艾伯史密斯

以前我們實驗室有同門做過石墨烯，對於其性質略知一二。可以明確地說，曹原所製備出來的特殊石墨烯並非常溫超導體（一般稱室溫超導體）。

曹原年僅22歲就已第一作者的身份在《自然》（Nature）雜誌發表了兩篇重磅文章[1][2]，由此引發了世界的關注。要知道，以前評中科院院士，只要一篇一作Nature或者Science即可。雖然現在沒有這樣的現象了，但Nature或者Science在科學領域中屬於頂級雜誌的地位無法動搖，很少有人能在上面發論文。由於曹原的突破性工作，他登上了《自然》雜誌評選的2018年年度十大科學人物，他的研究成果也被做成封面。

曹原的主要工作是石墨烯超導的研究，但這種石墨烯的超導溫度並非是常溫，而是很低的溫度，只比絕對零度了高了一點，有關曹原製備出室溫超導體的報道是不實的。

石墨烯源自於石墨。石墨是由多層碳原子層組成，每層中的碳原子以蜂窩狀的多個六邊形排列在一起，每層之間的距離大約0.335納米。如果把石墨的多層結構剝離成一層一層的結構，得到的材料就是石墨烯。由於石墨烯的特殊結構，它具有優異的力學、電學、磁學和熱學性能，所以石墨烯改性一直都是研究熱點。

曹原的研究是把兩層石墨烯堆疊在一起，然後通過旋轉兩層產生不同的角度來研究其導電能力。當他把角度旋轉到1.1度，並且把溫度降低至1.7開爾文（即比絕對零度高了1.7度，-271.45攝氏度），這種雙層石墨烯材料表現出了超導現象，成為零電阻、完全抗磁性的超導體。曹原製備出的石墨烯超導體屬於低溫超導體，其超導臨界溫度遠低於冰點0 ℃，所以這種材料並非室溫超導體。

迄今為止，人類製造出的最高溫度超導體是LaH10，其超導臨界溫度為250開爾文，即-23攝氏度，離室溫超導體還有些差距[3]。另外，這種材料的超導現象需要在170吉帕斯卡的高壓（相當於地表大氣壓的170萬倍）之下才能實現。

曹原的研究之所以會引發關注，是因為只需簡單操作，無需引入其他物質，就能使石墨烯出現超導現象。對於這種雙層石墨烯超導體的深入研究，將能為高溫超導體甚至室溫超導體的研究指明方向。

參考文獻

[1] Yuan Cao, Valla Fatemi, Shiang Fang, et al., Unconventional superconductivity in magic-angle graphene superlattices, Nature, 2018, 556, 43-50.

[2] Yuan Cao, Valla Fatemi, Ahmet Demi, et al., Correlated insulator behaviour at half-filling in magic-angle graphene superlattices, Nature, 2018, 556, 80-84.

[3] A. P. Drozdov, P. P. Kong, V. S. Minkov, S. P. Besedin, et al., Superconductivity at 250 K in lanthanum hydride under high pressures, arXiv:1812.01561

火星一號

超導一直是人類夢寐以求的東西，因為這意味著沒有電阻的消耗。然而，常溫超導的研究卻舉步維艱，難以實現。

1、事實

曹原文章的貢獻在於找到了一個新的超導的方式，而非常溫超導。這一點，已經有人回答的很清楚了。他的兩篇全文，沒有提到常溫超導。

2、“常溫超導”如何傳播？

曹原的文章中寫的清清楚楚，超導溫度在1.7K，距離常溫25℃，還差了接近297℃。那麼究竟是誰最先開始誤導大眾？

1、事件的原點——2018.3.5

曹原的兩篇文章發表時間分別如下：

1. Yuan Cao, P. Jarillo-Herrero et al. Correlated insulator behaviour at half-filling in magic-angle graphene superlattices. Nature 2018. （2018.3.5）

2. Yuan Cao, P. Jarillo-Herrero et al. Unconventional superconductivity in magic-angle graphene superlattices. Nature 2018.（2018.3.5）

