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你知道曹原是怎么一回事吗? 2019-09-25 20:35:20

【鱼论】你知道曹原是怎么一回事吗?


发现石墨烯常温超导的曹原

会成为国内第一个

获得诺贝尔物理学奖的科学家吗?

2019-05-07 06:33:15 来源:蛋蛋赞


首先声明一点,曹原发现的并不是常温超导现象,另外说明一下,如果现在有谁发现了常温超导现象的话,那么他一定可以得到诺贝尔物理学奖。

这本来是去年的事,不知从何时起又被炒起来了,曹原是中国人,1996年出生的他现在正在麻省理工攻读博士学位,前一段时间他发现了石墨烯特殊超导现象,并且以第一作者的身份在世界顶级科学期刊Nature上发表了两篇论文,可以说是名声大振。

超导现象一直以来是科学家乐于研究的,如果一个导体实现了超导,那么就意味着用这个导体传输电流的时候不会发热,也就是不会导致能量损失,这对于科学界来说意义重大,如果常温超导可以实现,那么就意味着世界每年就会节省大量的电能,如果传输电量的材料可以使用超导体的话,那么就会将能源消耗减少到最低。

但是超导体有一个很特殊的地方,那就是它对温度有严格的要求,一些材料只能够在零下269摄氏度的时候才能变成超导体,但是使用这些材料是很昂贵的,完全不合实际。在曹原的研究中,他发现石墨烯也有可能成为超导体,但是他的发现伟大之处不在于石墨烯超导的温度,而是他使用的方法给了其它科学家一个全新的思路。

科学界研究超导现象已经有100于年的时间了,1911年,荷兰一个科学家发现,用液氮冷却汞,当汞的温度下降到4.2k的时候,汞的电阻完全消失,这算是拉开了超导材料研究的序幕。科学家后来还发现,如果将汞置于高压条件下,其临界温度将达到令人难以置信的164k,然而这些距离常温超导来说还是太远了,常温一般来说是20-30摄氏度,也就是300k左右,可见超导现象的研究还有很长的路要走。

曹原发现的石墨烯超导时的临界温度为1.7k,接近绝对零度,怎会是常温超导,只不过他采用的方法很特殊,他发现了当两层石墨烯的夹角为魔角(1.05°到1.16°)的时候,双层石墨烯就具有了超导性能,以往科学家都是采用施压的方法升高材料的临界超导温度,但是曹原仅仅是旋转了石墨烯的角度就实现了这一点,可谓是一种全新的思维方式。

答:曹原去年3月份,在《自然》杂志上以第一人称发表的两篇论文,确实引起了一定反响。



常温超导对人类的意义非凡,但是曹原的发现并不是常温超导,某些媒体的宣传存在偏差。

曹原发现的石墨烯超导现象,是当双层石墨烯夹角为魔角1.1°(1.05°~1.16°)时,双层石墨烯就拥有了超导性能,超导转变温度最高为1.7K。


可以说无论是谁,只是能发现常温常压下的超导体,那么颁给他多少个诺贝尔奖也值!目前常温常压下的超导体,最高转变温度还是上世纪发现的汞钡钙铜氧超导体,超导转变温度在135K附近。



后来科学家在超高压下,发现了温度更高的超导体,比如法国科研团队发现,硫化氢在150万个大气压下,超导转变温度为203K(-70℃);氢化镧 (LaH10)在170万个大气压下,超导转变温度高达250K(-23℃)。

但是在如此高的压力下,根本不可能实现应用;曹原发现的双层石墨烯,超导临界温度为1.7K,非常接近绝对零度,但是他发现双层石墨烯从绝缘体转变为超导体,居然只是旋转了双层石墨烯的相对角度,这是非常不可思议的事。



这一发现给超导研究提供了全新的思路,以及全新的实验平台,因为双层石墨烯的温度、压力、角度、磁场、电流等等参数,都是可以实现精确控制的,这是非常令人兴奋的事,所以才会引起不小反响。


至于题目所问,或许还要看超导领域未来的发展,如果科学家沿着曹原的这个发现,能开创超导研究的全新理论和领域,那么一切皆有可能,如果这条路走不通,那么超导研究只能折路而行!



