今天 ，我校曹原校友與美國麻省理工學(xué)院 Jeong Min Park等人在《自然》發(fā)文，報告三層扭轉石墨烯能夠表現出超導性。這個(gè)“三明治”比雙層的“魔角”石墨烯更加穩定，并且能夠通過(guò)兩種相互獨立的方式進(jìn)行調節。這樣的結構或有助于理解實(shí)現高溫超導需要的條件。
當兩片石墨烯以 1.1° 的扭轉角度交錯排列，這個(gè)雙層結構就會(huì )轉變?yōu)榉浅Ｒ幍某瑢w，從而使電流無(wú)阻通過(guò)，而不會(huì )浪費能量。這種“魔角”石墨烯結構及其超導效應由美國麻省理工學(xué)院（MIT）物理學(xué)教授 Pablo Jarillo-Herrero 團隊在 2018 年首次發(fā)現。這項研究也讓中科大少年班畢業(yè)生、當時(shí)年僅 21 歲的曹原“一戰成名”：他以共同第一作者/共同通訊作者的身份首次在同一天發(fā)表了兩篇《自然》（Nature）論文，隨后他成為了《自然》 2018 年十大科學(xué)人物中最年輕的學(xué)者。
扭轉電子學(xué)（twistronics）領(lǐng)域從此興起。此后，科學(xué)家一直在尋找其他可以經(jīng)過(guò)扭轉而表現出超導性質(zhì)的材料。但是到目前為止，除了最初的雙層“魔角”石墨烯以外，沒(méi)有發(fā)現其他材料具備相似的特性。
近日，已經(jīng)成為博士后的曹原再次以共同第一作者身份在《自然》發(fā)文報告，在三層石墨烯組成的“三明治”中觀(guān)察到超導性。在新的三層結構中，中間一層石墨烯相對于外層以新的角度扭轉，其超導性比雙層結構更穩定。
該論文 2 月 1 日在《自然》發(fā)表， Jeong Min Park 和曹原為共同一作，此外曹原還與他的導師、Pablo Jarillo-Herrero 共同擔任論文通訊作者。日本國立材料科學(xué)研究所（National Institute of Materials Science）的渡邊賢司（Kenji Watanabe）和谷口尚（Takashi Taniguchi）也參與了這項研究。
研究人員還可以通過(guò)施加和改變外部電場(chǎng)的強度來(lái)調節結構的超導性。而通過(guò)調節三層結構，研究人員能夠產(chǎn)生超強耦合超導性，這是一種奇特的電學(xué)行為，在其他所有材料中很少見(jiàn)。
Jarillo-Herrero 說(shuō)：“目前尚不清楚魔角雙層石墨烯是不是特例，但現在我們知道它并不孤單，它有一個(gè)三層表親。這種超可調（hypertunable）超導體的發(fā)現將轉角電子學(xué)領(lǐng)域擴展到了全新的方向，在量子信息和傳感技術(shù)中具有潛在的應用。”
曹原
曹原，2010年考入中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)少年班，并入選“嚴濟慈物理英才班”。在校期間曾獲得郭沫若獎學(xué)金。2018年3月5日，《自然》背靠背發(fā)表了兩篇以曹原為第一作者的石墨烯重磅論文。這名中國科大少年班的畢業(yè)生、美國麻省理工學(xué)院的博士生發(fā)現當兩層平行石墨烯堆成約1.1°的微妙角度，就會(huì )產(chǎn)生神奇的超導效應。這一發(fā)現轟動(dòng)國際學(xué)界，直接開(kāi)辟了凝聚態(tài)物理的一塊新領(lǐng)域。并于當年榮登《自然》雜志影響世界的十大科學(xué)人物榜首。2018年，曹原以22歲的年齡入選了福布斯中國發(fā)布的2018年中國“30位30歲以下精英”科技領(lǐng)域榜單，成為了入選者年齡最小的一位。
