魔角扭曲三層石墨烯中罕見的自旋三重態(tài)超導(dǎo)現(xiàn)象

剛剛，95后“石墨烯駕馭者”曹原又在Nature上發(fā)文了！這是一篇關(guān)于魔角石墨烯的最新研究成果，與此同時(shí)，他迎來了自己人生中第八篇Nature！而這距離他上一次發(fā)表Science僅僅過去了三個(gè)月。

95后Nature狂魔曹原再出擊！剛剛，他迎來了自己的第8篇Nature論文：

96年、8篇Nature、1篇Science。

僅2021年上半年，曹原就已經(jīng)發(fā)表了3篇Nature+1篇Science，發(fā)表間隔時(shí)間最長不過一個(gè)月，最短僅7天。

今年4月，曹原7天內(nèi)發(fā)兩篇Nature

因此，他還收獲了一個(gè)生動(dòng)的名字，叫“石墨烯駕馭者”（Graphene Wrangler），聽起來竟然有種駕馭宇宙魔方的感覺。

在這篇新的文章中，一種被稱為“魔角扭曲三層石墨烯”的材料系統(tǒng)表現(xiàn)出超導(dǎo)性。

這可能會(huì)促進(jìn)量子計(jì)算的進(jìn)步。

魔角三層石墨烯：“自旋三重態(tài)”超導(dǎo)體

兩層變?nèi)龑?，在魔角三層石墨烯上再次發(fā)現(xiàn)了在強(qiáng)磁場中罕見超導(dǎo)現(xiàn)象，這位魔角天才只專注做一件事。

曹原表示，“該研究中發(fā)現(xiàn)的魔角三層石墨烯是一種非常罕見的超導(dǎo)體，被稱為‘自旋三重態(tài)’，不受強(qiáng)磁場的影響?！?/p>

在最新Nature論文中，研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng) θ 等于大約1.6 °的魔角時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)入強(qiáng)耦合狀態(tài)的角度。

曹原在這種魔角扭曲三層石墨烯(MATTG)中觀察到了「超導(dǎo)現(xiàn)象」，并研究了這種超導(dǎo)現(xiàn)象的自旋特性。

具體講，MATTG在低溫（低至1開爾文）下電阻為零，變?yōu)槌瑢?dǎo)體。

然后，他們?cè)谑拥钠矫嫔蠈?duì) MATTG 施加一個(gè)磁場。

結(jié)果發(fā)現(xiàn)，MATTG在高達(dá) 10 特斯拉的驚人“高磁場”下仍然表現(xiàn)出超導(dǎo)性，這比傳統(tǒng)超導(dǎo)體所預(yù)測的材料所能承受的磁場高出3倍!

實(shí)驗(yàn)中，研究人員是將三層石墨烯堆疊在一起，并將中間的一層相對(duì)于外層旋轉(zhuǎn) 1.56 度來制造MATTG。

然后通過一塊磁場方向與材料平行的大磁鐵控制磁場，在越來越高的磁場下測試了MATTG的超導(dǎo)性。

研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)不斷增加周圍的磁場時(shí)，MATTG的超導(dǎo)性一直很強(qiáng)，直到消失。

高平面磁場下 MATTG 中的超導(dǎo)性

超導(dǎo)性源于電子結(jié)合成稱為庫珀對(duì)的兩個(gè)電子。在自旋單重態(tài)“庫珀對(duì)”中，電子自旋（內(nèi)在角動(dòng)量）向相反的方向。

而在石墨烯材料平面存在強(qiáng)磁場的情況下，自旋單線態(tài)“庫珀對(duì)”拉開，因?yàn)橐环N稱為“塞曼效應(yīng)”的現(xiàn)象導(dǎo)致自旋在同一方向上排列。

這種特性被稱為“自旋三重態(tài)”。

傳統(tǒng)超導(dǎo)體的自旋單線態(tài)和魔角扭曲三層石墨烯的自旋三重態(tài)

未來，這種奇異的超導(dǎo)體可以極大地改進(jìn)磁共振成像（MRI）技術(shù)。

目前，MRI 機(jī)器僅限于 1-3 特斯拉的磁場。

如果它們可以用自旋三重態(tài)超導(dǎo)體制造，那么 MRI 就可以在更高的磁場下運(yùn)行，以產(chǎn)生更清晰的人體圖像。

此外，三層石墨烯中“自旋三重態(tài)”超導(dǎo)性的新證據(jù)也可以幫助科學(xué)家設(shè)計(jì)更強(qiáng)大的超導(dǎo)體，以用于實(shí)際量子計(jì)算。

Nature發(fā)文不“封神”，曹原：會(huì)繼續(xù)仰望星空

8篇Nature，石墨烯駕馭者，Nature年度人物，Nature創(chuàng)刊以來年齡最小入選者，這些形容詞都不足以描述曹原和他的研究。

他只是一個(gè)專注于科研的學(xué)者。

這個(gè)出生于96年，用一年時(shí)間學(xué)完小學(xué)六年級(jí)和初一的課程，初一讀了一個(gè)月，初二讀了三個(gè)月，初三不到半年就參加了中考。

14歲考入中科大少年班的年輕人只是說，“我不覺得自己比同齡人聰明多少”，“我只是跳過了中學(xué)里一些無趣的部分?！?/strong>

2010年，14歲的曹原考入中科大“嚴(yán)濟(jì)慈物理科技英才班”，是嚴(yán)濟(jì)慈班第一屆學(xué)生。

和曹原同班的還有量子計(jì)算原型機(jī)“九章”研發(fā)團(tuán)隊(duì)最年輕成員鄧宇皓，7次在國際核心期刊發(fā)表研究論文的任亞飛。

嚴(yán)濟(jì)慈班的錄取標(biāo)準(zhǔn)同樣是不唯成績論，關(guān)鍵要有興趣，要找“談起物理手舞足蹈的人”。

同樣，前不久清華公布了“丘成桐數(shù)學(xué)科學(xué)領(lǐng)軍人才培養(yǎng)計(jì)劃”，不用高考，初三可報(bào)，在被問及“領(lǐng)軍人才”應(yīng)該具備什么素質(zhì)時(shí)，丘成桐先生表示：“要有好奇心，想學(xué)好數(shù)學(xué)。”

興趣和好奇心能帶來長久的堅(jiān)持，但也只是科研這場漫長旅程的“入場票”，除了這兩點(diǎn)之外，還要有一種早已注定但卻無法決定的東西——天分。

很幸運(yùn)，這兩樣?xùn)|西曹原都有了。

也正因此，他的科研之路一直走到今天，而「8篇Nature」只是截至目前這段科研旅程中的點(diǎn)綴。

對(duì)于曹原，除了「8篇Nature」和「少年神童」，更引人矚目的是他的科研歷程，Nature發(fā)文并不代表「封神」，年輕的科研人員才是我們值得尊敬的對(duì)象。

曹原的研究仍在繼續(xù)，我們也會(huì)這一直關(guān)注他“仰望星空”的旅程。

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