曹原个人资料（中国天才少年曹原，22岁解决了困扰物理学界107年的难题）

本文目录

• 中国天才少年曹原，22岁解决了困扰物理学界107年的难题
• “95后天才少年”的成长秘诀曝光：越是爱孩子越要学会放手！
• 英国的天才叫牛顿，德国的天才叫爱因斯坦，那中国的天才叫什么
• 天才少年痴迷电子科技，年仅14岁考进中科大，后来怎么样了
• 天才少年曹原再发Nature，你羡慕天才吗
• 曹原现在在中国还是美国
• 青年科学家曹原，父母是谁
• 导师访谈：曹原是如何扭成的

中国天才少年曹原，22岁解决了困扰物理学界107年的难题

每个人的生命都会经历不同的成长阶段，在20多岁的年纪里，正是享受美好人生的时光。大多数人的年轻岁月，有收获，有失去，有彷徨，也有惊喜，但是，总有一些人超脱正常人的范畴，做出令绝大多数人一生都无法企及的成就。

例如，在22岁时被世界顶级科学杂志《自然》评选为“2018年度十大科学”之首的天才少年曹原。他是一位95后，他也是一个长相普通的年轻人，然而，他的传奇经历却令人惊艳赞叹。

曹原

1996年，曹原在素有天府之国美誉的成都出生，三岁时，他跟随父母举家搬迁至深圳。那个时候的深圳，已经被浓烈的电子氛围所包围着，人们常说90年代的深圳有三多：钱多、人多、电子产品多。自从曹原记事起，他的周围就充满了电子产品。

别的孩子在这座城市接触到的是各种精美的玩具，曹原在这座城市，能够找到却是各种电子产品的元件和线路。小时候，他最喜欢做的事，就是在那些老旧的电子市场淘回来一大堆老物件，将这些东西拆了又装，尤其是里面的电子线路，一直是他的最爱。

实验室

这样的生活氛围与兴趣爱好，为曹原改写世界科学未来进程，埋下了伏笔。2007年，11岁的曹原被选拔入深圳耀华实验学校读书。在整个广东省而言，深圳耀华自成立之初就有着“天才学校”的美誉，凡是能够进入这所中学读书的少年，都有着异于常人的天赋才华。从这所学校出来的差生，只能够读深圳大学；平常学生的初级目标是清华北大；能让耀华中学的优秀学生奋力拼搏的学习目标，都是世界顶尖大学牛津、斯坦福等学校。

曹原

即便这所高校中的学生都是优中选优的尖子生，曹原仍然在同届学生中脱颖而出。所有的课程，他一听就会；他对于课本知识的理解，远超出于老师的教学大纲。下课的闲余时间，曹原利用同龄孩子玩游戏、追明星的时间，进行着一个人的电子元件试验。善解人意的父母为了支持曹原的爱好，专门为曹原在家中搭建了一个实验室，一些小型实验的拆线、安装，曹原一个人就能在家中的实验室完成。

曹原中学照片

曹原这种过人的学习天赋，受到了学校校长的重视，为了让曹原得到最优秀的教育资源，学校为他组建了一支专门的教学团队，帮助曹原迅速学习初中和高中课程的同时，还专门对曹原的创新探究精神进行了培养。仅用了三年的时间，14岁的曹原已经完成了初高中的所有课程，并于2010年参加高考，当年，曹原以669分的高考成绩考入了中国科学技术大学少年班学院。创立于1978年的中科大少年班，从来不缺乏所谓的“神童、天才”，但是曹原的出现，依然让这个传说中的少年班增加了一个传说级的人物。

左一为曹原

曹原成为了老师和同学眼中公认的“大神”，但是，这位大神少年从来没有恃才傲物过，明明已经占到了同龄人科技圈的顶端，曹原仍然用沉稳低调的步伐，完成了自己大学本科的学业。读大学期间，他主动到曾长淦教授的实验室学习，在老师的指导下，他勤勤恳恳地进行石墨烯等方面的理论研究。

2012年，曹原被学校派为首批国际交流生，前往密歇根大学进行学习；2013年，他斩获顶尖海外交流奖学金，并获得了前往牛津大学进行为期两个月科学试验；2014年，曹原在获得学院最高荣誉奖学金的同时，为了继续深造自己的科研理论，他前往美国麻省理工大继续学习。

曹原本科毕业

这个在中国一鸣惊人的天才少年，在这个被称为全球顶尖学术天堂的地方，又将绽放出怎样的光芒？在麻省理工学习期间，他用了4年的时间潜心于研究石墨烯的超导性。其实早在国内读书期间，曹原就已经提出过如何改变材料性质达到超导状态的问题，多年以后，他仍然在坚持这个问题的研究，并且得到了震惊物理界的答案。2017年，曹原在该所学校攻读博士期间，他根据理论推测出：叠加在一起的两层石墨烯会发生巨变，从而能够实现超导体性能。然而，对曹原的这个推测，物理学界的许多大佬嗤之以鼻。

麻省理工学院

他们认为，一个年仅22岁的中国准博士生，竟然仅凭借自己的推测理论，就想要解开“电力物理界的黑暗时代”存在了30年悬而未解的问题，这是天方夜谭。面对这种质疑声与嘲笑，曹原没有丝毫退缩，他信心满满地进行两层石墨烯材料特定叠加实验，即便是在得出正确实验结果之时，曹原仍然花费了6个月的时间，为他确立石墨烯传导理论准备足够多的支撑资料与论文。

就在2018年的3月5日，曹原将自己与石墨烯超导理论有关的两篇论文投稿给《自然》杂志部后，他的论文令全球科学界震动万分。一个名不见经传的年轻少年，竟然凭借一己之力打破了困扰物理学界107年的难题，并让石墨烯超导领域取得了极大突破。