举个例子,在1957年,三位物理学家联合提出BCS理论,该理论解释了第一类超导体,但是该理论有个极限——麦克米兰极限,表示温度高于39K后,超导现象不可能实现。



直到1986年,两位科学家柏诺兹和缪勒,发现钡铜氧化物的超导转变温度高达35K,还发现氧化物类物质有可能突破麦克米兰极限;就在当年,其他科学家以此为思路,发现了超过麦克米兰极限的高温超导体,柏诺兹和缪勒也因此获得1987年诺贝尔物理学奖。



我的内容就到这里,喜欢我们文章的读者朋友,记得点击关注我们——艾伯史密斯!

本猫首先要肯定的是曹原同学的确非常了得,经过前面数个大神考证,他发文是真材实料的,恭喜曹原!

但是如果非得加上一个常温超导,和要国内第一个物理诺奖科学家,来进行宣传,这就是媒体捧杀的套路了!谁这样吹,不是傻就是坏!

曹原的石墨烯,是常温超导吗?

曹元发现的超导材料,实现超导的温度大约是1.7开尔文,换算过后大约是零下271摄氏度。这个温度,比原子彻底冻结的绝对零度就高了一点点,你非说它是常温?这里冰箱冷冻柜零下20摄氏度还差了10个南极的距离吧!

低温超导和高温超导

同学们注意了,别被媒体忽悠得团团转,就得有硬知识储备才行,我们马上来知识点!

科学界把77K以上能实现超导特性的材料称为高温超导。而与之对应的是低温超导,则是4.2K起步才具备超导特性材料的统称。

简单总结一下,泡在液氮(-196摄氏度)里面能使用的,称为高温超导。而泡在液氦(-272.2)里面使用的,称为低温超导。

它们有什么区别呢?液氮的成本和制作可乐差不多,所以高温超导还有些应用;而制作液氦,那是天价,大家只能在高大上的实验室里面刷刷数据。

超导材料是诺奖的热门

现实世界不存在理想状态,这是大伙的普遍认知,电子在导体里跑,不可能一丁点阻力都没有,所以电阻总归还是存在的。

1911年有个家伙把汞冷却到4.2K时,无意中发现电阻消失了,这下尴尬了,物理学家一下发现了理想世界,彻底懵逼了!啥也不说了,先给个诺贝尔奖吧。

1986年1月,柏诺兹和缪勒发现35K的钡镧铜氧,接着日本东京大学做到了37K,12月份美国休斯顿大学刷到了40.2K,十天后中科院物理所宣布找到了48.6K的超导材料,1987年2月份台湾科学家在美国直接飙到了98K,中科院也干到了100K以上,同年3月,日本再度把数据刷到了123K……超导大跃进时代来临,诺贝尔奖大家随便拿!

把硫化氢放到150GPa高压下,曾获得了203K的临界温度,这是迄今为止世界上最高温度的超导了。

现实一片大好是吧,常温超导是不是唾手可得了呢?

尴尬的超导理论

大家都知道一个道理,叫做理论指导实际!

其实随着超导材料的迅猛发展,超导理论却经历了从建立,到辉煌,再到破灭的梦幻之旅。

首先是BCS理论,关键点是“库珀电子对”的提出。但是因为库珀电子对的结合力有限,理论上超导的临界温度不可能突破40K。就叫麦克米兰极限温度。

打脸其实快得很!大家看我上一段就提前剧透了对不。1986年瑞士的美国IBM公司里的德国科学家柏诺兹和瑞士科学家缪勒,发现钡镧铜氧的金属氧化物陶瓷有超导电性,临界温度约为35K。金属氧化物陶瓷还是绝缘体,绝缘体也可以超导,这下子理论挣不住了。然后就是一系列的超导临界温度大跃进,至此,超导理论宣告崩溃。

