佚名

他，叫曹原！一個(gè)外表普普通通的年輕人，一個(gè)震驚世界的年輕科學(xué)家！

2018年底，世界頂尖學(xué)術(shù)期刊《自然》雜志發(fā)布了2018年度影響世界的十大科學(xué)人物榜單，位居榜首的是1996年出生的中國(guó)學(xué)生曹原。

他是該雜志創(chuàng)辦149年來(lái)，獲此殊榮年齡最小的科學(xué)家，也是中國(guó)最年輕在該雜志以第一作者刊登學(xué)術(shù)論文的科研工作者。他的科研成果攻克了困擾全球物理學(xué)界100多年的世界超導(dǎo)物理學(xué)難題，震驚全世界！

如今，數(shù)百位世界級(jí)學(xué)者正在試圖復(fù)制、拓展他的科研成果。一旦成果落地，將為世界能源行業(yè)節(jié)省數(shù)千億美元的資金。

每年《自然》雜志十大人物的封面圖片都是一個(gè)巨大的數(shù)字“10”，具體樣式和底紋都會(huì)融入當(dāng)年的科技熱點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，2018年的封面圖片明顯指向曹原的成果。數(shù)字“10”中的“0”被處理成一個(gè)正六邊形，宛如構(gòu)成石墨烯的碳環(huán)結(jié)構(gòu)，整個(gè)數(shù)字“10”則點(diǎn)出了賦予石墨烯超導(dǎo)能力的"魔角"。很顯然，在《自然》看來(lái)，曹原及其團(tuán)隊(duì)的研究成果具有很高的科學(xué)價(jià)值。

為什么向來(lái)以“嚴(yán)苛”著名的《自然》期刊，會(huì)對(duì)這位年輕的學(xué)者如此青睞有加？2018年3月5日，《自然》發(fā)表了兩篇以曹原為第一作者的重磅論文，《自然》雜志在論述曹原入選年度人物的理由時(shí)表示：“在他的論文當(dāng)中，他發(fā)現(xiàn)了當(dāng)兩層平行石墨烯堆成約1.1°的微妙角度，就會(huì)產(chǎn)生神奇的超導(dǎo)效應(yīng)。這一發(fā)現(xiàn)轟動(dòng)國(guó)際學(xué)界，直接開(kāi)辟了凝聚態(tài)物理的一塊新領(lǐng)域，讓無(wú)數(shù)科學(xué)家展開(kāi)研究探索?！蔽锢斫缯J(rèn)為，曹原此舉解決了困擾世界物理學(xué)家107年的難題，取得了石墨烯超導(dǎo)領(lǐng)域的重大突破。

值得一提的是，英國(guó)物理學(xué)會(huì)主辦的《物理世界》雜志近期也公布了由其評(píng)出的“2018年十大突破”，曹原及其團(tuán)隊(duì)的這一研究依然位居榜首，被認(rèn)為在量子計(jì)算等領(lǐng)域有巨大應(yīng)用潛力?！段锢硎澜纭冯s志發(fā)布的公報(bào)認(rèn)為，這種“魔角”石墨烯體系的發(fā)現(xiàn)，開(kāi)創(chuàng)了“轉(zhuǎn)角電子學(xué)”這一全新領(lǐng)域。

什么是石墨烯超導(dǎo)？

據(jù)Nature官方介紹：在我們現(xiàn)實(shí)世界中，時(shí)刻都會(huì)有“導(dǎo)體”的存在，沒(méi)有導(dǎo)體，我們可能連手機(jī)也充不了。但即便是很好的“導(dǎo)體”在“超導(dǎo)體”的面前，仍舊是效率低下的。電流在“導(dǎo)體”中穿梭時(shí)會(huì)消耗大量的熱，且速度也會(huì)減弱。但“超導(dǎo)體”不一樣，它可以節(jié)省更多能源。尤其是像磁懸浮列車和一些大型供電系統(tǒng)，如果能選用“超導(dǎo)體”材料，那么能源消耗能減少到最低。

