西安交大物理试验班毕业生以第一作者身份在《科学》发表科研成果

2018年，一种新的神奇材料“魔角扭转双层石墨烯”被麻省理工大学科研人员实现。这种材料迅速在物理界掀起一阵波澜。它既具有理论上的简洁，又在实验中表现出很多奇异现象，其中很多现象今天依然没有被完全理解。最近，来自哈佛大学的研究组在这一领域再次取得突破，通过在之前扭转双层石墨烯基础上添加新的扭转层，他们不仅证明之前简洁的理论可以被推广，同时发现原先双层系统中不曾展现的新现象。这一研究成果发表在《科学》杂志上，西安交通大学物理试验班2016届毕业生郝泽宇为文章第一作者。

郝泽宇同学2012年从山西省太原市第十二中学考入西安交通大学，经过入学选拔，考入物理试验班。得益于试验班的各项鼓励政策和国际化培养，郝泽宇在本科期间先后赴美国加州大学伯克利分校、纽约州立大学石溪分校、圣母大学等作为交换生学习。学习期间他跟随教授积极参与科研训练，2017年被哈佛大学录取，攻读物理学博士。博士期间进行二维材料中激子玻色爱因斯坦凝聚、魔角石墨烯等方面研究。此前曾以第一作者（共同一作）在《自然》杂志发表论文1篇。

视觉化的扭转三层石墨烯

“魔角扭转双层石墨烯”的奇妙之处在于当把一层石墨烯材料放在另一层之上，同时旋转到一个特定的角度——所谓的“魔角”时，两层石墨烯之间的电子会突然大幅减慢运动速度，这时候电子会变得对电子-电子间相互作用更加敏感，常常会产生新奇的行为。这种原本在理论上预测的性质在2018年麻省理工学院团队的实验中被证实，很多新现象也同时被发现。这些现象之一就包括超导，电子这时候会两两配对，电流流动不受到任何电阻。但是直到今天，这一超导的来源，这种超导是否属于传统超导体等问题依然备受争论。

针对上述问题，哈佛大学科研团队在这一领域迈出重要一步。他们第一次在实验上实现了“魔角扭转三层石墨烯”。扭转三层石墨烯是指在第二层石墨烯相对第一层向某个方向旋转的基础上，再加第三层石墨烯，也转动相同的角度，但是要朝着相反的方向。这一体系由于添加了复杂度，在实验上更难实现，但是在理论上却蕴藏着更多的可能。这是因为扭转三层石墨烯的魔角更大，也就意味着电子平均距离更短，相互作用更强，有可能会引起电子更复杂的行为。通过采用最新的原子力显微镜切割二维材料的技术，哈佛大学科研团队得以克服实验上的困难，成功制作出魔角扭转三层石墨烯的测量器件。通过测量其输运性质，他们在这一材料系统中也发现超导。有趣的是，与扭转双层石墨烯中的超导不同，这个新材料中的超导可以被电场调控。这使得科研人员能在更大参数空间内观察超导体的行为，获得更多信息。更为重要的是，他们发现在这一系统中有多项证据指向超导与电子相互作用息息相关，这表明更有可能扭转石墨烯中的超导并不像传统超导体一样是由电子-声子相互作用导致的。一旦证实，这将意味着科学家们将在所谓的“高温超导体”家族中再增一员。“高温超导体”中所谓高温依然比室温低很多，其意义更多在于一旦科学家解密高温超导体的机制，人们将可以有方向地寻找和制造能够在室温下超导的新材料。

西安交通大学物理学专业2009年首批入选“教育部基础学科拔尖人才培养试验计划”，2009年开始每年从高考、当年入校新生以及少年班学生中选拔一批品学兼优、对物理学兴趣浓厚，有志于从事物理科学基础研究的学生组成物理试验班。学院定制培养方案，选聘一流师资、注重个性培养、强化科研训练、加强国际交流、创造学术氛围，使学生在本科阶段能够掌握扎实的基础知识，接触国际学术前沿，思想活跃、视野开阔，逐步跻身国际一流科学家队伍，成长为国家物理学科领域的领军人物。2018年教育部拔尖计划十周年评估中，西安交大并列全国第五（物理、数学），2020年，西安交大物理学科首批进入“教育部拔尖计划2.0”。

截止2020年，物理试验班累计招收12届学生，毕业8届共258名学生，毕业生深造率超过92%。全部进入麻省理工学院、哈佛大学、普林斯顿大学、加州大学伯克利分校以及清华、北大、中科大等国内外一流高校或研究机构深造。多位优秀毕业生进入诺奖、国际重大科学计划团队，在专业领域崭露头角，先后有2人入选“福布斯中国30位30岁以下精英榜”。（文/西安交大）

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