2、國內傳播點——2018.3.6

曹原的母校，中國科學技術大學少年班學院，在第二天就對此進行了報道，隨後北青網在3月7號，環球科學大觀在3月9號，也對此進行了報道。

隨後，消息沉沒，僅發現5月6號，用戶unvs將相關報道重新組織後，上傳至360的個人圖書館。

3、消息再度爆炸——2018.12.18

《自然》發佈2018年度科學人物，曹原位居榜首。國內相關報道與第二天（19號）開始，鋪天蓋地。但是，這一批的報道，都沒有出現常溫超導。

4、報道開始出現偏差——2018.12.19

百家號用戶指尖科技說，於第二天就發佈了常溫超導於曹原的文章。但是文章內容還是遵循真相，沒有說曹原發現了常溫超導。不過文章標題，和後半部分大篇幅介紹了常溫超導，給人誤解。

2019.1.8，搜狐的當代教育家轉載了微信公號，直接以曹原發現常溫超導為題，開始徹頭徹尾的虛假報道。

網易緊隨其後，在1.14日，發佈了“發現常溫超導體”，繼續將錯就錯。

後面，報道越來越多，偏差也越來越大。到現在，就是我們看到的這樣，大量的文章不經查實，紛紛報道常溫超導的實現。

3、總結

曹原的工作開闢了發現超導體的新方式，但是距離真正的常溫超導仍然有很長的路要走。這本是一件值得驕傲的幸事。然而，從百家號的“指尖科技說“的暗示開始，新聞報道開始出現了偏差。很多媒體不經求證，自行搜索他人發表的觀點，再稍微改造一番，最後變成了”曹原發現常溫超導“這個大烏龍。

力學Nerd王小胖

常溫（室溫）超導是人類夢寐以求的，但是目前人類只能實現絕對零度附近材料的超導性能，曹元發現的石墨烯兩層之間旋轉特定角度之後實現的超導現象同樣是在絕對零度附近1.7開爾文，大約是零下271攝氏度。

網上確實有大量的文章去誇張報道了，如果真的發現或者實現了常溫超導，那麼諾貝爾獎都會收入囊中的。曹元這兩篇文章都是在2018年3月5日以第一作者身份發表在《nature》上，好多人對這件事關注度可能並沒有那麼高。

那為什麼曹元的研究這樣受重視哪？

主要就是因為石墨烯旋轉特定角度實現超導，這是一種非常規超導體，現有的主流理論無法解釋。這跟之前發現的銅氧化物超導體是比較類似的，也是一種非常規超導體。

大家對於常規超導體的研究已經做了很大的努力，但是如果想要實現常規超導體的常溫超導難度很大，很難實現。這樣非常規超導體的出現就像是給我們另闢蹊徑一樣。

銅氧化物超導體被認為是最有可能實現室溫超導體的，目前已經實現了零下140攝氏度溫度下的超導現象。但是繼續往下研究就比較困難，石墨烯旋轉角度低溫實現超導的方式，內在機理很可能是和銅氧化物超導體相似的。這給人類實現常溫超導提供了新的路徑，增加了一份可能性。

曹元發現的石墨烯超導雖然不是常溫超導，但是意義依然重大，這很可能會成為人類實現常溫超導路上的關鍵性一環。

科學黑洞

曹原發現的石墨烯，是常溫超導嗎？

其實曹原發現的石墨烯超導並不屬於常溫超導範疇，這在NATURE網上的付費下載論文首頁描述中就說明了：“ we observe tunable zero-resistance states with a critical temperature of up to 1.7 kelvin.”"我們觀察到臨界溫度高達1.7開爾文的可調零電阻狀態。"這個1.7開爾文表示的在比絕對零度高1.7K的溫度，換算成攝氏大約為：-271℃，這個溫度對於習慣以攝氏溫標的朋友肯定肯定非常瞭解這是一個難以在普通條件下實現的溫度！

上圖是曹原在NATURE上論文的截圖，如果您有興趣全文，不妨留言可以轉發，要不然NATURE可是付費下載的！曹原作為第一作者這在論文中的分量是很重的，年紀輕輕就獲得了不俗的成績，未來前途不可限量！那麼曹原發現的石墨烯超導是在什麼條件下實現的呢？截圖論文中做了大致描述：

.....“對二維超晶格中的弱電子-聲子相互作用這種非常規超導電性能進行了深入研究，以小角度扭曲下的石墨烯，發現大約在1.1°時發現了一個“魔法角”，在這個狀態下，1.7K時觀測到了零電阻狀態，這載流性能和銅氧化物的相圖類似，甚至包括與超導性能對應的圓頂區域！”.....

