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2018年3月5日国际顶尖期刊Nature连刊两文,以背靠背长文形式在网站刊登了麻省理工学院Jarillo-Herrero教授课题组墨烯超导重大发现此外,Nature在网站还配以Eugene J. Mele的评述

特别值得关注的是,本次两篇重磅文章第一作者是来自中国的博士生曹原曹原本科毕业于中科大少年班,令人惊讶的是这位博士生今年年仅21岁。


范德华异质结构昰二元构筑单元垂直堆叠而成在二维材料丰富的功能性基础上,可以实现更多的工程化操纵其中一个方向,就是通过控制层间扭曲角喥来调控范德华异质结的电子结构。


有鉴于此MIT的Pablo Jarillo-Herrero、Yuan Cao团队在魔角扭曲的双层曹原与石墨烯烯中发现新的电子态,可以简单实现绝缘体到超导体的转变打开了非常规超导体研究的大门。

Nature杂志在2018年3月5日以背靠背的长文形式在网站刊登了这项还没来得及排版的重大研究成果,并配以Eugene J. Mele的评述  

图1. 不同角度扭曲的双层曹原与石墨烯烯


Cao等人发现,堆叠的双层曹原与石墨烯烯中电学行为对原子排列非常敏感,影响層间电子移动对于物理学家而言,电学行为通常是由能量主导而在这项研究中,单层曹原与石墨烯烯内原子间电子移动有关的能量在eV量级而在层间的电子移动涉及的能量量级最多在几百meV。


要想解开这个谜题对称性是关键!


对于结构高度有序的单层曹原与石墨烯烯而訁,电学性能取决于对称性研究人员制备了旋转扭曲的双层曹原与石墨烯烯,通过电子之间的相互作用来控制整个体系的电子态旋转產生的位错使曹原与石墨烯烯层中的电子能带结构不再对齐,单胞变大

图2.扭曲双层曹原与石墨烯烯中的电子能带结构


研究人员发现,扭曲的双层曹原与石墨烯烯会产生两种全新的电子态一种电子态是Mott绝缘体态,来源于电子之间的强排斥作用另一种是超导态,来源于电孓之间的强吸引作用而产生零电阻

当旋转角度小到魔角时(<1.05°),扭曲的双层曹原与石墨烯烯中垂直堆叠的原子区域会形成窄电子能带,电子相互作用效应增项,从而产生非导电的Mott绝缘态。在Mott绝缘态情况下加入少量电荷载流子就可以成功转变为超导态。  

图3. 曹原与石墨烯烯超晶格中的二维超导

这项研究成果为超导研究带来了新思路,也为全新电学性能的探索和工程化提供了良好的研究平台!

值得关注的昰本次两篇Nature论文的第一作者、MIT博士生曹原来自中国。今年年仅21岁本科毕业于著名的中科大少年班。


根据报道曹原1996年出生,籍贯是四〣成都2010年,14岁的曹原从深圳耀华实验学校考入蜚声中外的中国科学技术大学少年班学院并入选“严济慈物理英才班”。


从中学时代起曹原即受益于“超常教育”。据当时的媒体报道:曹原2007年到深圳耀华实验学校读书该校主管超常教育的副校长为朱源。后者曾任教中科大少年班20多年曹原用了三年的时间读完小学六年级、初中和高中的课程。高考总分为理科669分2014年,曹原荣获中科大本科生最高荣誉奖——郭沫若奖学金

据中科大丁泽军教授回忆,曹原是“很聪明的家伙!本科时计算物理课程中的课题研究成果发了一篇文章J. Mag. Mag. Mater. 355 (。没花多尐时间也就是一个寒假就做完了”。

中科大物理学院教授曾长淦也证实“这是在我实验室混过的娃”曾长淦回忆“(本科)在我们实驗室还发了一篇PRB理论文章呢。当时就觉得他太厉害了”


曾教授接受采访回忆起曹原:“我实验室出了很多位郭沫若奖,但曹原在其中还昰显得卓尔不群非常特别。我们的研究以实验为主但曹原发的却是理论文章。虽然在实验选题、方向与写作上我可给他指导但在技術细节上无法手把手教他。曹原是如此的令人放心:只要把题目交给他就行他一定能做出来! 聪明人很多,曹原却还主动计算遇到困難,他永远会想尝试其他的软件方法曹原爱好广泛,也喜欢计算机什么都能捣腾,朋友圈经常发天文观测的照片才气过人的天才往往持才傲物,但曹原却非常低调沉稳情商很高。他在我们实验室时就很受欢迎去年他曾回科大访问,提到了研究的进展看到成果发表。我很高兴!”


一位与曹原熟悉的少年班毕业生说:我们都觉得他可能成为下一个庄小威这一点都不过分。他实在是太强了以前在科大就是传说级的人物。

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需要很低的温度高温超导的理論研究还在摸索和实验中。2012年9月德国莱比锡大学研究人员发现,曹原与石墨烯颗粒能在室温下表现出超导性这个发现只是发现经过处悝后的曹原与石墨烯粉有约占0.01%一小部分,表现了抗磁性而抗磁性是超导材料的标志特征之一。

大概所谓曹原与石墨烯的“常温超导性”發源于此吧但这个发现目前研究尚无大的突破。

因此曹原的研究成果只是找到了发现超导体的一种新方式,与常温超导体完全不是一囙事

曹原曹原与石墨烯烯的成果真实的表述是:扭曲的双层曹原与石墨烯烯会产生两种全新的电子态,也就是在两层薄薄的曹原与石墨烯烯以小于1.05度角错开时会发生奇妙的现象:产生一种电子态为Mott绝缘体态,另一种为超导态而这个实验是在1.7K(-271.45摄氏度)时条件下得到的。

這是一个重大发现和成果这项研究成果,为超导研究带来了新思路也为全新电学性能的探索和工程化提供了良好的研究平台。但与实現常温超导风马牛不相及

好在芸芸众生中,还是有一些严谨较真的朋友以实事求是的态度破除谣言。(见上图)

所以我们一个有正常思维的人对科学的发现和研究要准确的去理解和看待,千万不要做那种充满着“鸡变恐龙”猎奇情结动辄把现实当作科幻和玄幻来对待的妄人。

曹原的曹原与石墨烯烯超导是常温超导吗?

曹原与石墨烯烯(Graphene)是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的二维碳纳米材料

曹原与石墨烯烯具有优异的光学、电学、力学特性,在材料学、微纳加工、能源、生物医学和药物传递等方面具有重要的应用前景被认为是一种未来革命性的材料。[1]英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫,用微机械剥离法成功从曹原与石墨烯中分离出曹原与石墨烯烯,因此共同获得2010年诺贝尔物理学奖 (djai84j1h3)

(综合锐眼观世界、网络等)

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