可是，“超導(dǎo)體”有一個(gè)非常局限的地方，就是它對(duì)溫度有嚴(yán)格的要求。一些材料只能在大約攝氏負(fù)269度（華氏負(fù)452.2度）下才能變成超導(dǎo)，使用這種材料是非常昂貴的，而且完全不實(shí)際。

在曹原的研究中，石墨烯有可能成為“超導(dǎo)體”，這就意味著，它可以讓電子來(lái)回快速穿梭，而讓電阻無(wú)限趨近于零。速度之快，效率之高，非常罕見(jiàn)。

雖然在以前，也有很多科學(xué)家對(duì)“石墨烯”材料產(chǎn)生過(guò)類似想法，但是實(shí)驗(yàn)效果并不好。直到2018年3月，這位來(lái)自中國(guó)的22歲少年曹原，成功實(shí)現(xiàn)了石墨烯“超導(dǎo)實(shí)驗(yàn)”，解決了困擾人類107年的世紀(jì)難題。

1996年，曹原出生在素有天府之國(guó)美稱的成都，三歲時(shí)隨父母舉家搬遷到深圳。90年代的深圳，有三多：錢多、商人多、電子產(chǎn)品多。成長(zhǎng)于深圳濃烈電子氛圍中的曹原自打記事起，就對(duì)鋪滿各種元件和線路的電子產(chǎn)品產(chǎn)生了極大的興趣，當(dāng)時(shí)他最喜歡做的事便是從電子市場(chǎng)淘一大堆物件回來(lái)拆了裝，裝了又拆，拆裝難不倒他后，他又去研究里面的電子線路，正因?yàn)椴茉瓘男?duì)電子產(chǎn)品的興趣為他日后改寫(xiě)世界科學(xué)進(jìn)程埋下深深的伏筆。

2007年9月，11歲的曹原因?yàn)楫愑诔Ｈ说奶熨x，被選拔進(jìn)入耀華實(shí)驗(yàn)學(xué)校。深圳耀華實(shí)驗(yàn)學(xué)?？刹皇且话愕闹袑W(xué)，而是以“超常教育”聞名廣東全省，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)它就是一所專門培養(yǎng)“天才少年”的學(xué)校。在深圳耀華，老師們經(jīng)常用這么一句話來(lái)教育孩子：不好好念書(shū)，你們只能考本地的深大！深圳大學(xué)，廣東八所頂級(jí)大學(xué)之一，騰訊創(chuàng)始人馬化騰的母校，但在耀華老師的眼里它只是差生才會(huì)讀的大學(xué)，對(duì)于耀華人而言清華北大才是他們的初級(jí)目標(biāo)，而更高級(jí)的目標(biāo)，是諸如麻省理工、牛津、斯坦福這樣世界頂尖大學(xué)。雖然耀華中學(xué)的學(xué)生個(gè)個(gè)都是人中龍鳳，但身材瘦小、其貌不揚(yáng)的曹原仍然以高超的知識(shí)理論?dān)Q立群雄。

課堂上，曹原的學(xué)習(xí)速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)其他同學(xué)，無(wú)論什么課程都是一聽(tīng)就懂，而且，他對(duì)課本知識(shí)的理解程度往往超過(guò)了教學(xué)大綱的要求。在課堂之外，這名小學(xué)生也有著和其他同齡孩子不同的愛(ài)好——他不玩游戲，不追歌星，反而喜歡動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)，拆卸、安裝一些電子元件。為了鍛煉自己的動(dòng)手能力，曹原甚至在家里搭建了一個(gè)自己的實(shí)驗(yàn)室。

曹原的學(xué)習(xí)天賦得到了學(xué)校的重視。學(xué)校組建了最優(yōu)秀的教師團(tuán)隊(duì)，免除了一切學(xué)費(fèi)，對(duì)曹原進(jìn)行“超常教育”。就這樣，曹原的探究精神在耀華得到“加倍呵護(hù)”。他用三年的時(shí)間完成了小學(xué)六年級(jí)、初中和高中的課程。2010年，14歲的曹原提前參加高考，以669分的高考成績(jī)考入蜚聲中外的中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)少年班學(xué)院，并入選“嚴(yán)濟(jì)慈物理英才班”。面對(duì)外界驚訝的目光，曹原卻不屑一顧地表示，自己只是跳過(guò)了中學(xué)里一些無(wú)聊的東西。

