魔角扭曲三层石墨烯中罕见的自旋三重态超导现象

刚刚，95后“石墨烯驾驭者”曹原又在Nature上发文了！这是一篇关于魔角石墨烯的最新研究成果，与此同时，他迎来了自己人生中第八篇Nature！而这距离他上一次发表Science仅仅过去了三个月。

95后Nature狂魔曹原再出击！刚刚，他迎来了自己的第8篇Nature论文：

96年、8篇Nature、1篇Science。

仅2021年上半年，曹原就已经发表了3篇Nature+1篇Science，发表间隔时间最长不过一个月，最短仅7天。

今年4月，曹原7天内发两篇Nature

因此，他还收获了一个生动的名字，叫“石墨烯驾驭者”（Graphene Wrangler），听起来竟然有种驾驭宇宙魔方的感觉。

在这篇新的文章中，一种被称为“魔角扭曲三层石墨烯”的材料系统表现出超导性。

这可能会促进量子计算的进步。

魔角三层石墨烯：“自旋三重态”超导体

两层变三层，在魔角三层石墨烯上再次发现了在强磁场中罕见超导现象，这位魔角天才只专注做一件事。

曹原表示，“该研究中发现的魔角三层石墨烯是一种非常罕见的超导体，被称为‘自旋三重态’，不受强磁场的影响。”

在最新Nature论文中，研究发现，当 θ 等于大约1.6 °的魔角时，系统进入强耦合状态的角度。

曹原在这种魔角扭曲三层石墨烯(MATTG)中观察到了「超导现象」，并研究了这种超导现象的自旋特性。

具体讲，MATTG在低温（低至1开尔文）下电阻为零，变为超导体。

然后，他们在石墨烯层的平面上对 MATTG 施加一个磁场。

结果发现，MATTG在高达 10 特斯拉的惊人“高磁场”下仍然表现出超导性，这比传统超导体所预测的材料所能承受的磁场高出3倍!

实验中，研究人员是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材料平行的大磁铁控制磁场，在越来越高的磁场下测试了MATTG的超导性。

研究发现，当不断增加周围的磁场时，MATTG的超导性一直很强，直到消失。

高平面磁场下 MATTG 中的超导性

超导性源于电子结合成称为库珀对的两个电子。在自旋单重态“库珀对”中，电子自旋（内在角动量）向相反的方向。

而在石墨烯材料平面存在强磁场的情况下，自旋单线态“库珀对”拉开，因为一种称为“塞曼效应”的现象导致自旋在同一方向上排列。

这种特性被称为“自旋三重态”。

传统超导体的自旋单线态和魔角扭曲三层石墨烯的自旋三重态

未来，这种奇异的超导体可以极大地改进磁共振成像（MRI）技术。

目前，MRI 机器仅限于 1-3 特斯拉的磁场。

如果它们可以用自旋三重态超导体制造，那么 MRI 就可以在更高的磁场下运行，以产生更清晰的人体图像。

此外，三层石墨烯中“自旋三重态”超导性的新证据也可以帮助科学家设计更强大的超导体，以用于实际量子计算。

Nature发文不“封神”，曹原：会继续仰望星空

8篇Nature，石墨烯驾驭者，Nature年度人物，Nature创刊以来年龄最小入选者，这些形容词都不足以描述曹原和他的研究。

他只是一个专注于科研的学者。

这个出生于96年，用一年时间学完小学六年级和初一的课程，初一读了一个月，初二读了三个月，初三不到半年就参加了中考。

14岁考入中科大少年班的年轻人只是说，“我不觉得自己比同龄人聪明多少”，“我只是跳过了中学里一些无趣的部分。”

2010年，14岁的曹原考入中科大“严济慈物理科技英才班”，是严济慈班第一届学生。

和曹原同班的还有量子计算原型机“九章”研发团队最年轻成员邓宇皓，7次在国际核心期刊发表研究论文的任亚飞。

严济慈班的录取标准同样是不唯成绩论，关键要有兴趣，要找“谈起物理手舞足蹈的人”。

同样，前不久清华公布了“丘成桐数学科学领军人才培养计划”，不用高考，初三可报，在被问及“领军人才”应该具备什么素质时，丘成桐先生表示：“要有好奇心，想学好数学。”

兴趣和好奇心能带来长久的坚持，但也只是科研这场漫长旅程的“入场票”，除了这两点之外，还要有一种早已注定但却无法决定的东西——天分。

很幸运，这两样东西曹原都有了。

也正因此，他的科研之路一直走到今天，而「8篇Nature」只是截至目前这段科研旅程中的点缀。

对于曹原，除了「8篇Nature」和「少年神童」，更引人瞩目的是他的科研历程，Nature发文并不代表「封神」，年轻的科研人员才是我们值得尊敬的对象。

曹原的研究仍在继续，我们也会这一直关注他“仰望星空”的旅程。

本文转载自微信公众号“新智元“（ID：AI_era），来源：Nature，编辑小匀、yaxin。文章为作者独立观点，不代表芥末堆立场，转载请联系原作者。