曹原的青春故事震惊世界的岁中国科学家(2)

石墨烯材料

但遗憾的是，超导体要在接近绝对零度（-273℃）的环境下，才能显现其近乎0损耗输电的能力，而这其中的材料，冷却成本却高得让人绝望。“如果材料能在室温下实现超导，就能避开昂贵的冷却费，彻底改变能量传输、医疗扫描仪和运输等相关领域的现状。”但这种合适的“低成本超导材料”材料极难找，30多年来，全世界的科学家们都对之一筹莫展。虽然铜氧化物一直是物理学家关注的焦点，但其结构往往难以调整，因此，超导很难实现。

后来，曹原师徒就产生了一个非常大胆的想法：用石墨烯代替铜氧化物实现超导！“石墨烯是当前最薄、最坚硬的纳米材料，简单来说，它是从石墨中剥离出来的由一层碳原子构成的二维晶体，其神奇让人难以想象。”

曹原解释说，它不仅结构很稳定，而且导电性能更强大。石墨烯的电子运行速度能达到1000千米/秒，远远超过电子在一般导体中的运动速度。因此，有望利用石墨烯来制造下一代超高频电子器件，使未来计算机处理器的运行速度可以比现在高几十倍，甚至上百倍。这项特性，也决定了石墨烯跟电池是“天生绝配”，在电能储存领域，石墨烯是耀眼的“明星”。

2016年的一场交易博览会上，一款石墨烯充电宝吸引不少人的眼球，只需10分钟就可充满6000mAh的电量。“我们可以大胆设想，未来有一天，电动汽车广泛使用石墨烯电池，只需几分钟就能把电充满，比去加油站加油还方便！”曹原说。

石墨烯还是自然界中最为坚硬的物质，其硬度超过金刚石。“它的断裂强度比最好的钢材还要高200倍。假如我们日常使用的塑料袋是石墨烯材质，那么它就能承受大约两吨重的物品。这么坚硬的物质，却是超薄超轻、近乎透明的。它的透光率高达97.7%。厚度只有大约0.3纳米，相当于一张A4纸厚度的十万分之一。一块厚1毫米的石墨，就能包含大约300万层石墨烯。如果你用铅笔在纸上轻轻划一下，在纸上留下的痕迹就包含了许多层石墨烯。而且，这么薄的材料，致密性却很高，最小的气体原子也无法穿透。”

曹原说，石墨烯还是导热界的“老大”，它的导热效能是银的10倍。优异的导热性可以满足LED照明、计算机、卫星电路、手持终端等大功率高集成系统的散热需求。

因为石墨烯有各种奇特的性质，比如高电导率、透光率、机械强度、稳定性等等，都已不同程度地得到了应用。使其成为当前科技界的爆款“网红”，但令科学家们头疼的是，唯独其“超导性”成了世界级难题，迟迟无法攻破。

令人惊讶的是，经过一年多的潜心研究，曹原团队发现了一个“天大的秘密”：通过将两层自然状态下的二维石墨烯材料相堆叠，并控制两层间的扭曲角度，即可构建成为性能出色的零电阻超导体。这一研究中最为关键之处，在于双层石墨烯材料的扭曲角度。当扭曲角度达到被称为“魔角”的1.1度时，石墨烯层中的电子能带结构不再对称，超导性质也随之显现。可以说，这是一个石破天惊的发现！

室温超导体无疑给未来发展带来了新的憧憬。其不仅可应用于医疗设施、电网设备、电子产品等生活设施中，更在超级计算机、超级高铁等前沿科技中大展身手。毫不夸张地说，这项研究打开了非常规超导体研究的大门，或将引发一场超导材料领域的新革命……

石墨烯传导原理

引爆全球， 破解困扰物理界107年的世界难题

2018年3月5日，国际顶尖期刊《自然》以背靠背的长文形式，在网站刊登了两篇麻省理工学院埃雷罗教授课题组石墨烯超导的重大发现。此外，网站还专门配上了宾夕法尼亚大学尤金教授对这一重大突破的评述。

令人震惊的是，这两篇重磅论文的第一作者都是21岁的大三博士生曹原。他也有幸成为在《自然》上以第一作者身份发表论文的最年轻中国学者。而能够在三大期刊上发文，是无数科学家孜孜以求的目标，也是评选诺贝尔奖、竞选院士，展示大学和科研机构研究实力的重要依据。

不过，单是《自然》高达90%的毙稿率，就足以让人望而生畏。从全球范围内来看，有能力在三大期刊发表文章的，要么是世界顶级实验室，要么是世界顶级团队，要么两者兼具。曹原知道，这些顶级队伍的专家教授，一边争分夺秒地做实验，一边密切盯着竞争对手的动向，打开电脑的第一件事，就是看三大期刊发表了哪些相关领域的论文，如果没有新的，就可以松口气，如果别人发表出来的相关成果和自己的研究差不多就前功尽弃了！曾在《科学》发表论文，后被普林斯顿大学聘为终身教授的中国科学家颜宁曾说“向死而生”，描述的就是这种状况。

文章来源：《青春岁月》 网址: http://www.qcsyzzs.cn/qikandaodu/2021/0413/979.html