人生故事《曹原:驾驭石墨烯的少年》

2018年12月18日,世界顶尖学术期刊《自然》发布了2018年度科学人物,1996年出生、在美国麻省理工学院攻读博士的中国学生曹原位居榜首;2018年3月,该杂志罕见地刊载了两篇有关石墨烯超导重大发现的文章,而这两篇文章的第一作者都是曹原。

这是《自然》杂志149年历史上的首次,曹原也成为以第一作者身份在该杂志上发表论文的最年轻的中国学者

一时间,全世界惊叹:曹原是谁?他到底有多牛?

轰动世界的石墨烯驾驭者

2017年,曹原和他的团队发现,当两层平行石墨烯堆成约1.1的微妙角度(魔角),就会产生以零电阻传输电子的神奇超导效应。这种用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,有望大大提高能源的利用效率与传输效率。

《自然》于2018年3月5日刊发的两篇文中提到,曹原团队在魔角扭曲的双层石墨烯中发现了新的电子态,可以简单实现从绝缘体到超导体的转变,打开了非常规超导体研究的大门。这一重磅消息瞬间引爆全球,该杂志称曹原为石墨烯驾驭者。

众所周知,从发电站到用户的传送过程中,能量是有损耗的,而且损耗量巨大。1911年,荷兰物理学家昂内斯发现,当汞被冷却至4.2K(-268.95℃)以下时,电子可以通行无阻,从而将能源损耗降到最低。这个零电阻状态被称为超导电性。

但问题是,超导体要在4.2K以下的环境中才能显现其近乎零损耗的输电能力,而这其中的冷却成本高得让人绝望。于是,全世界的科学家开始了各种实验,去寻找低成本超导材料。物理学家已经在黑暗中徘徊了30年,试图解开铜氧化物超导的秘密如今,中国青年曹原,成了照亮黑暗的那盏明灯。

然而,研究过程最初并不顺利。实验中最困难的地方在于,如何将两层石墨烯之间的转角精确地控制在1.1附近。在经历了一次又一次的失败后,曹原依旧信心满满地说:实验失败是家常便饭,心态平和地对待失败就没什么压力了。吃一堑长一智,做得多了,慢慢有经验了,难题自然就攻克了。

在之后的半年多时间里,他夜以继日地待在实验室,克服了样品无法承受高热、机械部件有滞留回差等重重困难后,震惊世界的石墨烯传导实验终于成功了。

我并不特别

1996年,曹原出生在成都,3岁多时随父母去了深圳。在深圳景秀小学读书时,往往老师刚说出题目,曹原就喊出答案。我那时经常接嘴、插嘴或者和老师顶嘴。曹原不觉得自己比同龄人聪明多少。他说:我只是比较爱读科技类的课外书,像《科学探索者》,我前前后后翻了好多遍,为我现在的知识面打下了很好的基础。我现在的动手能力,也得益于小时候常在家捣鼓电子电路和化学实验的经历。

小学六年级时,曹原转入深圳市耀华实验学校。在这里,他更加放飞自我:课桌、椅子、黑板都没能逃过他的毒手,甚至连老师的讲台都被他拆了;他在学校搞了个实验室,还在家里弄了个实验室。当时做实验所需的硝酸银很贵,也很难买到,他就买来了硝酸,偷偷地把妈妈的银镯子放进去,人工合成了硝酸银。

这些事惊动了校长,校长非但没有责怪他,反而连连称赞:这孩子是个好苗子,是个天才!并当即决定把他送进少年班,接受超常教育。

2009年9月,13岁的曹原考上了高中。那时学业繁忙,每天放学回家常常超过22点了,但他还要花一个多小时捣鼓各种化学试剂。

在学习中,重要的不是老师,也不是特别的教材与习题,而是自己愿意钻研的学习兴趣,以及善于钻研的自学能力。曹原回忆说。

第二年,14岁的曹原提前参加高考,以669分的成绩考入中国科技大学少年班,并入选严济慈物理英才班。

天才辈出的中科大少年班竞争激烈,曹原却在其中如鱼得水。他经常穿梭于各大教授的办公室,一脸认真地逐一去请教,还时不时提出一些刁钻古怪的问题。2012年,曹原被选为首批交流生赴密歇根大学学习;2013年6月又被牛津大学选中,受邀参加为期两个月的科研实践;2014年,曹原从中科大毕业时获得了该校本科生的最高荣誉奖郭沫若奖学金。之后,他前往美国攻读博士学位。

《自然》杂志说,曹原认为自己并不特别。毕竟,他在大学里还是待满了四年,他说:我只是跳过了中学里面一些无聊的东西。

星空下的安静少年

脸上带着稚气的曹原,被网友誉为科学大神。但麻省理工学院的导师觉得,曹原在内心深处是个修补匠,喜欢把东西拆开重装。每次我进他的办公室,里面都是乱糟糟的,桌上堆满了计算机和自制望远镜的零件。

有趣的是,除了专注于枯燥的学术研究,曹原还是个很懂生活情调的人。闲暇时,他喜欢和朋友一起四处旅行。

他特别喜欢看奥地利魔术大师表演的魔术,有时为了看一场表演,甚至会直接飞去维也纳。与简单的变戏法不同,欧洲魔术师非常注重艺术效果,会用奇思妙想的创意、行云流水的表演,甚至高科技AR技术,将观众卷入一场奇幻之旅。

曹原说,魔术所有的不可思议都是以科学原理为支撑的,因而魔术师在物理、化学、生物等方面都需要积累一定的知识,这样创作出的作品才会令人耳目一新。

还有朋友开玩笑说,曹原成了一名科学大神,世界上却少了一位超级厨神。原来,从小就嘴馋的他,不仅热爱美食,高兴时还会到超市采购各种食材,亲自下厨,清蒸鱼、烧茄子、爆炒肚片等一桌子色香味俱全的菜肴不在话下,让同事们大饱口福。

曹原还经常在朋友圈发天文观测的照片。他喜欢天文摄影,工作之余会通过天文摄影来进行自我调节。仰望星空总是能让我安静下来。天文摄影涉及包括光学、精密机械、电子电路、嵌入式程序等在内的多方面科学技术,折腾这些东西,都是我的兴趣。

对于自己的学霸成长经历和取得的成就,曹原保持着平和的心态。面对世界给予他的如此殊荣,他只说了一句简单的话:一个扎实走好每一步、过好每一天的人,他的未来一定不会太差。

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