上圖為實驗示意，兩層石墨烯以一個小角度扭曲加上1.7K的低溫條件下實現了低溫超導，儘管這個溫度甚至比已知材料中超導溫度都要低（我們極度需要高溫超導），但在以往的材料中都是以各種化合物為基礎的材料實現的，比如：銅氧化物超導體、重費米子超導體、金屬和合金超導體，鐵基超導體，甚至還有超出你理解的有機超導體！這些超導體無一例外是本身的屬性或者在化合物的屬性下實現，但石墨烯本不具超導性能，但雙層石墨烯在某個角度實現超導體，這應該屬於非常規超導中最另類的一個！這在超導領域研究開啟了一扇新的大門！

載流子調控下的"魔角"石墨烯超導

不具現實意義的石墨烯超導也許是未來的非常規超導的他山之石，當然如果能實現石墨烯這種單一材料的某角度常溫超導那自然再好不過，畢竟石墨烯本來就是一種可以成為超高強度材料的存在，在製造和應用領域的門檻，也許就將對普通場合開放！

比如經過簡單編織之後的超導電纜！當然我們現在討論這個應用還為時尚早！

星辰大海路上的種花家

石墨烯一直是熱門的研究材料，人們也對其在能源等方面的利用渴求太多，青年才俊曹原在自然雜誌上的這兩篇文章一發表就備受關注，國內外也給予了大量的報道。

首先曹原的發現石墨烯的新特性，這是石墨烯研究的重大突破，也是一種新的物理現象，但從現象到理論到實際應用，還有太久太久的路要走。大量Nature，Science的文章都是這樣，發現新現象，大批科學家跟進，但對應用沒有推進，過幾年就已經就被人們遺忘了。

這次曹原的工作確實令人驚豔，原來石墨烯還可以具有超導性質，在其文章中明確提出了在魔法角度下石墨烯超晶格具有非傳統的超導性，其工作的重要性就是從原理上進行了探索。

但是這兩篇文章的重點真的不是什麼常溫超導，文章提到的超導性是在1.7K下觀察到了，也就是比絕對零度高1.7度，這離常溫超導還有近300度的距離。

曹原的工作很精彩，科普工作對重要的工作當然要高調的報道，畢竟成果是MIT的，工作更是要歸屬於其導師及其團隊。

但國內媒體卻完美把震驚體應用到這個青年學者身上，什麼神操作，什麼實現常溫超導，解決了困擾百年的難題，這些對工作的錯誤理解，對曹原的形象也有損傷的，這樣容易捧殺青年科學家。

量子實驗室

根據他在自然雜誌刊發的論文，曹原所發現的並非常溫超導，而是低溫超導。

這是他的論文都原文。裡面提到在不同的疊加角度下產生超導時最高達到的臨界溫度僅為1.7K（圖中右上綠色箭頭），這隻比絕對零度高一點點而已，鐵定的超低溫！

那麼問題來了，超低溫超導不是早就有了嗎？曹原實驗發現的價值在哪裡？答案就是他發現了一個被稱為魔角的角度，這個角度≈1.1°（圖中左上綠色箭頭）實驗中當兩塊石墨烯絕緣材料雙層疊加在一起，並轉動了約1.1°（1.05°-1.16°），絕緣材料產生出神奇的不同程度的超導電性，見圖中右下綠色箭頭所在圖片。

這為超導研究打開了一扇神奇的大門，原來超導還可以這樣玩ʘᴗʘ。這將在以後的超導材料研究裡有非凡的啟發和指導意義，由於這項開創性的貢獻，論文的第一作者曹原被《自然》雜誌評為2018年度科學人物之首！

星宇飄零2099

這又是一個媒體亂報道的例子。

曹原的工作分為兩篇文章，分別是《Correlated insulator behaviour at half-filling in magic-angle graphene superlattices》和《Unconventional superconductivity in magic-angle graphene superlattices》。

只需要看看摘要就知道，石墨烯“魔角”產生的超導距離常溫超導還遠得很：

圖中高亮的一小段：1.7 kelvin，也就是1.7開爾文。

上圖是電阻與溫度之間的關係。可以看到，在角度為1.05度的「魔角」處，電阻會在1.7K左右的時候突然降低到零。這就是超導。

但是1.7K的溫度，離「常溫超導」還差得遠呢！

0K到1K的溫差，就相當於1攝氏度到2攝氏度的溫差。而零攝氏度在開爾文溫標下，相當於273K！所謂的「常溫」，大概需要達到300K的轉變溫度才可以。

現在比較高溫的超導體，大概能達到100多K的轉變溫度，也就是零下一百多度。即便是這麼低，也已經是非常之高了。

那麼，既然轉變溫度這麼低，為什麼能發頂級期刊呢？為什麼是很好的工作呢？因為曹原的工作開啟了一個新的範式——在二維、石墨烯六邊形結構上的超導。

前段時間還有另一個新聞，趙忠賢院士領導的鐵基超導體獲得了國家自然科學進步一等獎，溫度其實也就40K。為什麼就這麼重要呢？因為這是一個全新的體系。在傳統的BCS理論中，鐵基很難產生高溫超導。