2018《自然》杂志封面

同年，《自然》杂志10大人物封面评选中，整个封面图片竟然是采用石墨烯的碳环结构与数字“10”作为基础设计而成。这本世界顶级学术期刊杂志，迎来了最年轻的中国学者，肯定了曹原对于这个全新物理研究领域的贡献。从此以后，曹原不仅是中国物理学家的骄傲，全球各界物理学家也都知道他的名字。

从那个时候到今天，仍然有无数的顶级大学和科研机构向曹原伸出橄榄枝，甚至希望他能够以教授的身份任职。对于全球顶尖物理机构和大学的邀请，曹原做出了这样的答复：“我学成以后要回到中国的。”他是中国少年，他有着中国少年的雄心壮志，他为当下青年树立了榜样，这样的优秀人，才能够称之为“全民偶像”。

曹原理论成就

“95后天才少年”的成长秘诀曝光：越是爱孩子越要学会放手！

要有多厉害才可以被称为“年少有为”？

三年时间读完初中高中全部的课程算吗？

24岁就可以到美国麻省理工攻读博士算吗？

一天在《自然》期刊上发表两篇文章算吗？

而这些，他全部都做到了——中科大10级少年班校友、美国麻省理工学院95后博士生曹原。

伦敦时间5月6日，24岁的曹原因与其博导连发两篇Nature文章，介绍魔角石墨烯研究的新突破再次轰动世界。

早在2018年，他就登上了Nature年度十大科学家之首，这是该杂志创刊149年历史上年龄最小的入榜者。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，并被一些报道称为“中国潜在的最年轻的诺贝尔奖获得者”。

曹原取得如此卓越的成就，得益于母校耀华中学慧眼识才，为其提供了灵活的教学机制，麻省理工学院和中科大少年班良好的学习环境，老师的悉心教导，以及一路走来个人的奋斗，最重要的还是成长过程中父母所给予的开明家庭教育。

据报道，被称为“别人家的孩子”的曹原，从小就是个捣蛋鬼。因为做化学实验所需的硝酸银很贵，也很难买到，他就买来了硝酸，把妈妈的银镯子放了进去，人工“合成”了硝酸银。

这样的破坏行为，在别的父母看来就是不务正业，而曹原的父母却最大程度给予了宽容和支持。还在家里专门设置了一个属于曹原的实验室，提供了物质资助和精神支撑，让他有了研究科研的条件，最终在多方的支持下，曹原如愿成为了“天才少年”。

在很多家庭中，父母常常处于强势的主导地位，小到孩子的日常生活、大到孩子的上学就业，都是父母说了算，孩子的声音和感受是无足轻重的。

但家庭教育的核心是以孩子为主体，家长为辅助，家长通过各种各样的方式帮助孩子形成独立的人格和自己解决问题的能力，而非让孩子一步一步去实现父母的期望，也不是打着“为你好”的口号事事干预。更有一些极端的父母，分不清帮助与伺候的界限，打着爱的名义亲手将孩子基本的生活自理能力抹掉。

同样是有着神童称号的魏永康，就因为在不健康的家庭教育环境中成长，最终与曹原有着截然相反的一生。

2000年，17岁的魏永康考入中科院高能物理研究所，硕博连读。因为从小习惯了母亲为他包办生活中的一切事，在进入研究所学习后，因为完全无法安排自己的学习和生活，不仅没有生活自理能力，还常常忘了参加考试和撰写毕业论文，最终被学校劝退处理。在谈及魏永康的沉重人生时，她的母亲老泪纵横表示是自己的教育方法害了他。

望子成龙是每一对父母都会有的期望，但是过分干预孩子的人生，把自己的期许强加给他们，只会破坏孩子原本该有的生活节奏。要么让孩子失去自我和独立意识，一辈子长不大；要么就会如魏永康这般，一旦脱离父母的轨道，就会彻底“失控”。

以爱之名越俎代庖式的家庭教育注定是行不通的，唯有赋予孩子选择的权利，让他跟随自己的内心去走自己的路才能让其收获真正的成长。

央视著名主持人康辉在谈及今天的成就时，曾说道很感谢自己的父母，父母对他一直没有特别多的要求，从不干涉他的兴趣爱好，尊重他的意见和选择。

据了解，康辉初中时虽然数理化成绩很好，但因为自己更喜欢文科，于是他中考时放弃了省重点学校，报考了文科实力最强的师大附中。上世纪80年代，“学好数理化，走遍天下都不怕”是社会的主流观念，康辉的父母也都是理工科出身，因此康辉的这一选择让周围人大跌眼镜，但父母却很尊重康辉的选择。

父母比孩子早出生，有责任和义务帮助孩子成为更好的人，但一味把自己的人生经验和看似完美的认知强加给孩子，只会磨灭其个性发展和增加孩子成为巨婴的风险。

此外，社会的进步和科学技术的发展让我们处于一个日新月异的时代中，父母辈的经验和技巧对于应对未来社会的要求已稍显乏力。唯有让孩子自己去学习、去经历才能培养其适应社会的能力。

更重要的是，事事干预孩子的生活，为孩子选择看似正确的道路，孩子真的会开心吗？

辩论节目《奇葩说》曾经有一道辩题，“如果可以为孩子一键定制完美的人生，你会按键吗？”听起来有点荒谬，仔细一想，大多数替孩子做主的家长不就在做着这样的事情吗？用自己的人生经验为孩子铺一条完美的康庄大道。

节目的反方选手傅首尔说，“我们从小被设置了很多关键词，多少人都按照父母的谱过完了一生，可是当我们真正失去那些快乐时又有谁在乎呢？”

