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在世界顶尖期刊《Nature》上发表论文，被看作是科研工作者学术能力的象征，也是大部分人难以企及的高度。而年出生的曹原不仅做到了，还是5次！2月1日，曹原第五次在《自然》上发表论文，他与团队关于石墨烯的研究也有了“第三层”的重磅突破。
3年内5次登上《自然》
年3月5日，曹原作为第一作者在《Nature》连发两篇文章。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。
在首次观察到了双层石墨烯中的这种“魔角”转变后，科学家们在新兴的“双电子学”领域中不断尝试寻找可以类似地扭曲成超导性的其他材料。然而到目前为止，除了原始的扭曲双层石墨烯以外，没有其他任何扭曲材料具有超导性。
虽然不到25岁，但年轻的曹原已经成了《自然》的常客。令他名声大噪的是年3月6日，《自然》连刊两文报道石墨烯超导重大发现，第一作者就是曹原。当时《自然》都来不及排版，就迅速以背靠背形式刊登了关于转角石墨烯的重大成果，文章还配以第三篇文章作为评述，足见这一发现的非凡意义。
当时，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。物理界认为，曹原此举解决了困扰世界物理学家年的难题，取得了石墨烯超导领域的重大突破。曹原也因此登上了《自然》年度十大科学家之首，成为该杂志创刊年历史上年龄最小的入榜者。紧接着，曹原又以22岁的年龄入选了福布斯中国发布的年中国“30位30岁以下精英”科技领域榜单，成为了入选者年龄最小的一位。
年，曹原重现“《自然》背靠背”的奇迹。曹原及其团队连续发表两篇文章，探讨用同样的方法应用于其他二维材料体系，继续完善“魔角石墨烯”相关的理论和实验研究。
盛名之下，曹原的科研脚步并未停止。年2月1日最新在《自然》发表的论文，曹原和JeongMinPark为共同第一作者，此外曹原还与他的导师、帕布罗·埃雷罗教授共同担任论文通讯作者。论文指出，三层扭转石墨烯能够表现出超导性。
在新的三层结构中，中间一层石墨烯相对于外层以新的角度扭转，其超导性比双层结构更稳定。这个“三明治”比双层的“魔角”石墨烯更加稳定，并且能够通过两种相互独立的方式进行调节。这样的结构或有助于理解实现高温超导需要的条件。
被《自然》杂志称为“石墨烯驾驭者”的曹原，这一次“玩”出了新高度。专业期刊评价说：“该研究结果建立了一系列可调谐摩尔超导体，它们有可能彻底改变我们对强耦合超导的基本认识和应用。”而这，也造就了曹原3年内5次登上《自然》的佳话。
石墨烯与超导
石墨烯和超导看似是两个不甚相关的领域，实际上却存在着千丝万缕的联系。
什么是石墨烯？它是一种由碳原子以sp杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的二维碳纳米材料，在光学、电学、力学特性，在材料学、微纳加工、能源、生物医学和药物传递等方面都具有重要作用。
超导现象一般发生在极度低温状态，一些金属的电阻会突然消失，从而对电流的阻碍作用为零。目前最高温度的超导现象在-70℃，因为这种环境限制导致了在实验室以外的地方很难获取。
年曹原的发现被认为是从“0”到“1”的突破。当低温下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（被称为“莫尔超导体”）。回顾曹原发表在年的两篇Nature，“其中一篇控制扭转角，微角度扭转的双层石墨烯是全新石墨烯体系；第二篇以六方氮化硼封装的双层魔角石墨烯为研究对象，致力于扭曲角的分布信息。并且使用纳米级针尖扫描超导量子干涉装置（SQUID-on-tip）获得处于量子霍尔态的朗道能级的断层图像，绘制了局部θ变化图。”
曹原所在团队是来自MIT的PabloJarilloHerrero课题组，PabloJarilloHerrero是研究石墨烯领域的大牛。年，曹原第5篇Nature的创新发现是三层魔角石墨烯（MATTG）不仅与双层魔角石墨烯（MATBG）一样都具备超导性能，并且电子结构和超导性能的可调控性能更强。
镜像对称MATTG中的电子结构与强超导性魔角扭曲三层石墨烯中存在摩尔超导，“我们发现的摩尔超导体-魔角扭曲三层石墨烯比双层石墨烯具有丰富的相图和更强的电子结构可调控性，”曹原说，“后者使我们能够探索关联状态与超导性之间的相互作用。”
年关于魔角石墨烯的突破也很多，在6月11日，以色列雷霍沃特魏兹曼科学研究所S.Ilani和麻省理工学院P.Jarillo-Herrero（曹原在麻省理工学院的导师）课题组使用局部电子可压缩性的测量结果，发现魔角扭曲双层石墨烯的能带在整数填充附近经历了剧烈的转变。
这些相关的相位源自具有高能态且具有非常规的带状分布序列。当将载波添加到系统中时，对应于旋转和谷底自由度的四个电子flavour不会被均匀填充。相反，它们是通过一系列尖锐的相变填充的，这些相变表现为摩尔纹晶格整数填充附近电子可压缩性的强烈不对称跳跃。在每次转换时，单一的自旋/能谷flavour都会将所有载流子从部分填充的对等物中带走，将它们“重置”到电荷中性点附近。
结果，在每次整数填充后，在电荷中性附近观察到的狄拉克样特征再次出现。接近填充因子1的化学势的面内磁场相关性的测量揭示了大的自发磁化强度，进一步证实了对称破坏级联的图像。在远高于超导和相关绝缘态开始的温度下观察到相变和狄拉克恢复的序列。这项工作为魔角石墨烯的超导和绝缘态的转变研究提供了新的思路。
双层石墨烯超导体中的电子对示意图就在同一天，普林斯顿大学AliYazdani教授课题组使用高分辨率扫描隧道显微镜确定了魔角扭曲双层石墨烯的光谱性质随电子填充函数的级联过渡。研究发现，在摩尔纹平带的每个整数填充处，化学势都有明显变化，并且低能激发发生了重排。这些光谱特征是库仑相互作用的直接结果，库伦相互作用将简并的平带划分为哈伯德子带。这些相互作用对垂直磁场的存在十分敏感，该磁场强烈地改变了光谱跃迁。
魔角石墨烯真是材料界大佬啊，出道即巅峰，为石墨烯研究增添了新活力，大有热潮愈盛的趋势。
魔角石墨烯的辉煌还在继续
在年，《物理世界》杂志发布的公报说，麻省理工学院等机构研究人员通过不断调试两层石墨烯的旋转角发现，在特定角度（约1.1度），这一体系会表现出“莫特绝缘体”特性，而如果利用电场在石墨烯上吸附电子，这一体系则能表现出超导特性。
公报认为，这种“魔角”石墨烯体系的发现，开创了“转角电子学”这一全新领域，获评《物理世界》年十大突破之首，到如今，魔角石墨烯已取得很多重磅成果，物理学家认为，石墨烯的非常规超导有巨大应用潜力，包括用于制造边界存在“马约拉纳费米子”的拓扑超导态等，这种态对环境的扰动表现出更强的稳定性，非常适于制造量子计算机的量子比特。
魔角石墨烯的辉煌还在继续，相信未来会取得更多突破，为石墨烯研究增添更多活力！