超导材料的开发,就在没有理论支撑的情况下,继续裸奔前行。超导材料开发,目前处于摸着石头过河的处境,很难有系统进步的可能。

尴尬的常温超导梦

虽然液氮是可乐价,但是这么泡着用,终究是上不了台面的,离题目刚开始的梦想,0-30摄氏度内,真正常温使用超导材料,还差着十个冰箱的距离啊。

悲剧的是,对高温超导的理论连皮毛都算不上,常温超导就只能当牛皮吹了。

结语

革命尚未成功,同志仍需努力啊。

我是猫先生,感谢阅读。

正式回答问题之前先说两点:

    无论是谁如果能实现常温超导,那么获得诺贝尔奖轻而易举;

  1. 曹元这位95后天才少年确实非常厉害,2018年3月5日在顶级科学杂志《nature》上以第一作者连续发表两篇论文;

之后就是辟谣

曹元发现的通过对石墨烯旋转角度实现的超导现象并非是常温超导,超温超导的温度至少要达到室温才行(20-30摄氏度),而曹元发现的超导显现依然是低温超导,看如下论文截图:

图片中图亮的部分可以看出来实现超导的温度大约是1.7开尔文,换算过后大约是零下271摄氏度。这是常温超导吗?望各路媒体不要添油加醋的去宣传了。

低温超导早都有人实现,为什么曹元的石墨烯超导现象会这样受重视哪?

实现材料的超导这对于人类的发展至关重要,通俗一点去讲当导线没有电阻的时候,电量传输几乎就没有额外消耗。但是目前发现的一些金属或者合金只有在低温的时候才能实现超导现象。这种类型的超导现象被称为常规超导现象,用现有理论可以解释说明的,并且也知道要想通过这种办法实现超导也是前路漫漫。

但曹元发现的通过把石墨烯两层之间旋转特定角度之后实现的超导现象属于非常规超导,这跟之前发现的铜氧化物超导体是比较类似的,都是不走寻常路的。目前来看要想实现常温超导只能不走寻常路了。

曹元所发现的石墨烯超导虽然不是题目中所说的常温超导,但是意义非常重大,这很可能会成为人类实现常温超导路上的关键性一环。


欢迎关注我们:科学黑洞!图片来源网络侵删。

一)不一定,因为诺贝尔奖是追溯此理论第一个提出者,如果此理论是别人首先提出的,则应该是别人获奖。

二)小编这么纠结于诺贝尔奖,估计是精神严重被殖民的结果,没有西方人把持的评奖承认,中国的科研成果就不算是科技进步了吗?

三)中国没有诺贝尔奖,但不影响中国已经在八大科技领域中的数学与计算机科学、化学、材料科学、工程科学处于世界领先的位置,也不影响中国在未来五大科技方向人工智能、新材料、新能源、基因工程、量子科技处于世界第一梯队。

四)没有诺贝尔奖,也不能抹杀古代中国除了四大发明,影响世界的330项发明中有156项是来自中国。

见到无数网红为了追求几个粉丝,却大言不惭地谈论一个杰出的中国青年科学家,真是感到可悲、可耻又可恨!曹原是我国无数优秀青年中的佼佼者,他在世界科学界出名之后,首先想到的是回来报效祖国,这种爱国精神与人生理念,就值得亿万中国人民去学习、爱戴和敬仰!我们正行进在大国复兴之路上,需要无数曹原似的优秀人物成为大国业界的柱梁!为什么对娱乐界的娘炮都可以不吝其词地大加赞赏,而对真正的科学家点个赞或美言几句就那么难呢?曹原在美国可能早已是家喻户晓的人了,而在我们国内,除了娱乐界靠脸吃饭的明星和无聊的网红,普通人能够记得起几个,为了改变我们生活质量,推动我们国家向前发展,而默默做出个巨大贡献人物呢?