每一个做父母的都希望孩子能够拥有完美人生，殊不知完美在孩子那里并不等于快乐和想要。

电影《狗十三》中的女主人公李玩，从小对理科有着超强的敏感力和过人的天赋，但由于偏科让父亲特别没有面子，固执地为女儿报了英语补习班。但李玩不想去，恼羞成怒的父亲大发脾气，摆出一副“我这是为你好“的姿态，把霸道和命令当做父亲的特权，最终让父女俩之间彼此不理解渐行渐远。

在孩子的成长过程中，有着诸多可能性和不可预测。父母爱孩子，在为其提供优渥的环境之余，应学会尊重和适当地放手让孩子自然生长，对于孩子的兴趣和志向，尽可能地给予最大程度的支持；对于孩子没有意向的领域，也尽量不要强加和逼迫，要像园丁一样去抚育，而不是木匠一样去雕刻。

英国的天才叫牛顿，德国的天才叫爱因斯坦，那中国的天才叫什么

许多人关于“天才”这个称谓往往就是根据某个领域最为优异的人来进行点评的。不管是什么年代，什么行业总会发生最出色的人，我们也不要不信任没有“天才”。

这些人仰仗自己的与生俱来的天资以及勤勉极力，造就了一个“年代”。而这些人往往会为了这些效果，而贡献自己的一生，最终也让更多人的享受日子。

一起这些人的名字以及他的业绩也将被后人传颂，以致于未来也将会有更多的人将以他们为典范，朝着他们的政策而极力猛进。

从古至今，能够称得上是天才并且为了自己的作业而奋斗终生的人不计其数。就拿国外的科学家来说，牛顿、爱因斯坦也肯定称得上是天才。

古今中外，在各个领域都有一定的天才在推动展开，而绝大多数天才也都在科研领域获得了不小的收成，那我们今天就来说一说我国的天才。

在提到这个名字的时分，或许许多同学也是一脸懵，这个人是谁？我怎么没听过这个名字？他又为什么会被称之为天才呢？

在听到他的名字时，你或许会感觉到陌生，但假如提到邓稼先、王淦昌、杨振宁、李政道等人都是他的学生时，你会不会感觉很惊讶？

赵忠尧是我国核物理研讨与加速器制造作业的开拓者，他为国家培养了不少优异的物理学家。或许能够说是我国两弹一星元勋有一半是他的学生，你说他是不是天才？

袁隆平

袁隆平作为杂交水稻之父，能够说是仰仗一己之力养活了大半个我国的人。虽然说现在市面上更多的主要粮食并不是杂交稻，但他所获得的效果却不容磨灭。

要说袁隆平是天才，从他的经历就能看出，作为国家第一批大学生，差点当上游水运动员、飞行员就足以证明其才能，在转战科研作业之后，袁隆平为保证粮食安全做出了优异贡献。

曹原

出生于1996年的曹原，虽然年纪很年青可是其在国际上的展开却非常优异，特别是霸占了国际难题后，说的那句“我是我国人，我要回我国”瞬间圈粉很多。

曹原一直以来就有“天才少年”的称谓，中学连续跳级，14岁就初步上大学。在发现了颤动整个国际学界的石墨烯超导后，直接填补了国际在该领域的空缺。

要提到我国的天才，就我个人的观点来说我觉得远不止这3位。以上内容也是我选择了具有年代代表性的科学家，来进行举例的。

在不同的科研领域，我们国家的天才都在拼尽全力为了让祖国科研作业获得更大的成功。而这些“天才”往往是研讨科学，甚至名字都不被人知晓的。

祖国之所以能够在国际上具有如此之多的话语权，国际地位也有了飞一般的进步，这些都要得益于在背面静静无私贡献的科研人员，是他们的极力才换取了现在实力健壮的我国。

在中学历史课上，令我影响最深入的一句话就是“弱国无外交”。看似公平的国际，实际上也存在着许多的不公平，而想要改动这种状况就需求我们不断地去强化自己。

许多科研人员从事从0到1进行研讨，当我们国家在某一领域获得了最先进的效果时，不光这些科研人员脸上有光，就连我们普通人都觉得很骄傲。

在这里也要向这些静静为我国科研作业、为国际科研作业发光发热的作业者们问候！正是因为有了你们才能让整个社会得以行进。

不同的年代总会有人静静前行，在每个领域上也会有一大批有识之士投身于此。这也提示了当代年青人，更应该承担起重担，从小极力学习丰富自己的才能。

在当今这个人才辈出的年代，关于许多年青人来说也是一个好机会，一起我也信任在这些年青人的推动之下，祖国会越来越健壮，国际科研领域也会有越多越多我国人的脸庞。

想要成为传说中的“天才”并不是具有与生俱来的天资就能够，而是需求支付更多的极力来极力获得成功，最终自然也就能成为所有人心目傍边的天才。

天才少年痴迷电子科技，年仅14岁考进中科大，后来怎么样了

曹原出生在四川省成都市，因父母的原因举家搬到了深圳。虽然自小便表现出了超人的天赋，但曹原却非常调皮，在众人眼中，他从不是一个乖巧懂事的孩子，调皮捣蛋的想法层出不穷，而随着淘气一同发展的是曹原日渐活跃的思维。

深圳是我国相对发达的一个地区，这里的电子领域一直是中国科技的前沿。而曹原自小便对电子产品十分感兴趣，他常常一个人跑到电子市场上研究探索，甚至对一些电子产品痴迷到忘了回家。受电子科技的影响，曹原从小便对各种电子产品以及发明有着浓厚的兴趣，不仅喜欢探索各个产品背后的原理，而且喜欢钻研各种实验。

