年仅22岁的中国天才科学家,解决了物理学科的百年难题

2020-06-14 13:58 admin

曹原是我们中国一名1996年出生,才刚刚22岁的年轻科学家。但是年纪轻轻的他,却解决了困扰世界物理学家107年的难题,取得了物理学科在石墨烯超导领域中的重大突破,轰动了世界,成为当今世界科学界一颗耀眼的新星。

3月5日,《自然》发表了两篇以曹原为第一作者重磅论文,这是该杂志创刊149年历史上的首次。曹原也成了以“第一作者”身份在该杂志上发表论文的最年轻的中国学者。

而1997年,我国“量子学之父”潘建伟院士第一次在《自然》上发表论文时27岁。1999年,我国结构生物学领军人物施一公第一次在《自然》上发表论文时,也已经32岁。

12月18日,英国《自然》杂志发布的年度十大科学人物中,年仅22岁的中国学生曹原位居榜首。

我们都知道,电这种能源,在从发电站到每个工厂、学校和家庭的传送中,肯定会有非常巨大能量传输损耗。而在1911年,荷兰的物理学家海克·卡姆林·昂内斯发现:当汞被冷却至接近绝对零度,也就是-273摄氏度时,电子就可以通行无阻,将能源损耗降到最低。这种“零电阻状态”就被称为超导电性,这可以说是人类第一次发现超导体的存在,荷兰科学家昂内斯因此获得了诺贝尔奖。

但是我们可以看到,超导体只有在绝对零度的环境下,才能够实现接近于零损耗的能源传输能力,不用想也知道,想要实现-273摄氏度的冷却成本和传输环境,难度高得令人绝望!因此全世界物理科学家们,百年以来都在通过不断的试验和创新,去寻找“低成本超导材料。”

也就是说从1911年起至1980年,全世界的科学家都认为只有在绝对零度的条件下才有可能实现“低温超导性”;而在1980年的时候,科学家却发现铜氧化物具有在133开尔文,也就是-140摄氏度实现“高温超导性”的特性,1987年日本鹿儿岛大学工学部发现由镧、锶、铜、氧组成的陶瓷材料在287开尔文,也就是14摄氏度下存在超导迹象。高温超导体的巨大突破,以液态氮代替液态氦作超导制冷剂获得超导体,使超导技术走向大规模开发应用。我们都知道氮是空气的主要成分,而液氮制冷机的效率比液氦要高10倍,而且液氮的价格只有液氦的百分之一。因此,现有的高温超导体虽然还必须用液氮冷却,但是仍然被认为是人类在20世纪科学上最伟大的发现之一。

2017年8月的时候,曹原的团队就发现了石墨烯中的非常规超导电性,只要将两层石墨烯旋转到特定的“魔法角度”,也就是1.1度,就可以实现在零阻力的情况下传导电子,实现“超导特性”!当然曹原的学术团队在研究的起始阶段并不顺利,这个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控制在1.1度,在经历了无数次的失败和挫折以后,曹原依然信心满满地说:“实验失败是家常便饭,心态平和地对待失败就没什么压力。做实验就是吃一堑长一智,等有经验了,难题自然就攻克了。”

之后的半年里,曹原和他的团队夜以继日地待在实验室里,克服了诸如“样品无法承受高热”、“机械部件又滞留回差”等重重困难后,震惊世界的“石墨烯传导实验”终于成功了。

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