2018年,曹原在美国麻省理工学院实验室里,盯着一块肉眼几乎看不见的石墨烯样品。那一年,他二十二岁,刚因两篇论文受到国际物理学界关注,名字也被《自然》杂志列入年度科学人物名单。
真正让他走进公众视野的,并不是“天才少年”四个字,而是一个极其刁钻的实验条件:两层石墨烯叠放时,若将其中一层相对另一层旋转约1.1度,材料的电子性质可能发生显著变化。
这个角度看起来并不复杂。
难的是,实验中必须把微小样品精准制备出来,还要排除温度、杂质、电场等因素的干扰。稍有偏差,结果就可能完全不同。曹原所在团队研究的,正是这种“魔角”扭转双层石墨烯。
石墨烯由单层碳原子组成,具有优良的导电、导热性能。2004年,英国曼彻斯特大学科学家安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫成功分离石墨烯,并于2010年获得诺贝尔物理学奖。此后,石墨烯一直被视为凝聚态物理的重要材料。
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但曹原的研究更进一步。
在低温和特定电场条件下,扭转双层石墨烯可以表现出超导现象,也可能呈现相关绝缘体状态。这里的关键词是“低温”和“特定条件”,并不是普通环境下的常温超导,更不是已经能够大规模应用的“零损耗材料”。
这个区别很重要。
2018年,曹原作为第一作者或共同作者在《自然》发表相关论文,论文引发了全球范围内的重复实验和理论研究。许多实验室开始围绕“魔角石墨烯”展开工作,一个新的研究方向由此迅速形成。
《自然》后来将曹原列入2018年度十位重要科学人物之中。媒体在报道时,常用“最年轻”“中国天才”等词语形容他。这样的关注并非没有依据,但科学成果从来不是只靠聪明就能完成。
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曹原早年的学习经历,确实显示出突出的理解能力。
他出生于1996年的四川成都,三岁左右随父母来到深圳。小时候,他对电子元件和线路板格外着迷,家里的小物件经常被拆开研究。家人没有简单地把这种行为当成“调皮”,而是给他准备了可以动手实验的空间。
11岁时,曹原进入深圳耀华实验学校学习。学校采用超常教育模式,班级人数很少,课程安排也更强调因材施教。资料显示,他用了较短时间完成中学阶段课程,14岁参加高考,以669分考入中国科学技术大学少年班。
不过,少年班并不是通往成功的自动通道。中科大聚集了大量优秀学生,真正拉开差距的,往往是提出问题、处理细节和长期坚持的能力。
在中科大期间,曹原开始接触石墨烯相关研究。曾长淦等教师给予了他指导,本科阶段的训练使他逐渐形成了扎实的物理基础。学校老师对他的评价,也不只是“聪明”,还包括主动、专注、做事可靠。
有意思的是,他后来赴美国求学,并不是为了逃离国内,而是科研训练自然延伸的一步。曹原曾有海外交流经历,之后进入麻省理工学院攻读博士学位,加入巴勃罗·赫雷罗团队,继续研究石墨烯及其电子性质。
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那段时间,他面对的并非一个已经写好答案的问题。魔角理论提出后,如何制备样品、如何测量、如何确认结果,都需要反复摸索。实验室里最常见的场景,不是掌声,而是失败后的重新开始。
有人曾问:“如果结果重复不出来怎么办?”
曹原的回答被概括为:“那就继续改实验,直到把问题弄清楚。”
这句话听起来普通,却符合科研工作的实际状态。许多重要发现并非来自一次偶然成功,而是来自对误差的追踪、对数据的核验,以及对异常现象的耐心解释。
至于“拒绝美国橄榄枝,回国效力”这一说法,需要谨慎看待。公开资料显示,曹原博士毕业后曾在麻省理工学院从事教学和科研工作,进入美国高校学术体系,并没有足够可靠的证据证明他已经像网络文章所说那样,放弃美国职位、正式回国建立实验室。
他曾表达过对中国教育和科研环境的认同,也多次提到希望为中国科技发展作出贡献。但“愿意回国”与“已经回国任职”不是一回事,“受到海外重视”也不等于“拒绝所有邀请”。
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把事实说清楚,并不会削弱曹原的成就。
相反,他的经历恰好说明,现代科学研究本就是国际交流密切的领域。中国少年在国内接受基础教育和本科训练,赴海外进入顶尖实验室,再凭借自己的成果获得世界关注,这条路径本身就体现了人才培养和学术合作的作用。
更不能把石墨烯研究夸大成已经改变能源工业、节省数千亿元。魔角石墨烯带来的主要价值,是打开了研究强关联电子体系的新窗口,推动了凝聚态物理的发展。至于产业化,需要材料制备、稳定性、成本和工程应用等多重检验,距离大规模使用仍有很长距离。
曹原的珍贵之处,不在于被包装成一个无所不能的神童,而在于他把一个年轻人的敏锐判断,转化成了可重复、可检验的科学成果。那块只有微小角度差异的石墨烯样品,记录的不是传奇故事,而是严谨实验留下的证据。
他的学术道路还在继续。研究方向会变化,工作地点也可能变化,但论文、实验数据和同行验证,才是评价科学家的硬尺度。
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