中科大少年班創(chuàng)立于1978年，可以說(shuō)是中國(guó)實(shí)力最強(qiáng)的“超常班”，用軍事術(shù)語(yǔ)來(lái)說(shuō)，就是特種部隊(duì)中的特種部隊(duì)！能進(jìn)這個(gè)少年班學(xué)習(xí)的人都是經(jīng)歷過(guò)一輪又一輪慘烈的廝殺最后才留下了精英中的精英。40年的時(shí)間里，這里總共畢業(yè)1070名學(xué)生，其中有多位后來(lái)成長(zhǎng)為享譽(yù)世界的科學(xué)家。不過(guò)，在這樣的地方，曹原的光芒并沒(méi)有被周圍優(yōu)異的同學(xué)所掩蓋，他依舊卓爾不群。別人要用一整年完成的科研項(xiàng)目，曹原短短一個(gè)寒假就能完成，被評(píng)價(jià)為“天才中的天才”。

大二時(shí)，曹原主動(dòng)找上曾長(zhǎng)淦教授，希望能來(lái)到他的實(shí)驗(yàn)室學(xué)習(xí)。曾長(zhǎng)淦實(shí)驗(yàn)室以實(shí)驗(yàn)物理研究為主，曹原在他的指導(dǎo)下進(jìn)行石墨烯超晶格等離激元的理論研究。2012年，曹原作為中科院首批國(guó)際交流生曹原被派往美國(guó)頂級(jí)研究型大學(xué)——密歇根大學(xué)學(xué)習(xí);2013年，曹原獲得中科大“頂尖海外交流獎(jiǎng)學(xué)金”同年，他被英國(guó)頂級(jí)研究型大學(xué)牛津大學(xué)選中，受邀前往倫敦做為期兩個(gè)月的科學(xué)實(shí)驗(yàn);2014年，曹原再次獲得中科大最高榮譽(yù)獎(jiǎng)——郭沫若獎(jiǎng)學(xué)金！為了繼續(xù)深造，曹原前往美國(guó)著名的麻省理工學(xué)院攻讀博士學(xué)位。

在麻省理工學(xué)院，曹原加入了帕布洛·賈里洛·赫雷羅領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)。四年時(shí)間里，曹原一直在潛心研究石墨烯的超導(dǎo)性。石墨烯是一種由單層碳原子以六角形的晶格構(gòu)成的二維薄膜，它是人類可以制作的最薄的納米材料，具有非常神奇的物理性質(zhì)。迄今為止，物理學(xué)家已經(jīng)充分研究了石墨烯的高導(dǎo)熱性、高透光性、高硬度和高韌性，這些性質(zhì)也已經(jīng)不同程度地得到了應(yīng)用，但唯獨(dú)石墨烯的超導(dǎo)性質(zhì)遲遲未能實(shí)現(xiàn)。所以，世界上許多科研團(tuán)隊(duì)都在潛心研究石墨烯的超導(dǎo)電性，帕布洛·賈里洛·赫雷羅領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)便是其中之一。

眾所周知，自第二次工業(yè)革命以來(lái)，電力就成為人類社會(huì)不可或缺的次級(jí)能源。工業(yè)生產(chǎn)需要用電，居家生活需要用電，戰(zhàn)爭(zhēng)機(jī)器需要用電，交通設(shè)備需要用電，沒(méi)有電，人類社會(huì)至少倒退三百年?。ǔ跫?jí)能源是指鐵礦石、石油、橡膠這樣自然生成的能源;次級(jí)能源則是指鋼鐵、電力這種需要人工二次合成的能源）然而，電力在發(fā)電站傳輸?shù)浇K端用戶的過(guò)程中，電能會(huì)隨著傳輸距離的加長(zhǎng)而不斷衰減。為了保證電能的穩(wěn)定性，發(fā)電站只有通過(guò)燃燒更多的能源解決損耗問(wèn)題。面積狹小的國(guó)家還好說(shuō)，但國(guó)土面積大的國(guó)家就非常燒錢了。美國(guó)為什么停電事故頻發(fā)？因?yàn)槊绹?guó)沒(méi)有一張全國(guó)性電網(wǎng)，而其原因主要有兩點(diǎn)：一是資本家對(duì)電力供應(yīng)進(jìn)行劃區(qū)域壟斷，二是美國(guó)國(guó)土面積太大，建立一張全國(guó)性電網(wǎng)所需的能源消耗任何人都承擔(dān)不起。中國(guó)雖然用特高壓輸電技術(shù)解決了全國(guó)一張網(wǎng)的問(wèn)題，但電能供應(yīng)對(duì)初級(jí)能源的消耗，依舊非常驚人。