出众的天赋以及活跃的思维让曹原在学校十分出众，因为成绩极为突出，被深圳的一所耀华实验学校特批录取。这所学校在深圳极为有名，是一所专为在某一领域具有极高天赋的人才开设的院校，针对不同的天赋进行针对性的培训。曹原不仅动手能力极强，而且对任何事物都有着非常强烈的好奇心，在校学习期间他有了更加广阔的发挥天地，没少拆卸学校的电子产品。

开明教育培训出天才少年

尽管曹原在学校期间常常拆卸各种电子设备，但开明的校长和老师们并没有对他多加指责，反而给予了他极大的空间进行发挥。针对曹原的特长以及兴趣，校长甚至还将他与另外两位学生组成了一个特别的班级，甚至为他们设立了一支单独的师资团队进行特殊培训。

开明的学校教育让曹原的天赋并没有被压制，反而得以更好地发挥。在针对性的教育之下，曹原以及班级内的另外两位同学最终都以极为优异的成绩考入了世界名校，成为了各行各业出类拔萃的高尖端人才。在曹原年仅14岁时，他便参加了高考并以总分669分的优异成绩考入了中科大的少年班，他仅用了三年的时间便掌握了初高中课程并能够灵活运用，是一位名副其实的少年天才。

中科大的少年班汇聚的是全国各地的天才少年们，而曹原却能在少年班中脱颖而出，他不仅获得过中科大的郭沫若奖学金，而且还曾获得过许多其他奖项。能在众多天赋异禀的同学中脱颖而出，除了曹原自身的天份之外更离不开他日复一日的努力。

留美取得重大突破，坚持回国发展

随着年龄的增长，曹原的天赋与个人积累也在不断增长，在大学少年班期间，老师所给出的复杂题目他均能轻松化解。在中科大毕业之后，曹原决定到美国麻省理工学院去攻读博士学位，在这所世界强校内曹原更是抓住一切学习机会，努力突破，他甚至破解了许多科研专家都无法解决的难题。

在麻省理工学院读博期间，曹原在石墨烯超导电子领域获得了重大突破。当论文发表在《自然》杂志上后，这一科研成果瞬间引起了全世界的关注，他是《自然》杂志创办以来就年轻的中国科学家。曹原在科研方面取得的突出成就引起了美国的关注，他们表示可以给予曹原高薪报酬，并且还可以令他直接加入到美国国籍，然而曹原却坚定地拒绝了。

曹原始终认为自己如今的成就是祖国培养出来的，是祖国成就了他。因而他希望通过自己的努力去为祖国做贡献，他认为这是他应该做并且值得做的事。刚曹原拒绝美国给予的高薪福利一心回国的消息传到国内，各界人士都觉得十分难得，曹原的回归将会给我国带来更加先进的技术与产品，推动国内石墨烯研究取得更大的进展。

打破钱学森之问，助推中国科技发展

我国伟大的两弹元勋钱学森将一生都奉献给了祖国的科学事业，他在生前十分关心中国的人才培养，对教育事业也颇为上心。面对越来越多的中国学子选择留在国外发展的现状，钱学森曾痛心地提出：“为什么中国近些年来培养不出年轻杰出的人才呢？”这一问题一提出便引起了社会各界的热议，也被称之为是著名的“钱学森之问”。

曹原打破了钱学森之问，钱学森先生此前的疑问也渐渐有了明确的答案。曹原作为90后的突出代表，他是我国科学界佼佼者，甚至在世界科研领域也能占有一席之位，迄今为止他所取得的成就已经对钱学森老先生的疑问做出了解答。

回国后的曹原在短短几个月内便取得了多项科研成果，推动国内石墨烯商业化的进程，国内石墨烯电池技术应用方面也由此得到了极大提升，甚至令中国在手机电池领域处于了世界领先地位。

坚持报国之心，为国家做贡献

随着经济全球化的不断发展，各国对人才的教育事业也颇为重视，我国更是不断加大教育投入，随着对教育事业扶持力度的不断加大，我国在人才培养方面也取得了卓有成效的表现。

如今家财万贯的年轻人不在少数，但在这些人中真正能称得上有世界影响力的科学顶尖人才者却少而又少，大多数极富潜力的年轻人都选择了留在国外发展。

成功是不可复制的，兴趣是最好的老师，或许我们没有像曹原一般超人的天赋，但我们依旧可以凭借自己的努力在相关领域发光发热，为祖国尽一份力量。年青一代应该担起祖国发展的重任，作为祖国新一代接班人，我们要始终拥有一颗爱国之心，通过努力与智慧带领祖国不断发展向前，让中华民族屹立于世界民族之巅。

天才少年曹原再发Nature，你羡慕天才吗

说到天才少年曹原，确实是“别人家的孩子”。很多人可能不认识他，这里我们可以看看这位天才做了什么：

曹原，男，1996年出生，四川成都人，博士。 2010年，考入中国科学技术大学少年班， 在校期间表现优异，2014年获中国科大毕业生最高荣誉郭沫若奖学金。

曹原发现，当两层平行石墨烯堆成约1.1°的微妙角度，就会产生神奇的超导效应。

2018年12月刊《自然》年度科学人物榜首。

2021年2月1日，曹原又发《Nature》，这是他发在这家全球顶尖学术期刊上的第5篇论文。

2018年3月5日，《自然》连刊两文报道石墨烯超导重大发现。 值得关注的是，本次两篇Nature论文的第一作者、麻省理工学院博士生曹原来自中国。

这名中科大少年班的毕业生、美国麻省理工学院的博士生发现:当两层平行石墨烯堆成约1.1°的微妙角度，就会产生神奇的超导效应。这一发现轰动国际学界，直接开辟了凝聚态物理的一块新领域。如今，正有无数学者试图重复、拓展他的研究。

2020年5月6日，曹原再次背靠背连发两篇Nature，在魔角石墨烯取得系列新进展。其中一篇Nature，曹原是第一作者兼共同通讯作者;另一篇Nature，曹原为共同第一作者。

