“石墨烯驾驭者”MIT曹原获2021凝聚态青年物理学家全球最高奖

曹原又有新动态了，这一次不是论文发顶刊，而是获奖。

25 岁的他，成为 2021 年度麦克米兰奖（McMillan Award）获奖者，这个奖项也是凝聚态物理领域的青年物理学家最高奖。据美国伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校（UIUC）资料，曹原的获奖理由是“扭曲双层石墨烯中超导性和相关量子现象的开创性发现和探索”。

图丨曹原（来源：MIT）

作为麻省理工学院（MIT）Jarillo-Herrero 实验室的博士后研究员，他主要的研究领域为二维材料中的凝聚态物理，专注于“扭曲电子学”——材料中的电子学与“扭曲”的研究。

从 2018 年至今，曹原已在 Nature 发表 8 篇、在 Science 发表 1 篇“魔角石墨烯”的相关论文。仅今年就已发布 5 篇论文，其中发布最“密集”的时刻曾在 16 天内连续发布 3 篇，其速度和成果让人惊叹。

麦克米兰奖是什么？

1986 年开始，为了纪念伊利诺伊大学物理系教授威廉·L·麦克米兰（William L. McMillan），麦克米兰奖每年都会向凝聚态物理领域的杰出青年物理学家颁发年度奖项，该奖项每年通常授予 1 人。

麦克米兰教授因其对凝聚态物理的很多领域的独特贡献而被科研圈熟知，包括液氦、超导、液晶、层状化合物、旋转玻璃和定位现象等。在这其中，麦克米兰对计算机技术进行了创新性应用探索，从而使人们对复杂多体系统的物理理解得以加深。

他于 1936 年出生，1984 年因车祸去世，年仅 49 岁。在麦克米兰去世两年后，为了表彰和其同样的青年杰出的凝聚态物理学家，伊利诺伊大学以麦克米兰的名义设立了该奖项。

“石墨烯驾驭者” 的 9 篇顶刊之路

由于成绩优异，曹原在小初高阶段就接连跳级。14 岁的他以 669 分的高考成绩，考进了中国科学技术大学少年班，并在 “严济慈物理英才班”学习。

2014 年，他获得郭沫若奖学金。后就读于 MIT 电气工程与计算机科学系，师从物理学家巴勃罗·贾里洛-埃雷罗（Pablo Jarillo-Herrero）。

2018 年，曹原及其团队“背靠背”发表两篇 Nature。他们首次发现当双层石墨烯以 1.1  度的“魔法角度”旋转叠加时，可以转变为“非常规”超导体，从此便掀起了旋转电子学的研究热潮。

图 丨 2018 年 Nature 杂志封面图片致敬曹原发现的 “魔角” 石墨烯（来源：Nature ）

曹原也因为这项研究的突破性，入围 Nature  “2018 年度世界十大科学人物”  并位居榜首，同时，当年 22 岁的他也成为了 Nature 杂志创刊以来发表论文最年轻的中国第一作者。

2020 年 5 月，曹原在 Nature 再次“背靠背”发表两篇论文，分别探求了魔角石墨烯性质的可控性以及扭曲角的无序问题。

其中一篇论文揭示了超导相关的状态或许会因魔角双层石墨烯而转化；而另一篇论文，利用对扭转角的控制，像调节“开关”一样调谐“电子 — 电子”相互作用的强度，将魔角特性应用到其他二维研究体系，实现相似的物理行为。

今年开始，“魔角”石墨烯的研究也“升级”了，其研究从双层石墨烯向三层石墨烯转变。2 月，他在 Nature 发布的第 5 篇论文指出，在旋转三层石墨烯（MATTG）中发现了“不寻常”的摩尔超导，并且这种新的“三明治”的电子结构和超导性比双层石墨烯更稳定。

4 月，进行了密集的“三连发”。4 月 1 日及 4 月 7 日，分别发表了两篇 Nature 论文，研究发现了 moiré 超胞中存在 “类 Pomeranchuk” 效应 – 磁场驱动下低熵电子液体到高熵关联态的转变行为。

图丨相关论文（来源：Nature）

4 月 16 日，曹原及其团队在 Science 发表论文指出，一种新的电子形态出现于魔角双层石墨烯系统，这使该系统的复杂相图深化构建，并且让其物理内涵更加丰富。

7 月 21 日，在 Nature 发表相关论文，在该研究中，研究人员在 MATTG 中发现了 “让人意外” 的超导现象。

图丨魔角石墨烯的超导效应示意图（来源：MIT）

研究人员报告称，“当 θ 等于大约 1.6° 的‘魔角’时，MATTG 在低温（低至 1 开尔文）下电阻为零，变为超导体，具有非常规特性。并且，这种材料在高达 10 特斯拉（T）的高磁场下仍表现出超导性，这远远超过了单重态电子库珀对能达到的效果，比经典自旋单重态超导体所预测的材料所能承受的磁场高出 2-3 倍。”

曹原的导师巴勃罗·贾里洛-埃雷罗，也因为双层扭曲石墨烯中超导现象的突出贡献，于 2020 年获得了凝聚态物理最高奖——巴克利奖。

对于曹原及其团队在魔角石墨烯领域的未来研究，让我们拭目以待。

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参考：

https://physics.illinois.edu/people/honors-and-awards/mcmillan-award