常温超导是指在室温下的超导,也就是20摄氏度到30摄氏度左右,如果真的有人将常温超导变为现实的话,诺贝尔奖什么的只是小意思,人类将借助常温超导技术进入一个新时代


目前的人类文明其实是一个电力文明,生活中的一切都需要电才行正常运行和使用,而超导材料最诱人也最显著的特点就是它的零电阻,这意味着超导材料可以让电力无耗损传输,因为目前使用的铜导线和铝导线都会损失15%的电力,如果常温超导材料出现的话节省下来的电力相当于几十座发电厂。

曹原2018年3月5日在《nature》发表的两篇论文其实并不是常温超导,而是在1.7K(-271℃)下的低温超导,现实中除了实验室以外没有地方可以大规模应用这种低温超导技术,因此曹原的成果虽然很辉煌,但并不能让人类文明进入常温超导的新时代。

曹原本次主要是发现了石墨烯在1.7k的温度下扭曲到1.1o时会呈现零电阻的超导状态,这个1.1o也因此被称为“魔法角”,毫无疑问曹原的这个新发现将为人类未来的常温超导做出贡献,尽管常温超导可能还需要很长时间才能实现。

曹原现为中国国籍,在美国麻省理工读博士,他在2018年就发表了有关石墨烯在特殊条件下出现超导效应的论文,当时也引起了很大的反响,但令人意外的是前段时间曹原的成果又突然火了,很多不负责任的媒体将曹原的发现曲解为常温超导。

诺贝尔奖虽然代表目前人类科学的最高成就,但我们不应该“偏执”的去追求它,其实只要是对人类有贡献的科学成功就都值得铭记和尊重,并且诺贝尔奖有时也未必权威,很多诺奖级别的成果都没有得到诺奖,比如杨振宁和米尔斯的“杨-米尔斯理论”

发现石墨烯常温超导的曹原会成为国内第一个获得诺贝尔物理学奖的科学家吗?

这是去年的事情了,早先在媒体上热炒过一阵,但后来沉寂下来了,不知最近又因何原因火热起来!不过有一点需要重申的是到现在为止科学界没有实现过常温超导!假如哪位科学家实现常温超导,比如室温范围,那么即使赶不上当年,也能赶上第二年或者第三年,因为这对于人类的影响实在太大了!

曹原发现的也仅仅是低温超导而已,1.7开尔文,换算成摄氏度是:-271℃,商业化应用想要达到这个温度是有难度的,当然实验室条件并无什么问题!不过吃瓜群众有话要说了,比这个温度高得多的超导体多的是,为何这次的石墨烯超导会引人注目呢?难道因为他是中国人吗?

确实与曹原是中国人有些关系,因为咱还是比较关心华人在科学界的科研成果,因此曹原的研究在国内引起了超导热,其实这也是一种很好的科普机会!但更重要的不是石墨烯在-271℃下超导的现象,而是实现这个超导的方法,据论文描述是在一个特殊的角度下,此前从来都没有发现过有其他材料会有这种特性,这对科学界的启发也许比石墨烯本身的超导性能要有用得多!

当然另一个特性是石墨烯的超高性能,如果这种材料可以在比较高的温度比如液氮的温度实现超导的话,再加上未来超高强度的石墨烯材料量产,成本和强度都可以达到令人满意的程度,无需像现在这样再跟如同玻璃一般的各种脆弱超导材料打交道,会不会让制造界也松一口气呢?

常温超导是终极的追求,不过在现阶段确实是难以实现的,但即使实现成本比较低的液氮温度、高强度、低成本意义就大了,也许很多设备将出现革命性的转变,也将极大提升能源利用率,更有可能的是连储能方式都会大大改变,这是非常值得期待的一个时代,而这也许在不久之后就会实现!

超导体是目前各个国家都在重点研究的方向之一而这些年石墨烯被成为重点的一种新材料,但是石墨烯属于一种电阻比较小的导体,但是在常温下石墨烯虽然电阻比较小,但是还是存在一定电阻值,而随着现在科技的发展,科学家们一直在寻求一种低阻值的材料,而在常温下面还没有一样材料能做到常温下电阻接近零的概念。

而超导体就是在一定条件下阻值接近零阻值的导体,而形成超导体的条件是材料和特定温度的结合,而目前还没有材料在常温下能做到零阻值,而石墨烯在世界上已经炒了几十年,但是在技术条件下,石墨烯想要形成超导体也和其他材料一样想要特定的温度下面才能形成超导体,而常温下还没有谁能做到常温超导体的材料。