他們的轉變溫度雖然低，但它們就像是新生的嬰兒一樣，不可限量。傳統的銅基超導研究了這麼多年，距離室溫超導還非常遙遠。開啟一個新的體系、範式，找到更多的可能性，是非常重要的一件事。

曹原的工作就是這樣的，通過二維結構的重疊，產生更大尺度的幾何結構，進而產生超導。這是極為漂亮的工作，也同樣開啟了一個新的體系。

科學哲學家托馬斯·庫恩在他的名作《科學革命的結構》中也指出，科學的進步，常常不是漸進發展的，而是一個新範式代替舊範式的過程。由此可見，範式、體系，是極為重要的。提出新體系，即便性能不一定好，但永遠都是重要的科學工作。

章彥博

雖然媒體鋪天蓋地地報道石墨烯的超導性，但我們仍需認清目前面臨的問題。現在石墨烯技術還在突破階段，真正大規模商業化應用還得一段時間。之前華為發佈了配備石墨烯電池的手機也只是增強電池的導熱性，並沒有顯著增加電池容量。

2018年，《自然》雜誌評選了年度十大科技人物，曹原作為年僅22歲的中國青年登上榜首，這的確很大程度上為國人爭光。

曹原的團隊通過兩個堆疊在一起的“超晶格”石墨烯片實現了在原子尺度上對電子移動的自由控制。這極大地降低了製造石墨烯超導性的難度，給研究人員指明瞭一條更便捷的方向。

此次實驗無需引入多餘的選項，只通過調節石墨烯兩端的電極可以讓材料變為絕緣體，而完全阻擋電子通過。

於此同時也可以通過調節電極讓石墨烯變成超導體，電子就可以無阻礙通過。

曹原做的就是通過1.1度的魔鬼旋轉實現對石墨烯材料超導體的控制。

這一成就在基礎科研上的確是重大突破，也加速了超導石墨烯材料的商業化進程。

但是我們還需保持冷靜，曹原做的雙層石墨烯超導實驗是在極低溫環境下進行的，其要求的溫度接近絕對零度。而大規模商業化的超導石墨烯需要在常溫環境下進行。因為每個使用了超導石墨烯材料的商品必然是要走出實驗室的，必須要經歷常溫下的挑戰。

曹原的實驗之所以備受關注，不僅是因為實驗取得了突破，更主要的是他身上攜帶的標籤“22歲青年”和“中國人”。

如果參與這次石墨烯超導實驗沒有曹原，而且西方人，那麼其關注度也就僅僅停留在科研圈內。

石墨烯的超導實驗還得要經歷常溫環境下的考驗，或者如何讓極低溫環境下的雙層石墨烯超導材料與常溫隔絕，使其即能發揮石墨烯的超導職能，又能確保在常溫環境下的運行。相比接近絕對零度才能實現的石墨烯超導性，常溫下的超導才是最大的難點，這一瓶頸技術要是被突破，那商業化的進程也只剩下降低成本了。

科學認識論

本來曹原的發現是一個重大突破，為開闢超導新方式找到了一個路徑。但這個實驗是在1.7K的低溫下進行的，1.7K也還在接近絕對零度的範疇，距離常溫還有天壤之別。科學界發現的3K背景輻射，都說是接近絕對零度。

這個在接近絕對零度條件下的發現，卻被網絡炒作成為“發現常溫超導”！與實際成果相距越來越遠，實在令人有些不可思議，流言真的很可怕。（見上圖）

在這些任意誇大的報道中，已經完全忽略掉了成果的真實性，而是一味的介紹起了曹原的生平和天才，並且開始描繪常溫超導體的廣闊遠景，似乎這種前景已經呈現在了眼前。這樣就給了人們一個荒謬的誤導~常溫超導就要來了！