自19世紀(jì)電力發(fā)明以來(lái)，為了解決在傳輸中的損耗問(wèn)題，無(wú)數(shù)應(yīng)用型物理學(xué)家付出了巨大的心血。終于，在1911年，荷蘭物理學(xué)家?？恕た帧ぐ簝?nèi)斯有了重大發(fā)現(xiàn)。經(jīng)過(guò)無(wú)數(shù)次實(shí)驗(yàn)，卡莫林最終確認(rèn)：汞在溫度接近0K的極限值，也就是-273℃時(shí)，流通的電子會(huì)無(wú)限接近于“無(wú)阻”通行，其在傳輸中對(duì)能源的消耗最低，可以降至零?？职堰@個(gè)“零電阻狀態(tài)”稱之為“超導(dǎo)電性”。作為人類史上第一個(gè)發(fā)現(xiàn)超導(dǎo)體存在的科學(xué)家，卡莫林于1913年被授予諾貝爾獎(jiǎng)。

雖然證明了超導(dǎo)體對(duì)控制電力損耗的有效性，但問(wèn)題是能在-273℃環(huán)境下實(shí)現(xiàn)電力零損耗傳輸?shù)牟牧?，幾乎沒(méi)有。為什么說(shuō)“幾乎”？因?yàn)橛羞@種材料但冷卻成本比發(fā)電成本還高，沒(méi)有任何市場(chǎng)價(jià)值，而一種無(wú)法投入市場(chǎng)使用的材料，根本不能產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益。換言之，這種材料沒(méi)有任何作用。但科學(xué)家們并不死心，為了尋找這種“低冷卻成本”的超導(dǎo)材料，他們極盡瘋狂，終于，在1980年，歐洲物理學(xué)家發(fā)現(xiàn)銅氧化材料，最低溫度可以達(dá)到-140℃。但由于排列結(jié)構(gòu)難以調(diào)整無(wú)法進(jìn)一步降溫，這剩下的133℃就像是一道天塹橫亙?cè)谒形锢韺W(xué)家的實(shí)驗(yàn)室中，縱算他們窮盡畢生余力，也無(wú)法解開(kāi)銅氧化超導(dǎo)的秘密。

此后的整整三十年里，物理學(xué)家們一直徘徊在解開(kāi)銅氧化超導(dǎo)研究的黑暗中。這三十年，又被科學(xué)家們稱之為“電力物理界的黑暗時(shí)代”。有人妄言：按照當(dāng)前的技術(shù)水平能實(shí)現(xiàn)卡莫林超導(dǎo)電性的材料，再過(guò)五十年都研究不出來(lái)！看著那133℃的差距，那種發(fā)自內(nèi)心的絕望讓很多物理學(xué)家飽受煎熬。然而，誰(shuí)也沒(méi)有想到，曹原，這位來(lái)自中國(guó)年僅23歲的“準(zhǔn)博士學(xué)生”竟然在黑暗時(shí)代點(diǎn)燃了星星之火。

2017年，在曹原攻讀麻省理工博士期間，他通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)石墨烯的排列結(jié)構(gòu)中具有非規(guī)超導(dǎo)電性的因子，他據(jù)此推測(cè)出：當(dāng)兩層石墨烯疊在一起發(fā)生輕微偏移的時(shí)候，材料的特性會(huì)發(fā)生劇變，并因此催生出超導(dǎo)體的性能。

