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石墨烯超導(dǎo)研究震撼學(xué)術(shù)界

1911年，荷蘭物理學(xué)家Heike Kamerlingh Onnes發(fā)現(xiàn)，當(dāng)汞冷卻到接近絕對(duì)零（負(fù)273.15攝氏度）時(shí)，電子可以毫無(wú)“阻抗”地通過(guò)。他將這種“零電阻狀態(tài)”稱為“超導(dǎo)”。他還獲得了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

從那時(shí)起，物理學(xué)家一直在努力尋找可以在日常生活中使用的高溫超導(dǎo)材料。然而貝語(yǔ)網(wǎng)校，大多數(shù)材料只有在接近絕對(duì)零時(shí)才會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)槌瑢?dǎo)體。如果任何材料能夠在室溫下表現(xiàn)出超導(dǎo)性，那么它就可以徹底改變能量傳輸、醫(yī)療掃描儀和運(yùn)輸。

本期《自然》雜志上的一篇論文指出，當(dāng)兩層石墨烯以“魔角”扭曲在一起時(shí)，它們可以實(shí)現(xiàn)零電阻導(dǎo)電。盡管該系統(tǒng)仍需要冷卻至絕對(duì)零以上 1.7 度，但結(jié)果表明它可能能夠像已知的高溫超導(dǎo)體一樣導(dǎo)電。一旦得到證實(shí)，這一發(fā)現(xiàn)對(duì)于理解高溫超導(dǎo)性至關(guān)重要。

這項(xiàng)研究成果發(fā)表后，學(xué)術(shù)界非常興奮。馬德里材料科學(xué)研究所的物理學(xué)家埃琳娜·巴斯科內(nèi)斯認(rèn)為：“如果這一發(fā)現(xiàn)得到證實(shí)，對(duì)于理解高溫超導(dǎo)性可能非常重要。”斯坦福大學(xué)物理學(xué)家、諾貝爾獎(jiǎng)獲得者羅伯特·勞克林表示：“我們預(yù)計(jì)未來(lái)幾個(gè)月將出現(xiàn)瘋狂的實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，以填補(bǔ)藍(lán)圖上缺失的部分。”

在兩年內(nèi)完成六年中學(xué)課程

論文發(fā)表后，1996年出生的第一作者曹原成為學(xué)術(shù)界關(guān)注的對(duì)象。曹祖籍深圳，中小學(xué)就讀于深圳耀華實(shí)驗(yàn)學(xué)校。據(jù)他的中學(xué)老師回憶，他在基礎(chǔ)教育階段就已經(jīng)表現(xiàn)出了非凡的科學(xué)天賦和才華。

中學(xué)時(shí)，曹緣與學(xué)校另外兩名“天才少年”王嘉樂(lè)、范自立組成一個(gè)小班。他們用兩年時(shí)間完成初中和高中課程，比普通學(xué)生早四年參加高考。學(xué)校為他們專門設(shè)立了校長(zhǎng)辦公室，并安排了六名老師專門對(duì)他們進(jìn)行授課。

“我們以前從未嘗試過(guò)這種教學(xué)模式，但家長(zhǎng)和學(xué)生都有這樣的需求，校長(zhǎng)也希望在非凡教育方面做一些探索。”耀華學(xué)校副校長(zhǎng)黃英告訴記者，當(dāng)時(shí)她教曹原等人學(xué)生物深圳耀華實(shí)驗(yàn)學(xué)校，對(duì)于這些極其聰明的青少年來(lái)說(shuō)，老師只是在課堂上提醒教材的要點(diǎn)。剩下的時(shí)間就留給學(xué)生們自己討論、探索，并回答他們的問(wèn)題。

在此期間，這些孩子表現(xiàn)出了很強(qiáng)的主動(dòng)探索和學(xué)習(xí)能力，這也為他們未來(lái)的學(xué)業(yè)生涯提供了強(qiáng)大的后勁。比如，曹原后來(lái)考入中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)少年班，并入選“顏繼慈物理精英班”。他還是天才少年班里的“偉人”人物，2014年獲得中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)本科生最高榮譽(yù)郭沫若獎(jiǎng)學(xué)金。

曾經(jīng)在家里建了一個(gè)實(shí)驗(yàn)室

曹原的中學(xué)物理老師黃家棠記得，中學(xué)時(shí)的曹原是一個(gè)活潑頑皮的男孩，愛(ài)動(dòng)腦筋，也愛(ài)動(dòng)動(dòng)手。 “他會(huì)拆掉教室的講臺(tái)或桌子，只是為了看看里面有什么。我們甚至沒(méi)有考慮過(guò)。知道他是如何在沒(méi)有工具的情況下做到這一點(diǎn)的。 “優(yōu)秀的動(dòng)手能力也是科學(xué)家必備的素質(zhì)。中學(xué)時(shí)，曹原還在家里搭建了一個(gè)小實(shí)驗(yàn)室，購(gòu)買了一批化學(xué)、物理實(shí)驗(yàn)儀器深圳耀華實(shí)驗(yàn)學(xué)校，經(jīng)常在家做實(shí)驗(yàn)。

當(dāng)看到大洋彼岸的學(xué)生在超導(dǎo)研究方面取得成果時(shí)，黃家堂難掩興奮之情。 “我告訴他，金屬的電阻率隨著溫度的降低而降低。當(dāng)溫度降到很低的溫度時(shí)，就沒(méi)有電阻了。這種狀態(tài)叫做超導(dǎo)狀態(tài)。但是因?yàn)楝F(xiàn)在的技術(shù)需要-160度的溫度就是這樣。這個(gè)問(wèn)題是目前物理界的一個(gè)難題，如果你能在室溫下發(fā)現(xiàn)這個(gè)材料，那你就顛覆了世界。當(dāng)時(shí)曹原和王嘉樂(lè)討論后還問(wèn)我：我們?cè)鯓硬拍茏龅健Ｊ蛊湔幔课艺f(shuō)，這需要你們這一代人研究出來(lái)，很有可能改變世界！”黃家堂告訴記者：“這需要你們這一代人來(lái)研究。我向每班學(xué)生提出這個(gè)問(wèn)題，但沒(méi)想到曹原真的在這個(gè)領(lǐng)域做了深入的研究，目前的成果令人難以置信。”我為他感到非常自豪！”