其团队发现三层魔角石墨烯在超强的磁场下仍具有超导性。

丰色 梦晨 发自 凹非寺非常AI 报道 | 公众号 QbitAI

曹原，又发Nature了！

你没听错，就是那个石墨烯大神曹原，刚刚发表了人生中第8篇Nature。

依旧是“一作+通讯作者”的强势姿态：

这次距他上一篇Science只过了3个月。

这位论文大户至今总共发了8篇Nature+1篇Science。

其中仅2021年上半年就密集发布了4篇。

被称为“石墨烯驾驭者”也不奇怪了。

那么这一次，石墨烯研究为何又能中顶刊？

原来，曹原团队发现按魔角(1.56度)扭曲的三层石墨烯，在超强磁场下仍能保持超导性。

Nature评论认为，这个发现的意义在于：

未来有助于设计更强大的核磁共振成像设备，以及为制造更鲁棒的量子计算机开辟新方向。

他的导师Jarillo-Herrero认为：

即使这次的三层石墨烯不是稳定量子计算最终需要的，也能在此基础上更容易设计出新的材料。

临界磁场超出理论3倍

2018年，曹原等人经过实验发现，当低温下的两片石墨烯以1.1°的魔角堆叠和扭曲时，电阻会突然消失，变成超导体。

这就是他发现的石墨烯材料的新特性。

理论认为，传统的超导材料在磁场超过一定强度（到达临界磁场）后便会失去超导性，而这篇论文发现：三层魔角石墨烯（magic-angle twisted trilayer graphene，MATTG）在超强的磁场下仍具有超导性。

它的临界磁场高达10特斯拉，这个数值远超目前超导理论模型（大约高出2-3倍）。

（目前一般医院的MRI仪最多3特斯拉。）

这也证明魔角石墨烯可能是一种罕见的防磁超导材料。

曹原表示，三层魔角石墨烯中的超导电性可能是由一种可产生自旋三重态 （spin-triplet state）库珀对的机制驱动。

实验中，他们将三层石墨烯堆叠在一起，并将中间的一层相对于外层旋转1.56度来制造MATTG；然后通过一块磁场方向与该石墨烯平行的大磁铁不断加强磁场来测试MATTG的超导性。

最后惊讶地发现，MATTG的超导性随着周围磁场的增加一直保持很强，随后消失后却又在更高的场强下卷土重来！

此时磁场强度高达10特斯拉。

这在传统的自旋单态(spin-singlet state)超导体中是不可能发生的。

具有自旋单态的绝大多数超导体，库珀对中的两个电子具有相反的自旋，而高磁场就可轻松破坏这种自旋单态超导体的超导性。

曹原等人认为，三层石墨烯可能是一种罕见的自旋三重态超导体。

因为在自旋三重态下，超导材料暴露在强磁场中时，库珀对中的两个电子的能量会往同一方向移动，也就是相同自旋。

这样一来无论磁场强度如何，它们都不会被拉开，也就可不受干扰地保持超导性。

曹原团队随后将深入研究该材料以确认其自旋状态。

上半年4篇，下半年刚刚开始

曹原，1996年生，今年25岁。

小学六年级、初高中课程，他只用了3年读完，高考理科总分669分，对此他表示：

我只是跳过了中学里一些无趣的部分。

2010年，14岁的曹原从深圳耀华实验学校考入中科大少年班，并以第一届学生的身份入选“严济慈物理英才班”，每年仅招收约30名学生。

本科期间，曹原就已经在丁泽军与曾长淦教授的实验室中进行过研究、并发表相应论文。

2014年，曹原荣获中科大本科生最高荣誉奖“郭沫若奖学金”，也是国家批准设立的新中国第一奖学金。

同年，曹原前往MIT读博，并加入了Pablo Jarillo-Herrero的团队，后者是西班牙物理学家，一名研究石墨烯的超级大牛。

他于2008年1月加入麻省理工学院，担任物理学助理教授，并获得终身职位。在2018年，他被提升为物理学全职教授。

他曾获IUPAP半导体物理学青年科学家奖、摩尔量子材料研究奖（两次）、“诺奖风向标”之称的沃尔夫物理学奖等。前不久，他获得了NAS（美国科学院）科学发现奖。

2018年发现魔角石墨烯，开始了曹原论文狂魔之路。

仅今年上半年，曹原就密集发了3篇Nature+1篇Science。今天这一篇，算是为他的下半年发文之旅拉开序幕。

曹原究竟还能带来多少惊喜，让我们拭目以待吧。

论文地址：
https://www.nature.com/articles/s41586-021-03685-y

参考链接：
[1]https://www.nature.com/articles/d41586-021-01890-3
[2]https://news.mit.edu/2021/magic-trilayer-graphene-superconductor-magnet-0721