而石墨烯也一样曹原发现的石墨烯形成超导体并不是在常温下形成的,而是要在接近于绝对零度的条件下才能形成超导体,而曹原的研究成果是,将两层石墨烯材料以某个扭曲角度推叠,将会形成电阻为零的导体,但是要有一个特殊的条件就是在一定的室温内,而是接近绝对零度的前提下,而在出了特定温度后这种条件就做不到零阻值。

所以曹原并没有发现做到常温下能让石墨烯变成超导体,而是网上网络上的传言被完全夸大,如果能发现在常温下形成超导体的条件,那将会是科学界的跨越式突破,毕竟节省了大量的用于制造恒温条件的设备,这样会节省很多的物力和资金,而甚至有可能对科学的发展提供跨越式跨时代的进步,那就是意义重大,诺贝尔奖还不是信手拈来的事情。

只是可惜了曹原的研究成果并非是做到了常温下形成零电阻的超导体石墨烯,而是特定条件才能形成的,所以虽然令人失望,但是也预示着这个研究成果代表着进步,也说明了我们黄种人在许多方面的确也非常厉害,而曹原的研究成果预示了未来的科学界必定有我们的一席之地,至少不会像一两百年前那样只有西方独亮,曹原就是这一类的代表是国家的骄傲。

首先,关于曹原发现常温超导石墨烯的说法是错误的,这是对曹原研究的误解。迄今为止,人类并没有发现常温超导石墨烯。曹原的研究确实是与石墨烯超导有关,但实现超导的温度远低于常温。


石墨烯是典型的二维材料,它由单层碳原子层组成(多层就是石墨)。石墨烯有着优异的电学性能,科学家早就对该材料开展超导研究,并且制备出了具有超导性能的石墨烯。不过,这些超导石墨烯都是低温超导体,温度远比室温更低。


曹原的成果也是制备出了超导石墨烯,但制备方式与众不同。在零下271.45摄氏度的超低温环境中,曹原团队让两层石墨烯旋转到1.1度的夹角,结果石墨烯变成了超导体。这种制备方式相对十分简单,有可能会对未来的常温超导石墨烯研究产生深远影响,再加上曹原年轻有为,所以曹原的研究受到了科学界和大众的广泛关注。


但需要强调的是,曹原并没有制备出常温超导石墨烯,他所得到的超导体仍然是低温超导体,超导临界温度只比绝对零度高了大约1.7度,所以这项工作并不能让曹原获得诺贝尔物理学奖。对于年轻科学家的鼓励是有必要的,但请不要捧杀。


如果常温超导石墨烯真的能够被制备出来,这将是划时代的研究,会对人类文明的发展将产生深远的影响,所以新闻必然早就铺天盖地报道开来,但实际并没有。可以说,如果有科学家能够研究出常温超导石墨烯,或者是其他超导体材料,他必然会获得诺贝尔物理学奖(也有可能是化学奖),因为这个意义实在是太重大了。

关于发现超导新材料这一点能发的奖已经发的差不多了,自从1911年提出超导理论以来,关于超导材料的发现已经陆陆续续的发了八个,要想再靠发现新的超导材料来获得诺贝尔奖不大可能。

补充一点,上述八个团体或个人诺贝尔奖发现的超导体材料没有一个是能在室温下实现超导的,他们也只不过是不断刷新记录不断逼近而已,就算这样现在能实现超导的条件也很苛刻,要么实现低温,要么实现高压,低温的,有的零下二十多度就可以,压强需求多少呢,一百五十多万个大气压,开个不恰当的玩笑,一个高压锅1.7个大气压,如果能累计,需要的高压锅可以堆成一坐山。

发现石墨烯的两人团体也获得过诺贝尔奖,由于这种材料的超强性能,被人不断给予新期待,有人拿它做过超导实验,不过没什么进展,而曹源这次的成果就是发现了石墨烯在电子导通和不导通两种状态下的转换,而这个如果能形成一种理论,那么这个临界点怎么形成的,别的材料能不能,如果能也需要什么条件,如果他和他的导师能总结给出一个理论,诺贝尔奖都盖不住他的光芒。

总之,一句话,超导新材料不值钱,超导界需要一个理论来统一他们,统一者,开天下。





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作者:水蛇 留言时间:2019-09-26 05:13:23

不管怎么样,二十二三岁,很了不起了。

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