曹原的少年班岁月
2010年,14岁的曹原以669分的优异成绩闯入了中国科技大学的少年班。进入严济慈物理英才班后,他成了班上最年轻的一员。中国科技大学的少年班以培养科学天才而闻名,而严济慈物理英才班则是其中最为精英的集结,汇聚了一批对物理科学有着浓厚兴趣和卓越才能的学生。
曹原入学后,学校为他和同学们安排了密集的课程表,内容涵盖了从经典力学到现代物理的各个方面。教室里,墙上挂满了物理公式和历史上著名科学家的画像。
曹原很快就感觉到这些基础课程对他来说过于简单,缺乏足够的挑战。这些课程大多围绕高中物理的深入扩展,而对于早已涉猎更高层次物理书籍的他来说,并不能满足他对新知识的渴望。他开始在图书馆花费更多的时间,翻阅大量的高级物理和数学文献,包括量子力学和相对论的先进教材,试图通过自学来弥补课程的不足。
在图书馆的一个角落,曹原常常独自坐在那里,面前堆满了各种物理和数学的书籍。图书馆成了他的第二课堂,他从中学到了许多高阶知识,这些是常规课堂上无法接触到的。这段时间里,他还通过网络资源,观看了多个国际著名大学的公开课,进一步扩宽了他的知识视野。
实验室的求学经历
大一学年结束后,曹原开始主动寻找机会,希望能参与更高水平的实验研究。他经过详细了解,得知学校里有一个以实验物理闻名的研究团队,由曾长淦教授领导,这个团队以学术要求高、研究项目复杂而闻名,吸引了众多优秀学生的目光。
曹原主动联系了曾教授,发了一封邮件,简要介绍了自己的学习经历和对物理学的兴趣,还表达了强烈的加入实验室的愿望。他提到了自己在课程学习之外通过阅读和自学掌握的更高深的理论知识,同时附上了一些他对实验物理的独立思考和初步尝试。曾教授在收到邮件后,对这位年仅15岁的学生的勇气和主动性感到意外。
曾教授安排一次面谈,进一步了解曹原的能力和意图。在面谈中,曹原条理清晰地回答了曾教授关于学术兴趣和研究方向的提问,他提到自己对于实验的兴趣,希望能通过亲自动手实践来检验书本知识的准确性,并且愿意接受实验室的任何任务。
尽管如此,曹原的年龄仍然让曾教授有些犹豫。实验室的研究任务难度大,对参与者的理论基础和动手能力有很高的要求,同时时间安排也十分紧凑。他试探性地询问了曹原是否有充分准备承担这些压力。曹原立刻表态,可以配合实验室的时间要求,还会在课余时间全力完成额外的学习任务。
经过短暂的思考,曾教授最终决定给曹原一个机会。他向曹原提出实验室的基本规则和要求,包括研究纪律、实验安全,以及如何处理实验数据等。曹原一一记下,并当场表示会严格遵守。就这样,曹原正式加入了曾教授的实验室。
超常的表现与学术成就
在曾教授的实验室里,曹原的投入和表现迅速引起了关注。起初,他的任务是从基础工作做起,比如熟悉实验设备的操作流程、学习如何记录和分析实验数据以及参与团队的日常讨论。这些任务虽然基础,却是实验室研究的核心,要求每个成员都必须细致、准确。曹原不仅很快上手,而且效率极高,经常能在规定时间之前完成任务。他对实验细节的敏感度让团队成员感到惊讶,甚至一些经验丰富的高年级生也开始注意到这个少年身上的非凡能力。
曾教授多次在团队会议上提到曹原的贡献,直言这个少年在许多方面已经超越了他的年龄和经验应有的水平。有时,曹原提出的问题甚至连曾教授也需要花时间去仔细思考。在实验室的几年时间里,曹原的研究成果逐渐在学术界引起了注意。他在团队中的研究项目开始取得一系列阶段性进展,部分成果被提交至国内外知名学术会议,引发同行的兴趣和讨论。
2014年,曹原顺利完成了本科学业。他的成绩不仅是年级中的佼佼者,还因研究成果的质量和贡献,获得了中国科学技术大学本科生的最高荣誉——郭沫若奖学金。
在国际舞台上的突破