那麼這個所謂“常溫”是一個什麼溫度呢？常溫也叫一般溫度或者室溫，在化工工藝中常用AMB表示，一般定義為25度，也就是298.25K。絕對溫標是熱力學的標準溫度，又叫開爾文溫標，簡稱開，符號為K。0K(不是OK）為-273.15攝氏度，而1.7K為-271.45攝氏度，距離25攝氏度還相差294.45度。

這次流言變異經過使我想起了一個流言變種的寓言。

一個人給鄰居說，家裡剛長大的雞開始下蛋了，剛剛生了一個新雞蛋。鄰居碰到朋友就說我家隔壁鄰居的雞生了一個很大的蛋；朋友遇到朋友說，聽說某某家的雞生了一個鵝蛋。

一傳十十傳百，最終傳回了那家新雞生新蛋的人家，變成了一隻雞生出了一個恐龍蛋，並孵化出了恐龍。而且這個說法專家還予以了證實，因為6500萬年前的恐龍沒有滅絕，而是進化成了鳥類。

雞的骨架與恐龍的骨架很相像，因此雞本來就是恐龍的後裔。現在雞變成了恐龍只不過是一種返祖現象而已。

於是這個新雞生新蛋的人家也聽說了這隻恐龍的誕生，但不知道這隻恐龍的誕生地在那裡，於是也加入了流言的傳播，成為這個謠言鏈條中的一個環節。

這個寓言告訴我們，不要輕易的聽信流言，更不要成為流言的一個環節。如果要知道事情的真相，就要冷靜獨立思考，並且去看看原始真實的信息。

超導體即超導材料，是指某一溫度下電阻為零的導體。通過實驗，若導體電阻測量值低於10^-25Ω，就可以認為電阻為零。

超導體生來就與低溫連為一體，最早發現的超導體為汞，當溫度下降到4.2K(-269.05攝氏度），汞的電阻消失。現在已經發現臨界溫度高於40K的鐵基超導體，迄今為止發現超導體只有在203.15K（-70攝氏度）以下，才能夠發揮作用。

而曹原發現的石墨烯超導現象條件低於1.7K。

超導體不但有0電阻的性質，還有一個重要性質就是完全的抗磁性.就是超導體會與磁場產生抗力，就是堅決不靠近磁體。根據這個特性人類就可以製造磁懸浮列車。

現在的超導體都還需要很低的溫度，高溫超導的理論研究還在摸索和實驗中。2012年9月，德國萊比錫大學研究人員發現，石墨顆粒能在室溫下表現出超導性。這個發現只是發現經過處理後的石墨粉有約佔0.01%一小部分，表現了抗磁性，而抗磁性是超導材料的標誌特徵之一。

大概所謂石墨的“常溫超導性”發源於此吧，但這個發現目前研究尚無大的突破。

因此，曹原的研究成果只是找到了發現超導體的一種新方式，與常溫超導體完全不是一回事。

曹原石墨烯的成果真實的表述是：扭曲的雙層石墨烯會產生兩種全新的電子態，也就是在兩層薄薄的石墨烯以小於1.05度角錯開時，會發生奇妙的現象：產生一種電子態為Mott絕緣體態，另一種為超導態。而這個實驗是在1.7K(-271.45攝氏度）時條件下得到的。

這是一個重大發現和成果，這項研究成果，為超導研究帶來了新思路，也為全新電學性能的探索和工程化提供了良好的研究平臺。但與實現常溫超導風馬牛不相及。

好在芸芸眾生中，還是有一些嚴謹較真的朋友，以實事求是的態度破除謠言。（見上圖）

所以我們一個有正常思維的人，對科學的發現和研究要準確的去理解和看待，千萬不要做那種充滿著“雞變恐龍”獵奇情結，動輒把現實當作科幻和玄幻來對待的妄人。

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時空通訊

以往的超導研究，多數集中在尋找更高溫度的材料以及製備方法，都是複合成分，超導溫度提高了很多，但離常溫還差得很遠。超導的機理一直不清楚，這方面沒有進展。曹原的工作是，用單一元素（碳），和清晰的結構（石墨烯結構），實現了超導，雖然只比絕對零度提高了1.7度，但意義在於找到了一個最簡單的模型，以後只需研究這個模型，就可以揭示超導的原理。可以說為超導理論的研究找到了最佳的研究對象。以前科學家都在盲目地摸索，現在目光一致了！

——我學得是計算機通信，以上是我個人的理解，不一定完全正確，非喜勿噴。

關鍵字: 石墨 科學 曹原