2021年2月1日，1996年出生的中国“天才少年”曹原又发《Nature》了，这是他发在这家全球顶尖学术期刊上的第5篇论文。

像26岁的曹原，确实是属于天资卓越，年纪轻轻能够取得这样的成就是非常的难得的。更是一度被国际称为“中国潜在最年轻的诺贝尔奖获得者”。 那么，像天才这种人，说不羡慕，那是绝对不可能的。

因为的话，天才很多时候是推动世界进步的关键人物，比如像牛顿、伽利略、爱因斯坦、爱迪生等等，无一不是天才。作为天才，他们拥有别人没有的才华和智商，他们的天赋和领悟能力也非常的强，其次的话，天才能够获得许许多多常人想都想不到的荣誉和财富，这便是天才。不过尽管羡慕，我们许多人还是需要接受自己的平庸，尽力做好自己的事情，因为每个天才的成长环境都不同，如果自己成为不了天才的话，那么尽量让自己不成为庸才，在自己的领域里发光发亮，这样其实也是可以的。

曹原现在在中国还是美国

曹原现在在中国。曹原在美国麻省理工学院的时候，曾经得到过加入美国国籍的机会，然而一心要回国报国的他毅然放弃留在美国，选择回国发展，为祖国的发展贡献自己的力量。回国期间，曹原还提出了“海外交流”计划，希望自己的学弟学妹也能和自己一样，能出国交流。学习国外的知识，再回来报效祖国。

曹原，1996年出生，四川成都人，麻省理工学院埃雷罗石墨烯实验室（Pablo Jarillo-Herrero）博士后研究员。

个人经历：

曹原于2007年被选拔进入深圳耀华实验小学超常班。在不到3年的时间里就完成了小学六年级、初中、高中所有课程学习；2010年以669分的高考成绩被中国科学技术大学少年班录取，并入选“严济慈物理英才班”。

2014年本科毕业于中国科学技术大学，前往麻省理工学院读博，加入了巴勃罗·贾里洛·埃雷罗（Pablo Jarillo-Herrero）的团队；2020年获得博士学。

以上内容参考：百度百科-曹原

青年科学家曹原，父母是谁

这个属于个人隐私了，曹原没有公开过他的父母是谁，但是可以给你介绍一下他自己。

曹原，男，1996年出生，四川成都人。2018年12月刊《自然》年度科学人物榜首。

2018年3月5日，《自然》连刊两文报道石墨烯超导重大发现。   这名中科大少年班的毕业生、美国麻省理工学院的博士生发现：当两层平行石墨烯堆成约1.1°的微妙角度，就会产生神奇的超导效应。这一发现轰动国际学界，直接开辟了凝聚态物理的一块新领域。有无数学者试图重复、拓展他的研究。 

2020年5月6日，曹原再次背靠背连发两篇Nature，在魔角石墨烯取得系列新进展。其中一篇Nature，曹原是第一作者兼共同通讯作者；另一篇Nature，曹原为共同第一作者。

2021年2月1日，曹原又发《Nature》，这是他发在这家全球顶尖学术期刊上的第5篇论文。

曹原是国之栋梁，为他点赞！

导师访谈：曹原是如何扭成的

2018年3月6日，Nature背靠背连刊两文，报道了魔角扭曲双层石墨烯的重大发现。其第一作者，正是学界的少年新星曹原。该研究的巨大影响力，令曹原直接被列入Nature当年评选的十大科学人物。本次，NSR邀请到了两位魔角石墨烯领域的顶级专家进行访谈，他们分别是 麻省理工学院的实验物理学家 Pablo Jarillo-Herrero ，以及德克萨斯大学奥斯汀分校的理论物理学家 Allan MacDonald 。其中Jarillo-Herrero正是曹原的导师，他高度评价了曹原的成就，称 “从他身上学到的东西和他从我身上学到的东西一样多” ，而本篇也将围绕魔角扭曲双层石墨烯，来谈谈曹原是如何”扭成的“。

背景介绍

石墨烯是石墨的组成部分，由一个碳原子与周围三个邻近碳原子结合形成，它是含有六边蜂窝网状结构的碳原子单层，厚度等同于一个碳原子。单层石墨烯的存在已被预测几十年，也曾在其他材料表面成功生长，但学界对石墨烯研究兴趣的爆发却是在2004年，因为该年人们才首次发现石墨烯可以通过机械方式从石墨薄片中分离出来（机械剥离法）。

石墨烯经常被描述为一种透明、导电性优良又极其柔韧的神奇材料。但有人感兴趣一些更根本的问题。作为二维导体材料，石墨烯表现出异乎寻常的电子特性、磁特性，在量子限制效应、电子间相互作用等方面有巨大研究价值，在电子元件、设备等领域有着应用前景。2010年的诺贝尔物理学奖被授予给了英国曼彻斯特大学的Andre Geim 和 Konstantin Novoselov两位教授，表彰他们在石墨烯研究领域的杰出贡献。

当两个石墨烯片层足够靠近以发生相互作用时，其奇妙特性会进一步放大。尤其引人注目的是，石墨烯表现出的电子特性可能取决于石墨烯片层的相对角度，即两层蜂窝网状晶格之间的的对齐程度。堆叠在一起的两个蜂窝网状晶格可能会产生一种“超晶格”结构：晶格间在某些特定角度配合后呈现出的规律性更为显著，甚至强于晶格间距所带来的影响。这就是人们所熟知的“莫尔效应”——从远处看两个间隔很近的网格状栅格时就能观察到这种光学现象。

