豐色 夢晨 發自 凹非寺
量子位 報道 | 公眾號 QbitAI
這次距他上一篇Science隻過瞭3個月。
這位論文大戶至今總共發瞭8篇Nature+1篇Science。
其中僅2021年上半年就密集發佈瞭4篇。
被稱為“石墨烯駕馭者”也不奇怪瞭。
那麼這一次，石墨烯研究為何又能中頂刊？
原來，曹原團隊發現按魔角(1.56度)扭曲的三層石墨烯，在超強磁場下仍能保持超導性。
Nature評論認為，這個發現的意義在於：
未來有助於設計更強大的核磁共振成像設備，以及為制造更魯棒的量子計算機開辟新方向。
他的導師Jarillo-Herrero認為：
即使這次的三層石墨烯不是穩定量子計算最終需要的，也能在此基礎上更容易設計出新的材料。
臨界磁場超出理論3倍
2018年，曹原等人經過實驗發現，當低溫下的兩片石墨烯以1.1°的魔角堆疊和扭曲時，電阻會突然消失，變成超導體。
這就是他發現的石墨烯材料的新特性。
理論認為，傳統的超導材料在磁場超過一定強度（到達臨界磁場）後便會失去超導性，而這篇論文發現：三層魔角石墨烯（magic-angle twisted trilayer graphene，MATTG）在超強的磁場下仍具有超導性。
它的臨界磁場高達10特斯拉，這個數值遠超目前超導理論模型（大約高出2-3倍）。
（目前一般醫院的MRI儀最多3特斯拉。）
這也證明魔角石墨烯可能是一種罕見的防磁超導材料。
曹原表示，三層魔角石墨烯中的超導電性可能是由一種可產生自旋三重態（spin-triplet state）庫珀對的機制驅動。
實驗中，他們將三層石墨烯堆疊在一起，並將中間的一層相對於外層旋轉1.56度來制造MATTG；然後通過一塊磁場方向與該石墨烯平行的大磁鐵不斷加強磁場來測試MATTG的超導性。
最後驚訝地發現，MATTG的超導性隨著周圍磁場的增加一直保持很強，隨後消失後卻又在更高的場強下卷土重來！
此時磁場強度高達10特斯拉。
這在傳統的自旋單態(spin-singlet state)超導體中是不可能發生的。
具有自旋單態的絕大多數超導體，庫珀對中的兩個電子具有相反的自旋，而高磁場就可輕松破壞這種自旋單態超導體的超導性。
曹原等人認為，三層石墨烯可能是一種罕見的自旋三重態超導體。
因為在自旋三重態下，超導材料暴露在強磁場中時，庫珀對中的兩個電子的能量會往同一方向移動，也就是相同自旋。
這樣一來無論磁場強度如何，它們都不會被拉開，也就可不受幹擾地保持超導性。
曹原團隊隨後將深入研究該材料以確認其自旋狀態。
上半年4篇，下半年剛剛開始
曹原，1996年生，今年25歲。
小學六年級、初高中課程，他隻用瞭3年讀完，高考理科總分669分，對此他表示：
我隻是跳過瞭中學裡一些無趣的部分。
2010年，14歲的曹原從深圳耀華實驗學校考入中科大少年班，並以第一屆學生的身份入選“嚴濟慈物理英才班”，每年僅招收約30名學生。
本科期間，曹原就已經在丁澤軍與曾長淦教授的實驗室中進行過研究、並發表相應論文。
2014年，曹原榮獲中科大本科生最高榮譽獎“郭沫若獎學金”，也是國傢批準設立的新中國第一獎學金。
同年，曹原前往MIT讀博，並加入瞭Pablo Jarillo-Herrero的團隊，後者是西班牙物理學傢，一名研究石墨烯的超級大牛。
他於2008年1月加入麻省理工學院，擔任物理學助理教授，並獲得終身職位。在2018年，他被提升為物理學全職教授。
他曾獲IUPAP半導體物理學青年科學傢獎、摩爾量子材料研究獎（兩次）、“諾獎風向標”之稱的沃爾夫物理學獎等。前不久，他獲得瞭NAS（美國科學院）科學發現獎。
2018年發現魔角石墨烯，開始瞭曹原論文狂魔之路。
僅今年上半年，曹原就密集發瞭3篇Nature+1篇Science。今天這一篇，算是為他的下半年發文之旅拉開序幕。
曹原究竟還能帶來多少驚喜，讓我們拭目以待吧。
論文地址：
https://www.nature.com/articles/s41586-021-03685-y
參考鏈接：
[1]
https://www.nature.com/articles/d41586-021-01890-3
[2]https://news.mit.edu/2021/magic-trilayer-graphene-superconductor-magnet-0721
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