本科毕业后,曹原怀揣着扎实的学术积累和对物理学的执着追求,作为交流生前往麻省理工学院(MIT)深造。初到MIT时,曹原加入了一个专注于二维材料研究的实验室。这支团队汇集了材料科学、物理学和化学等多个领域的专家,致力于探索石墨烯及其他二维材料的独特特性。
在研究过程中,曹原将主要精力放在石墨烯材料的层叠结构上。他从文献中了解到,石墨烯是一种单原子层的碳材料,其特殊的晶体结构赋予了它诸多独特的物理性质。然而,关于其超导特性的研究仍处于起步阶段,许多现象尚未被完全解释。曹原决定从材料的层叠角度入手,探索其中的潜在规律。
实验初期,团队的工作主要集中在调控石墨烯层之间的角度。曹原负责设计和优化实验流程,包括如何精确地调整两层石墨烯之间的微小偏移角度,以及如何在极低温条件下测试材料的电学性质。
经过一系列精密实验,曹原和团队发现,当两层石墨烯以约1.1度的“魔角”叠加时,材料的电学性质会发生剧变,表现出超导特性。这一发现非常出人意料,因为在此之前,石墨烯的研究主要集中在其强度、导电性等常规特性上,而超导现象则为这一材料的应用开辟了全新的方向。
实验室的讨论变得更加热烈,曹原详细记录了每次实验的数据和观察到的现象,并试图从理论上解释这些结果。他与团队中的理论物理学家密切合作,结合已有的量子力学模型,对实验数据进行深入分析。经过数月的反复试验和计算,他逐渐构建出一套完整的理论框架,能够解释石墨烯层叠角度与超导性之间的关系。
2018年,这一成果在英国著名学术期刊《自然》上发表,两篇论文以详尽的实验数据和理论分析,展示了曹原团队的发现。这一突破立即引起了全球科学界的关注,被认为是凝聚态物理领域的重要进展。许多国际顶尖研究机构开始尝试重复和拓展他的研究,验证这一现象在其他二维材料中的适用性。
选择留在美国的考量
尽管曹原在学术道路上屡屡取得突破,并因此得到了国际学术界的高度认可,美国方面更是向他抛出橄榄枝,包括终身绿卡、美国国籍、高薪以及一流的科研资源,试图吸引这位杰出的科学家留下来。然而,在公开场合,曹原多次表态,他始终认为自己是中国人,并明确表达了对祖国的深厚情感。他在接受媒体采访时强调,无论外界条件多么优越,他都希望将自己的科研成果和学术经验带回中国,为国内科学事业的发展贡献力量。
然而,现实的学术发展路径并没有完全按照这个计划展开。在攻读博士学位期间,曹原的研究成果在全球范围内产生了深远影响,这也使得他受到多所顶尖学府的邀请。面对来自国际学术界的强烈需求,他选择暂时留在美国,继续从事前沿研究和教学工作。2021年至2024年间,曹原在哈佛大学担任初级研究员,与多位顶尖学者共同推进石墨烯及其他二维材料的研究。
在哈佛期间,曹原的研究团队涉及多学科的交叉合作,包括材料科学、量子物理以及计算科学等领域。作为研究员,曹原负责设计实验、指导学生,并带领团队攻克多个技术难题。他参与的一项研究集中在石墨烯的应用领域,尤其是如何将其超导特性应用于量子计算机和新型电子器件。
与此同时,曹原仍然保持着高产的学术输出。他在顶级期刊上发表了一系列高质量的论文,这些成果不仅涵盖了石墨烯的超导特性,还涉及到其他二维材料的物理属性。他在《自然》杂志上的文章数量达到了9篇,在《科学》杂志上也发表了1篇,显示了他在学术界的影响力和持续创新的能力。
2024年,曹原加入了加州大学伯克利分校,担任电子工程与计算机科学系的助理教授。作为年轻一代科学家,他还开始承担教学任务,指导博士生和硕士生开展实验和理论探索。在伯克利,曹原继续深化对石墨烯超导性的研究,同时开拓新方向,探索其他二维材料在实际工程应用中的潜力。
尽管他的职业轨迹在美国延续,但曹原始终与中国学术界保持密切联系。他积极参与国内外的学术交流活动,通过演讲和合作项目分享自己的研究成果。