实验 探索 这种“扭曲双层石墨烯(twisted bilayer graphene,TBG)”的电子特性要求能够精确地控制两个石墨烯片层的位置和角度。这些现象现在也被认为普遍存在于其他二维材料中，例如六方氮化硼(h.BN)片。这些研究开辟了凝聚态物理研究的一方沃土，而某些特定的扭转角度的 “魔角双层石墨烯(magic-angle twisted bilayer graphene, MATBG)” ，其表现出的神奇电子特性则更是引人入胜。

Pablo Jarillo-Herrero的小组率先制造了魔角石墨烯材料

Allan MacDonald是最先理论预测魔角存在的科学家之一

NSR： 是怎样在扭曲双层石墨烯中发现异常电子行为的？这些效应在发现之前是否曾被理论预测过？

PJ-H： 从2007年左右就有许多理论小组开始研究扭曲双层石墨烯。到了2009年底，Eva Andrei的团队报告了使用扫描隧道显微镜(STM)对扭曲双层石墨烯的研究 。两个小组都预测了扭曲双层石墨烯在1.1至1.5 的角度存在扁平电子带。Bistritzer和MacDonald创造了“魔角”一词，指费米能级的电子速度变为零时的角度（费米能级是绝对零度下电子所能够占据的最高能级）。

AM： “我对 历史 的理解，超越到学术出版物之外”，这句话来自Eva Andrei的文章。Eva是第一个测量到电子结构神奇变化的人，她发现了意外产生莫尔效应的双层石墨烯片层在STM态密度测量中的特征。Eva告诉我，观察是第一位的，它激发了Antonio Castro-Neto和João Lopes dos Santos的理论。

我对石墨烯莫尔超晶格的兴趣，始于与佐治亚理工学院的 Ed Conrad的一次谈话。他向我展示了一些角分辨光电子能谱数据，我无法参透。当我的博士后Rafi Bistritzer和我着手进行演算时，我们发现计算结果显示：石墨烯电子的速度会在一组离散的扭转角处下降为零。我们把这些角度称之为魔角，最大的魔角约为1 。这对我们来说完全是一个惊喜，我们立即意识到这意味着一个强相互作用电子的前景无限的平台。一段时间后我们注意到，智利的一个研究小组也独立地开启了魔角物理学的一些微光。但我们那 时尚 不清楚，是否有实验者能够在可控扭曲角的条件下建立样本来观察这种物理现象。我的同事Emanuel Tutuc在这个方向上做了很多工作，为Pablo工作的开展提供了部分信息。

NSR： 是什么促使你研究该系统？现在看来，它成为了以可控方式观察电子关联现象的胜地——这一结果是预期之中，还是出人意料？

PJ-H： 最初我研究扭曲双层石墨烯的动机是直觉，凝聚态物理中的这个“新旋钮”，即改变扭曲角极可能带来有趣的物理现象。凝聚态物理学中的系统通常很复杂，在 探索 未知领域时常有意外收获。单就魔角石墨烯而言，我的动机是找到有趣的关联绝缘态。我认为当石墨烯中的费米能级移动到范霍夫奇点时，关联绝缘态可能会展现。 我们确实发现了绝缘态——但令我们惊讶的是它们是完全不同的类型。绝缘行为发生于每个莫尔晶胞的整数个电子，而非因为范霍夫奇点。这是个巨大惊喜。而更大的惊喜是超导性的发现，这更是无人预料。

AM： 我们最初关于魔角效应理论的发现，并不符合早期实验的预期，因此，我们在发表文章时很不顺利，因为审稿人认为我们肯定错了。 巧的是，那时我正好当选美国科学院院士，我被允许在PNAS发一篇就任文章，评议很宽松。所以我决定，放弃与审稿人的拉锯战，以直接在PNAS上发表了我们的发现。

在那篇论文之后，我试图找到其他可以观察到有趣莫尔超晶格现象的案例。我提出了实现拓扑激子带的可能性 以及许多与光学特性相关的建议。我还提出，与石墨烯结构相比，层状过渡金属二硫属化物 (TMD) 的莫尔系统会产生完全不同的物理特性。莫尔领域的这一部分研究现在也已真正开始付诸实验了。

新 物 理 的 乐 土

NSR： 从绝缘体到超导体再到磁性材料，这些石墨烯系统产生的电子状态似乎十分多样。产生如此多样态的物理学基础是什么，又有哪些关键因素决定了这些性质？

PJ-H： 我们仍在努力全面地了解这些系统。但是您的基本观察是正确的——魔角石墨烯以及现在的其他几个莫尔系统，表现出一组非常丰富的关联行为。起源似乎是因为这些系统都具有狭窄的电子带（意味着电子的动能非常小），因此电子之间的相互作用能起着主导作用。一旦电子之间有很强的相互作用，那么可能的多体基态（例如超导性、相关绝缘体、磁性等）就成为可能。我们能够遍览这些样态，得归功于莫尔系统的高度可调性。

AM： 多层石墨烯中的强相关性和量子霍尔效应中的强相关性之间有很多类比。Eslam Khalaf、Ashvin Vishwanath 和Mike Zaletel 等人的工作阐明了这种联系。根本上它与电子能带的拓扑特性有关。同时，这些系统具有准二维Hubbard模型（强关联电子体系最简单的晶格模型之一）的特征。魔角石墨烯似乎是量子霍尔效应和高温超导性的结合，这是个了不起的系统。

NSR： 你能解释一下魔角效应吗？是什么让石墨烯层在某些取向上表现得“特别”？

PJ-H： 魔角效应是一种“共振”状态。 这种魔角角度促成的电子结构，使得电子穿越石墨烯层是如此的容易，就像为这些电子提供了通往另一石墨烯层的“直达隧道”一般。 用更简单的话说，MATBG中电子多变行为的一个解释是：当电子具有巨大动能（移动得非常快）时，它们几乎“来不及”发生相互作用。但是在MATBG中，电子移动缓慢，因此当它们擦肩而过，会拥有更多机会发生相互作用。

