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老猫啊老猫
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战斗鸭鸭

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3月5日,《自然》连刊两文报道石墨烯超导重大发现,第一作者均为中国科大10级少年班校友曹原。曹原本科毕业于中科大少年班,令人惊讶的是,这位博士生今年年仅21岁。

2018年3月5日《自然》以背靠背长文形式在网站刊登了重大研究成果,文章还配以第三篇文章作为评述前述成果。

MIT石墨烯超导重大发现

范德华异质结构是二元构筑单元垂直堆叠而成,在二维材料丰富的功能性基础上,可以实现更多的工程化操纵。其中一个方向,就是通过控制层间扭曲角度,来调控范德华异质结的电子结构。

麻省理工学院(MIT)Jarillo-Herrero与曹原等人发现,堆叠的双层石墨烯中,电学行为对原子排列非常敏感,影响层间电子移动。对于物理学家而言,电学行为通常是由能量主导。而在这项研究中,单层石墨烯内原子间电子移动有关的能量在eV量级,而在层间的电子移动涉及的能量量级最多在几百meV。

上述研究成果来自3月5日刊发的两篇最新Nature,通讯作者为麻省理工学院(MIT)的Pablo Jarillo-Herrero教授。 Pablo Jarillo-Herrero和曹原等人团队在魔角扭曲的双层石墨烯中发现新的电子态,可以简单实现绝缘体到超导体的转变,打开了非常规超导体研究的大门。

除了这两篇文章外,Nature杂志还配了Eugene J. Mele的评述。

Pablo Jarillo-Herrero(左)和Yuan Cao(右)

文章第一作者是个小鲜肉

值得关注的是,本次两篇Nature论文的第一作者、MIT博士生曹原来自中国。今年年仅21岁,本科毕业于著名的中科大少年班。

曹原1996年出生,籍贯是四川成都。2010年,14岁的曹原从深圳耀华实验学校考入蜚声中外的中国科学技术大学少年班学院,并入选“严济慈物理英才班”。

从中学时代起,曹原即受益于“超常教育”。

曹原2007年到深圳耀华实验学校读书,该校主管超常教育的副校长为朱源。后者曾任教中科大少年班20多年。曹原用了三年的时间读完小学六年级、初中和高中的课程。高考总分为理科669分。

2014年,曹原荣获中国科技大学的郭沫若奖学金。

天才代出的中国科大竞争激烈,少年班面对的是一大批杀手名捕。但是曹原却如鱼得水。

曹原在《计算物理》课遇到“令人闻风丧胆的杀手”丁泽军教授(江湖上人称丁老怪)。丁老怪向新创校友基金会回忆曹原时介绍说曹原是“很聪明的家伙!本科时计算物理课程中的课题研究成果发了一篇文章,J. Mag. Mag. Mater. 355 (2014) 93-99。没花多少时间,也就是一个寒假就做完了”。

中科大物理学院教授曾长淦也证实“这是在我实验室混过的娃”。曾长淦回忆“(本科)在我们实验室还发了一篇PRB理论文章呢。当时就觉得他太厉害了”。

一位与曹原熟悉的少年班毕业生说:他实在是太强了,以前在科大就是传说级的人物。

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奋斗的小俊俊

1、相变理论

统计力学是杨振宁的主要研究方向之一。他在统计力学方面的特色是对扎根于物理现实的普遍模型的严格求解与分析,从而抓住问题的本质和精髓。

1952年杨振宁和合作者发表了3篇有关相变的重要论文。 第一篇是他在前一年独立完成的关于2维Ising模型的自发磁化强度的论文,得到了1/8这一临界指数。这是杨振宁做过的最冗长的计算。Ising模型是统计力学里最基本却极重要的模型,但是它在理论物理中的重要性到20世纪60年代才被广泛认识。

