天才曹原团队再发力!魔角石墨烯今日再次连发2篇Nature,难道下一个诺奖就要诞生?

 

超级后浪曹原又为人类做贡献啦!...





魔角石墨烯

会是下一个诺奖吗

大家记得吗?上个月超模君给大家介绍了一位“超级后浪”、“天才少年”曹原



这才刚过去一个月,他的论文就又登上了Nature!当地时间6月11日,世界顶尖学术杂志Nature第三次同期发表两篇有关魔角石墨烯的论文。







对于24岁的曹原来说,这已经是第五次了。不过,这一次他没有出现在“第一作者”这样的醒目位置。

某种程度上来说,这也意味着:曹原团队参与开辟的这个新兴方向,确实吸引了不少材料学的学者加入,并在不断产生新的新的成果。

有声音说:或许今年的诺贝尔奖就要从这个领域诞生了呢!

又是两篇论文齐发


按照惯例,超模君还是要先给大家介绍一下Nature新发表的这两篇论文的大致内容。

第一篇论文由以色列魏茨曼科学研究所和曹原所在的麻省理工学院(MIT)Pablo Jarillo-Herrero课题组合作完成,而第二篇则来自美国普林斯顿大学。
这两篇论文本质上,其实是在讨论同一个问题:从微观角度上,魔角石墨烯到底为什么会具备这么神奇的性质?

有了解过魔角石墨烯的模友可能都知道:所谓的魔角石墨烯,其实就是将两片叠放的石墨烯交错至一个特殊的“魔角”(1.1°)。



可这样小小的旋转,却从根本上改变了石墨烯的性质:魔角石墨烯在低温下,会呈现出一系列奇妙的电子学状态,如超导体、关联绝缘体、拓扑体......

在以色列和MIT合作的论文中,他们就通过测量局域电子压缩性,发现魔角石墨烯的能带在整数填充附近经历了剧烈的转变。



论文认为,这种电子偏好对称性的强烈破坏和狄拉克电子特征的回复,形成了魔角石墨烯的母态。
而在第二篇论文中,普林斯顿大学的课题组则利用高分辨率扫描隧道显微镜,成功观测到了:随着电子填充函数变化,魔角石墨烯会出现一系列光谱跃迁。



研究团队认为,这种跃迁现象就可以用来解答关键问题:魔角石墨烯是怎么从高温下的母态演变出低温下那些奇妙的性质。



值得一提的是,普林斯顿大学的这个课题组在石墨烯领域也是“老专家”了。早在2019年7月份,他们就在Nature上发表过魔角石墨烯的谱学研究。

这次的论文,正是对之前研究工作的进一步深入。

不难看出,这次Nature发表的两篇魔角石墨烯论文成果,在电子微观机制层面形成了互补。

而且,这两篇论文草稿都是去年12月同一天上传到预印本网站,又在Nature上同一天发表。

这要说大佬们没有提前约好,超模君是不信的!
魔角石墨烯的传奇


超模君前面有提到,魔角石墨烯之所以受到如此的追捧,原因之一就是因为能在比较宽松的条件下实现“超导”的特性。




超导作为20世纪最重要的科学发现之一,每有一项突破性成果,就都是妥妥的诺奖级别。

1911年,荷兰物理学家卡末林·昂内斯偶然间发现:当汞的温度下降到-269℃时,电阻竟然会变成0!

这要是能普及到我们的日常生活中,单单是每年节省的电力传输消耗就将是天文数字!
这种性质的变化令他非常兴奋,他将这种特性命名为超导性,也因此获得了1913年的诺贝尔奖。
接下来的100年间,经过一代代科学家的努力,人们陆续发现了许多材料在一定的条件下都能具备超导的特性。

例如,1986年,德国物理学家柏诺兹和缪勒就又发现一种复杂的铜氧化物,这种材料能达到超导状态的最高温度约为-140℃。

相对于其他材料来说,-140℃是比较容易达到的条件了。

因此,缪勒和柏诺兹也荣获了1987年度诺贝尔物理学奖。
柏诺兹和缪勒


不过可惜的是,虽然超导领域不断有新发现,但没有一种材料能够走出实验室,真正具备实用价值。

就连诺贝尔奖获得者劳勃劳林(Robert Laughlin)也曾说过:物理学家们已经在黑暗(超导研究)中,徘徊了30年。
后来,人们发现了石墨烯这种材料:一种以单层碳原子组成的六角形蜂巢晶格材料。
一开始,科学家们只是发现:和不同的材料接触,石墨烯都会表现出不寻常的“超导特性”,这使学术界一度诞生了很多“灌水”论文:
有位大佬看不过去石墨烯被拿来水论文
写下这篇神论文讽刺灌水党
直到2017年8月,正在MIT深造的曹原和导师Jarillo-Herrero才解锁了石墨烯的真正用法!

只要将两层石墨烯,旋转到特定的“魔法角度”(1.1°)叠加时,它们就可以在零阻力的情况下传导电子,即刻显现超导特性。



这个重磅消息瞬间引爆了全球,Nature杂志当然也不会错过这个发现,一天之内连续刊登了两篇曹原关于石墨烯超导的文章。

当时还有网友评论:Nature应该为能刊发曹原团队的文章而感到荣幸。

毕竟,当时Nature收到稿件后,没来得及排版就先发布在网上了。
写在最后
时至今日,随着曹原所在的Pablo Jarillo-Herrero课题组对魔角石墨烯的研究深入。

全球越来越多的科研团队加入了对魔角石墨烯的研究,甚至还出现了一句顺口溜:如果想要超导,你就扭扭石墨烯。
不过这也引起了不小的误解:或许很多吃瓜群众会觉得魔角石墨烯就是神之材料了。


但其实,在超模君看来曹原团队真正厉害的地方在于:他们揭示了一种新的物理现象!
虽然,现阶段,魔角石墨烯和其他被发现的超导材料一样,也是走不出实验室。但超模君相信,伴随着魔角石墨烯的深入研究,会有更多新的物理原理被发现!

我们有像曹原这样天才的科学家们,总有一天,研究魔角石墨烯的成果,会成为实现超导领域重要突破的关键一步!
超模君小剧场
当曹原和他的导师连发两篇Nature之后......
作者简介:超模君,数学教育与生活自媒体博主,新晋理工科奶爸。出版过《芥子须弥 · 大科学家的小故事》;《数学之旅·闪耀人类的54个数学家》。后续数学文化创意多多,欢迎关注认识!

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参考资料:https://www.nature.com/articles/s41586-020-2373-y

https://www.nature.com/articles/s41586-020-2339-0

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