然而，當(dāng)時(shí)諸多物理科學(xué)家對(duì)這個(gè)結(jié)論非常嗤之以鼻，他們想當(dāng)然的認(rèn)為，無(wú)數(shù)頂級(jí)前輩歷經(jīng)107年都不曾解決的難題，怎么可能被這么一個(gè)名不見(jiàn)經(jīng)傳的中國(guó)學(xué)生解決，更何況他才23歲？在那些大師輩出的時(shí)代，23歲他們還在給導(dǎo)師打下手呢！

面對(duì)種種質(zhì)疑聲，曹原并沒(méi)有做出任何回應(yīng)，實(shí)踐才是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)，他要用成果證明自己。理論轉(zhuǎn)換為實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中曹原遭遇了種種困難，在經(jīng)歷了一次又一次失敗后，曹原依舊信心滿滿的說(shuō)：實(shí)驗(yàn)失敗是家常便飯，心態(tài)平和地對(duì)待失敗就沒(méi)什么壓力，還有成功的希望。

在不知道經(jīng)歷過(guò)多少失敗與日夜不眠之后，終于，奇跡女神眷顧了他。當(dāng)他把兩層石墨烯材料旋轉(zhuǎn)到特定疊加值時(shí)，即旋轉(zhuǎn)到特定的“魔法角度”（1.1°）疊加時(shí)，超導(dǎo)體誕生了！雖然成功讓他欣喜若狂但他并沒(méi)有被勝利沖昏頭腦曹原深知，在理論儲(chǔ)備異常嚴(yán)苛的科學(xué)界成功一次或許是偶然你必須具備足夠充分的理論水平才能證明它的有效性于是，他又經(jīng)過(guò)六個(gè)多月的反復(fù)試驗(yàn)最終確立起石墨烯傳導(dǎo)的全方位理論！

2018年3月5日，曹原把論文投給世界頂級(jí)科學(xué)雜志《自然》，收到曹原的投稿后《自然》編輯部一片嘩然，連版都沒(méi)來(lái)得及排就在一天之內(nèi)連續(xù)刊登了兩篇曹原關(guān)于石墨烯超導(dǎo)理論的論文。3月6日，全球科學(xué)界四方雷動(dòng)，無(wú)人不為曹原的論文倍感震撼。一位哥倫比亞大學(xué)物理教授驚呼：曹原為我們打開(kāi)了新世界的大門，我們能做的太多了！自卡莫林發(fā)現(xiàn)超導(dǎo)體107年后，自歐洲銅氧化材料止步37年后，曹原，這個(gè)名不見(jiàn)經(jīng)傳的學(xué)生以一己之力扭轉(zhuǎn)乾坤，為電力物理學(xué)界在黑暗時(shí)代點(diǎn)燃了一把可以燎原的星星之火！

一朝成名，天下雷動(dòng)。在數(shù)據(jù)確鑿的論文面前，所有人都無(wú)視了曹原23歲的年齡，從美國(guó)到歐洲，無(wú)數(shù)頂級(jí)大學(xué)和科研機(jī)構(gòu)向他拋出橄欖枝，如果曹原愿意，他可以成為麻省最年輕的教授，或者歐洲科學(xué)研究院最年輕的學(xué)者，但他對(duì)這一切都不屑一顧，3月8日，關(guān)于石墨烯超導(dǎo)論文轟動(dòng)世界的第三天，曹原回到中科大。這一天，是中科大少年班成立40周年紀(jì)念日，曹原將這份舉世無(wú)雙的研究成果當(dāng)作壽禮，以慶祝少年40大壽！那天，滿身霞光的曹原說(shuō)了一句平淡的話：我是一個(gè)中國(guó)人，我學(xué)成以后要回到中國(guó)去。

目前，曹原仍在美國(guó)深造，繼續(xù)著自己的科學(xué)夢(mèng)。他說(shuō)“要做的事情還有很多”。

（來(lái)源：網(wǎng)絡(luò)組稿）

（：世紀(jì)人物 2019年06期）