NSR： 该系统中绝缘、超导行为的相互作用似乎与在铜氧化物高温超导电性中观察到的作用情况接近。两者间有近似的物理规律在起作用吗？这些种行为是否会在实际上有助于我们了解此类材料中超导电性的缘起？

PJ-H： MATBG和铜酸盐超导体的相图确实有很多相似之处，但差异也不少，例如，其晶格对称性和电子结构的拓扑性质就非常不同的。此外，铜酸盐中的电子均为简并自旋，而MATBG中的自旋态则更加丰富。所以我们还不清楚对MATBG的了解是否有助于我们了解铜酸盐中超导性的起源。虽然我直觉是会有帮助，但现在断言还为 时尚 早。

AM： 对于这些问题，我们还没有完全自信的答案，但我们正在取得进展。高温超导体和MATBG系统之间有许多相似之处，其中磁序与费米面重构的临界点是最有趣的。在我看来，通过进行新的实验和理论场景测试，我们有可能会进一步增进对MATBG超导性的理解，并且进展也会帮助我们理解高温超导性的产生。通过原位调制电荷载流子密度或其他方式调制系统属性的可能性（例如通过改变栅距、电介质环境和平面磁场等）是 MATBG 的一个重要优势。

NSR： 维度在此发挥的作用是什么？这些行为是否取决于“这是一个准2D系统”的基本事实？这种行为是否与量子霍尔效应等低维量子多体体系的研究有关？

PJ-H： 维度非常重要，出于各种原因。其中部分为：MATBG因其二维几何结构而具有高度的电可调性；电子结构（如电子态密度）取决于维度；相互作用效应也可能强烈依赖于维度（例如电子屏蔽效应在1D、2D 和 3D中是非常不同的）；至于量子霍尔物理，QHE 和 MATBG（以及其他几个相关的莫尔系统）中的电子能带本质上都是拓扑的，这两者之间有着深刻的联系。这就是为什么后者可以表现出有趣的量子霍尔效应，即使零磁场下亦是如此（与标准QHE不同）。

AM： 电子关联在低维度系统中往往更强，并且在更大范围内产生令人惊讶的多电子态，包括分数量子霍尔效应 (FQHE) 系统、MATBG、双层或三层石墨烯。QHE的拓扑图构成了MATBG和FQHE物理之间的联系。这种联系的一个实验证明是MATBG中异常量子霍尔态（即没有磁场的 QHE）的普遍出现。

挑 战 、 应 用 、 机 遇

NSR： 如何通过实验研究这些系统？现在优质单层石墨烯的生产已经常规化了吗？如何控制石墨烯片层的相对方向？

PJ-H： 超高质量单层石墨烯的生产已经非常标准化，如石墨机械剥离法，全世界有数以千计的团队可以做到这一点。棘手的是以精确地控制旋转角度并将两个石墨烯片层堆叠一起，尤其是像魔角 1.1 这样的小角度就更加困难。目前全世界只有15个团队可以制造MATBG，但队伍一直在壮大，因为该技术只要有人展示就易于学会。在新冠疫情之前，有很多小组来到MIT了解MATBG，而他们中的许多现在已经复制并扩展了我们的许多成果。

AM： 已经取得的成就令人惊叹，但如果能够开发出更精细地控制扭转角的技术，并使扭转角度分布更加均匀，这将加快该领域的进步。

NSR： 这些系统中还有哪些关键问题有待 探索 ？对你个人而言，现在最渴望研究的是哪方面？

PJ-H： 有待 探索 的关键问题还有许多。也许其中最重要的问题之一是超导性的确切机制和序参量对称性。现在的实验和理论似乎指向一种非常规的超导性起源机制（有些人认为MATBG可能是一个非常特殊的参数状态下的电子-声子介导超导体，尽管并非人人都同意）。我们仍然需要更详细地研究这一点。我个人非常期望发现和研究新的莫尔系统、新的超导体及其关联拓扑行为。对于可以构建的数百个可能莫尔系统，我认为我们几乎只是触及了皮毛。这些系统间的构成、几何性质和复杂状态都不尽相同。

AM： 我认为确定MATBG中超导性的起源机制很重要。我正致力于研究这个问题。一个重要的期待是我们将能够在 MATBG或过渡金属二硫属化物（TMD）莫尔纹中实现分数反常量子霍尔系统（也称为分数陈绝缘体），以展示量子反常霍尔效应。鉴于莫尔超晶格的灵活性，我们将很有可能发现、设计出有利条件。分数量子霍尔（FQH）状态也是拓扑量子计算的可能研究对象之一。

NSR： 对这些系统的 探索 似乎还存在着许多潜在的自由度。比如，现在一些研究兴趣是打算将双层系统扩展到三层，这样我们能够预测或观察到什么？再比如，使用氮化硼等其他二维材料构成的异质双层结构，又会给我们带来什么收获？

AM： 我对找寻可以构建新型莫尔超晶格的其他层状材料非常感兴趣，每项发现都会带来一个物理的新宇宙。在TMD和扭曲石墨烯莫尔系统的存在下，我们拥有了巡游电子铁磁体系的案例——只是磁有序温度相当低。找寻提高有序温度的方法、 探索 其最终极限将非常有趣。由于莫尔超晶格系统可以通过多种方式调制，因此远景相对乐观。 这是制造人造可调谐晶体的全新范例，我们才触及皮毛。我们会见证所发生的一切——这正是科学的魅力所在。