1952年,杨振宁还和李政道合作完成并发表了两篇关于相变理论的论文。两篇文章同时投稿和发表,发表后引起爱因斯坦的兴趣。论文通过解析延拓的方法研究了巨配分函数的解析性质,发现它的根的分布决定了状态方程和相变性质,消除了人们对于同一相互作用下可存在不同热力学相的疑惑。

这两篇论文的高潮是第二篇论文中的单位圆定理,它指出吸引相互作用的格气模型的巨配分函数的零点位于某个复平面上的单位圆上。

2、玻色子多体问题

起源于对液氦超流的兴趣,杨振宁在1957年左右与合作者发表或完成了一系列关于稀薄玻色子多体系统的论文。

首先,他和黄克孙、Luttinger合作发表两篇论文,将赝势法用到该领域。在写好关于弱相互作用中宇称是否守恒的论文之后等待实验结果的那段时间,杨振宁和李政道用双碰撞方法首先得到了正确的基态能量修正,然后又和黄克孙、李政道用赝势法得到同样的结果。

他们得到的能量修正中最令人惊讶的是著名的平方根修正项,但当时无法得到实验验证。不过,这个修正项随着冷原子物理学的发展而得到了实验证实。

3、杨—Baxter方程

20世纪60年代,寻找具有非对角长程序的模型的尝试将杨振宁引导到量子统计模型的严格解。1967年,杨振宁发现1维δ函数排斥势中的费米子量子多体问题可以转化为一个矩阵方程,后被称为杨—Baxter方程(因为1972年Baxter在另一个问题中也发现这个方程)。

1967年,杨振宁还写了一篇于翌年发表的文章,进一步探讨了此问题的S矩阵。后来人们发现杨—Baxter方程在数学和物理中都是极重要的方程,与扭结理论、辫子群、Hopf代数乃至弦理论都有密切的关系。

杨振宁当年讨论的1维费米子问题后来在冷原子的实验研究中显得非常重要,而他在文中发明的嵌套Bethe假设方法次年被Lieb和伍法岳用来解出了1维Hubbard模型。Hubbard模型后来成为高温超导的很多理论研究的基础。

4、超导体磁通量子化的理论解释

1961年,通过和Fairbank实验组的密切交流,杨振宁和Byers从理论上解释了该实验组发现的超导体磁通量子化,证明了电子配对即可导致观测到的现象,澄清了不需要引入新的关于电磁场的基本原理,并纠正了London推理的错误。

在这个工作中,杨振宁和Byers将规范变换技巧运用于凝聚态系统中。相关的物理和方法后来在超导、超流、量子霍尔效应等问题的研究中广泛应用。

5、非对角长程序

1962年,杨振宁提出“非对角长程序(off-di-agonal long-range order)”的概念,从而统一刻画超流和超导的本质,同时也深入探讨了磁通量子化的根源。

这是当代凝聚态物理的一个关键概念。1989到1990年,杨振宁在与高温超导密切相关的Hubbard模型里找到具有非对角长程序的本征态,并和张首晟发现了它的SO(4)对称性。

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浮生若梦圈

他14岁就考上了中科大少年班,在2018年的同一天发表了两篇Nature,又在2020年的同一天发表了两篇Nature,特别厉害。

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不想吃成胖嘟嘟

A 试题分析:本题考察学生对新文化运动内容的认识,根据所学知识,新文化运动后期,马克思主义传入中国,新文化运动的代表人物李大钊积极宣传马克思主义,在《新青年》上连续发表《庶民的胜利》和《布尔什维主义的胜利》文章,颂扬十月革命,李大钊后来成为马克思主义者,B,C,D也是新文化运动的代表人物,本题选A。点评:本题难度较小,考察学生对历史知识的认识,新文化运动的前期和后期的内容不一样,前期以三个提倡三个反对为主,后期增添了宣传马克思主义的内容,而对宣传马克思主义做出重要贡献的则是李大钊,对于新文化运动的内容,同学们要注意识记。

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