超級大牛。
這位導(dǎo)師于 2008 年 1 月加入麻省理工學院，擔任物理學助理教授，并獲得終身職位。在 2018 年，他被提升為物理學全職教授。他曾獲 IUPAP 半導(dǎo)體物理學青年科學家獎、摩爾量子材料研究獎(兩次)、“諾獎風向標”之稱的沃爾夫物理學獎等。前不久，他獲得了 NAS(美國科學院)科學發(fā)現(xiàn)獎。
2018 年發(fā)現(xiàn)魔角石墨烯，開始了曹原論文狂魔之路。
僅今年上半年，曹原就密集發(fā)了 3 篇 Nature+1 篇 Science。今天這一篇，算是為他的下半年發(fā)文之旅拉開序幕。
曹原究竟還能帶來多少驚喜，讓我們拭目以待吧。
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