作者:沈春蕾 来源:科学网微信公众号 发布时间:2023/3/30 20:20:58
选择字号:
读博2年样品都做不出!这位“普通男孩”收获首个重要成果

 

“我本科成绩不是很理想,不能直接申请出国读博。如今博士研究生即将毕业,还没有定好去哪里。”从浙江大学到北京大学,再到美国俄亥俄州立大学,田海东称自己是一个走一步看一步的人。
就是这样一个觉得自己很普通的男孩,却十分痴迷于物理实验。他在实验中发现,当两层石墨烯偏转到某个精确角度时,可以变为超导体,并且证明量子几何在其中发挥了关键作用。2月15日,这项研究在Nature发表,这也是田海东担纲一作的第一篇Nature论文。
“我在开始读博的两年时间里没有任何进展,那时连扭曲石墨烯的小角度都做不出来。”田海东并没有就此放弃,一门心思钻研如何改进样品的制备方法,在着魔般追求石墨烯偏转角度的同时,他也收获了自己科研路上的第一个成果。
图片
 

遇到“魔角”

 

图片
偏转的双层石墨烯器件 受访者供图(下同)
石墨烯是近年来材料领域的研究热门。它是一种?由碳原子构成?的单层片状结?构的新材料。
2018年,麻省理工学院的研究团队发现,在适当条件下,如果将一层石墨烯放置在另一层石墨烯上,并将这两层石墨烯偏转到特定角度——1.08°时,就会出现神奇的超导现象,可以无损耗地传输电能。
从那以后,这个角度也被称为“魔角”。研究人员开始研究这种偏转的双层石墨烯,并试图弄清楚“魔角”是如何工作的。
2019年,田海东所在研究团队在Science Advance上发表了他们的研究成果,发现超导现象在0.93°转角的样品中依然存在。“这个转角要比理论上预测的‘魔角’小15%。”田海东介绍,“我们团队率先在实验中发现,转角对超导的限制相对来说没有那么严苛。”
在Nature这项研究之初,田海东在制备样品时就被卡住了,他不能很好地控制偏转角度。而这项研究对转角的精确控制程度要求非常高,在此前提下,才能进一步探讨扭曲石墨烯在转角非常接近“魔角”时的输运性质。
从不能控制转角到精确控制转角,对田海东来说并非偶然,而是付出无数次坚持与努力的结果。
在理论上,当转角为“魔角”时,电子运动速度为0;当转角稍微偏离“魔角”0.02°时,电子运动速度就会达到5000米/秒。“由此可见,电子运动速度对转角是极为敏感的。”田海东说。
田海东称自己很幸运地制备了一个样品,其电子的运动速度大约为1000米/秒,并通过实验观测到量子几何对超导的贡献。
为什么要引入量子几何?田海东解释道:“我们制备的样品非常接近‘魔角’,按照凝聚态物理学标准,电子运动几乎被阻止,但该样品还是显示出了超导性。对此,我们不能用电子的速度来解释扭曲的双层石墨烯是如何工作的,不得不使用量子几何。”

图片

田海东

误差与运气

石墨烯样品的转角在接近“魔角”的同时,还要有更高的质量,这是实验的一个难点。

“转角对‘魔角’的偏离是随机的,并且无法在现有实验条件下消除。”田海东告诉《中国科学报》,“我们只能通过不断摸索和改进样品制备工艺,将误差降低到0.1°左右,而小于0.02°的误差就真的需要好运气了。”
好运气不会从天而降。实验进展缓慢曾给田海东带来很大的心理压力,导师刘津宁(Chun Ning Lau)教授帮他联系到一位从组里毕业的师兄,来向他传授经验,让他可以把心思完全放在改进样品制备方法上。田海东从不必要的精神内耗上脱离出来,慢慢地做出来的样品也越来越好。
在之前大部分“魔角”石墨烯的研究中,能观测到超导现象都是非常有挑战性的工作;而要观测到量子几何对超导的贡献,更是难上加难,因为需要把电子运动的速度降下来。
为此,田海东在实验中不仅展示了慢速运动的电子,还给出了比之前研究更精确的电子运动测量。
这项研究最大的亮点是,当电子运动速度极低时,存在超导和输运现象。然而,这有悖于传统上对超导和输运的理解,因为移动如此之慢的电子,本来应该不能导电。
“上述亮点也是我们投稿Nature的原因,我们的发现更偏重基础性,尤其可以加深对高温超导机制的理解。”田海东说,“在审稿过程中,审稿人提出要求验证极低电子速度在平带中存在的合理性,这也在后续制备的样品中得到了验证。”
在投稿后快一年时间的修改中,田海东发现,如何跟编辑和审稿人进行有效的沟通,也是一门很讲究的学问,需要不断的学习和改进。

图片

田海东做实验中

羽翼未丰

谈及自己的求学之路,田海东有点惭愧地告诉《中国科学报》:“在浙江大学读本科期间,我没有想过以后自己要做什么。”

本科临近尾声,田海东选择考研。在北京大学物理学院读硕期间,他获得了北京大学2015-2016学年国家奖学金,也坚定了自己学习物理的决心。
2017年,田海东来到俄亥俄州立大学攻读博士学位,恰逢刘津宁和Marc Bockrath两位教授的团队刚被从加州大学河滨分校挖过来,实验室都没有搭建好。
入学后,俄亥俄州立大学物理学院组织了由Jonathan Pelz主持的对每一位新同学选择导师的指导。“Jonathan Pelz教授获知我希望从事有关二维材料的凝聚态物理实验研究工作后,力荐了刘津宁教授和Marc Bockrath教授。”田海东回忆道,自己在2017年11月加入了刘津宁的团队。
在田海东眼里,二维材料是凝聚态实验一个非常活跃的分支,很多有趣的物理研究都是在二维材料这个平台上进行的。
“不仅可以从事自己喜欢的研究,还遇到一位可以帮忙联系推动实验室的导师,在学术上严格要求,又在生活上给予关心。”田海东表示,通过刘津宁的言传身教,自己逐渐适应象牙塔内外的工作和生活。
“我就是一个普通的学生,跟国内外优秀学子还有一些差距,不管是文章,还是理论知识储备都需要积累。”谈及未来,田海东称自己还没有仔细规划过,现在需要做的是努力让自己的羽翼丰满起来,才有资格应对接下来的机遇和挑战。
相关论文信息:
https://doi.org/10.1038/s41586-022-05576-2
 
 
 
特别声明:本文转载仅仅是出于传播信息的需要,并不意味着代表本网站观点或证实其内容的真实性;如其他媒体、网站或个人从本网站转载使用,须保留本网站注明的“来源”,并自负版权等法律责任;作者如果不希望被转载或者联系转载稿费等事宜,请与我们接洽。
 
 打印  发E-mail给: 
    
 
相关新闻 相关论文

图片新闻
数百个包含种族歧视的植物名称将被改变 平均每棵树干中都有超过1万亿个微生物
野外回归的墨脱百合在原生地首次开花 科学家创有机小分子催化新纪录
>>更多
 
一周新闻排行
 
编辑部推荐博文