PJ-H： 确实，可能性几乎无穷无尽。就在今年稍早时候，Philip Kim的团队和我团队各自独立在魔角扭曲三层石墨烯 (MATTG) 中发现了超导性。魔角略有不同（约为1.6 ），该数据其实是几年前理论上预测的，所以我们知道该向哪里行动。事实证明，MATTG中的超导性比MATBG中的更令人感兴趣，因为它更强大且可调性更高。而使用异质双层结构确实可以带来很多新东西，在双层石墨烯/氮化硼莫尔系统中发现量子反常霍尔效应 (QAHE) 就是最早的例子之一。

NSR： 更一般地说，MATBG系统体现了过去二十年来学界对强关联电子研究兴趣爆炸式的增长，这催生了一众量子材料发现，例如拓扑绝缘体、马约拉纳零模、外尔半金属等。是什么促使了研究兴趣的爆发？是否有新的理论正在浮现，将物质的量子、电子相态统一起来？又或者，我们其实仍相当程度处于发现和惊异的阶段？

PJ-H： 凝聚态物理学在二十世纪80年代经历了两次革命，分别是：发现整数/分数量子霍尔效应（将拓扑学带入该领域）和发现高温超导性（将强关联系统推到了学科前沿）。从那时起，拓扑研究领域和强关联系统并没有被密切联系在一起，因为领域完全不同。而2000年后，出现三个颠覆性发现：石墨烯和二维晶体材料的发现；理论预测并实验上发现拓扑绝缘体；发现了第二个高温超导体家族，即铁磷化物材料。然而，这些领域在很大程度上仍各自独立。是MATBG将三个研究领域整合在了一起，因为它兼具所有特点。“莫尔量子物质”的话题在所有这些领域引发了热烈讨论。

AM： 在我看来，我们仍处于发现和惊异的阶段，但我非常乐观地认为，这些新型强关联系统将导向对强电子关联物理学更广泛、更深入的认识。

NSR： 这些系统有没有实际应用的可能，尤其是在设备技术方面？

PJ-H： 这总是很难预测。目前而言，能在这些系统中 探索 基础物理的魅力，我的团队乃至整个领域的研究人员都备受激励。而切实来说，作为电可调超导体的MATBG（在工程学上叫做超导场效应晶体管）如果能够被设法大规模制造，其实际应用是很容易想象的。包括超导量子比特、量子光电探测器和低温经典计算等。

AM： 个人而言，我对寻找潜在应用非常感兴趣——或许是光学性质，或许是自旋电子学。与TMD的接口可能在调节自旋-轨道相互作用力的方面派上用场——这对于自旋电子学来说很关键。

魔 角 在 中 国

NSR： 您对中国在这方面的研究有什么印象？

PJ-H： 从理论物理学的角度来看，中国学界对此的研究兴趣很大。在实验工作方面，中国目前只有少数几个具有纳米制造经验的团队（其中最著名的是复旦大学张远波教授的团队）可以生产出高质量的莫尔量子系统，他们正在进行非常出色的研究。鉴于中国科研近来的快速发展，估计未来几年将有更多的实验组开始研究这个主题。

我以前的学生曹原在很多方面而言都是一位非常了不起的科学家。他聪慧、勤奋并且富有创造力和效率。他不仅是我前面提到的两篇发现论文的第一作者，更是该领域的青年领军人物，此后一直在该领域做着杰出贡献。他在非常年轻时就获得了多个奖项，包括麦克米兰奖（授予青年凝聚态物理学家的最负盛名的奖项）和最近的国际萨克勒物理学奖。 能与他合作我觉得是一种幸运。我想，我从他身上学到的东西和他从我身上学到的东西一样多。我相信他将成为他那一代科学家中的领军人才。

AM： 吴冯成 是我小组以前的学生，为TMD莫尔系统做了重要的早期工作，涉及到其光学和电子特性，他也在MATBG 超导研究方面做了贡献。他现在是武汉大学教授，是该领域的领军人才。香港大学的 姚望 是TMD莫尔系统光学特性研究的前沿科学家。量子反常霍尔效应最早是在清华大学的磁性拓扑绝缘体中观察到的。MATBG 提供了第二个例子，以及一些颇为有趣的异同之处。

NSR： 是什么（或谁）给了您关于这项工作的主要灵感？您会给进入该领域的年轻研究人员什么建议？

PJ-H： 我很多同事们都富有创意，他们凝聚态物理实验方法上启发了我的团队。其中包括 Paul McEuen (康奈尔大学）、Andre Geim（曼彻斯特大学)和 Amir Yacoby (哈佛大学)。当然，我在代尔夫特理工大学的博导Leo Kouwenhoven 和我在哈佛的博士后导师 Philip Kim，都对我研究想法的形成产生了很大影响。对于年轻的研究人员，我会说： 勇于冒险并承担风险，追随你的兴趣向前，不要让别人限制了你施展抱负 。

AM： 我这样做已经很长时间了。我非常享受实验带来惊喜的能力。我在材料科学做基础理论的方法，尝试在那些已经在实验上可观察的现象中找到兴奋点。我的直觉很大程度源于——已知的实验结果以及对不同的理论模型在描述自然方面成功与否的反思。对已观察到但仍然神秘的现象，对其加深理论理解同样是十分有趣的。

我会建议年轻研究人员发展出自己的独特方式来思考研究领域的问题。每当遇到不了解的事物时，请打破砂锅问到底，直至洞悉一切。 大多数时候，新见解都只是前人见解的某种细节——但说不准、有时也会变成某种真正的新东西。

本文译自《国家科学评论》(National Science Review) Interview文章 “ A new twist on graphene: an interview with Pablo Jarillo-Herrero and Allan MacDonald ”， 原作者Philip Ball, 知社编译。

原文链接： https://academic.oup.com/nsr/advance-article/doi/10.1093/nsr/nwac005/6506475