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袁岚峰:之所以大家会想到石墨烯,可能是因为曹原对吧,他得了当年的Nature评的十大科学人物之一。他那贡献是什么?就是说他跟他的导师,他在MIT读博,他跟导师一块在Nature上连发了两篇文章,都是去研究这个转角石墨烯这个体系。
石墨烯就是石墨的一个单层,然后这个转角石墨烯就是两层石墨烯,但是把它们转了一个很小的角度。这个角度是多少呢?是1.1度,一个非常小的角度,但是结果就造成这样,它们就不重合了,然后从上面看起来就变成一个非常复杂的格子。然后他就告诉大家,第一,这个体系它是一个莫特绝缘体,这是个绝缘体,然后你再加个条件,再加点电压它又变成了超导体。
罗会仟:中间注点电子进去。
袁岚峰:非常神奇,它又变成一个超导体,但是超导的转变温度很低了,只有1.7 K。
罗会仟:对对对。
袁岚峰:所以这个引起了巨大轰动,当时就有很多自媒体发文章说,刚刚所谓持续几十年的难题被一位中国小将破解。我就说这个标题一看就是一惊一乍的营销号风格,但这确实是当年科学界非常轰动一个新闻。
罗会仟:当时很轰动,因为我在现场。
袁岚峰:噢,你在哪个现场?
罗会仟:在曹原老师的报告现场。
袁岚峰:ok。
罗会仟:当时是这样,其实我也去开了这个March meeting(美国物理学会三月会议),我在飞机上就拿到他的论文了,他还没有发表的时候我就拿到了,因为我要给Nature写一篇中文的报道。然后后来我到现场的时候,我们也没有想到这个事情会这么轰动,跟这次室温超导有点类似。也是正常我去March meeting的时候,因为提前半年安排的,所以大家都是一个小报告,正常的15分钟小报告。
然后这个小会场大概也就坐100人左右,不会太多,甚至几十人左右。然后事情发生什么呢?就是他那个导师的报告就是讲这个事情,专讲石墨烯的超导。这个导师是觉得这个可能会比较热闹,所以他故意提前了半个多小时去会场,不让进,里面挤满了人,保安把他拦在外面。
袁岚峰:这个事情引起巨大的轰动,是因为它是给人一个启发,是说转角石墨烯可能跟铜氧化物的超导机理有相似之处。它有可能启发……
罗会仟:机理有类似,并不是说报道那个室温超导那个时候就实现了 ,只有1 K多。
袁岚峰:它转变温度还是很低的,所以那东西并没有什么实用价值,至少到目前并没有。它主要是这个基础研究的价值,所以它也许可以启发我们了解铜氧化物的机理。比方说有个诺贝尔奖得主Laughlin他就说,这告诉我们铜氧化物超导可能本质上是一个很简单的东西,只不过我们还没有想到而已。
提问二:托卡马克装置有什么用,现在有什么用?
罗会仟:不要问现在啊。
秦经刚:要问将来。
袁岚峰:这个问得好,一下子问倒了。
秦经刚:托卡马克实际上是聚变装置的其中一种现在比较主流的一类装置,主要是解决这种未来聚变能源,实际上它的用途是在未来,不是在现在。那么现在的主要的用途,实际上就是开展未来这种能源应用的前端的物理研究,同时能够带动了就是说国内这种相关产业的发展。因为大科学工程归根结底最重要的东西是材料,如果你没有先进材料做支撑的话,你将来其实你也很难实现这种更高水平的这种装置,这是一样的。
罗会仟:核聚变这个装置一旦如果成功的话,它提供的电力到底有多少?
秦经刚:不不,这个你看目前就说……
罗会仟:就说ITER(国际热核聚变实验堆)吧。
秦经刚:ITER的话是500兆瓦,它的聚变功率定义是500兆瓦,然后未来我们的CFETR(中国聚变工程实验堆)定义是1-2个吉瓦(简称GW,1GW=1000MW),这个功率还是挺大的。
袁岚峰:它(ITER)的2倍到4倍。
秦经刚:对,是的,但是这个路还是很长。
罗会仟:还很长。
秦经刚:但是应该在我们有生之年应该能看到。
袁岚峰:是,所以大家要锻炼身体,好好活着。
秦经刚:对对对对。
罗会仟:转角石墨烯超导这个事情实际上在理论上是有预言的,或者说叫做魔角,我们叫魔角石墨烯。它在某一些角度是很特殊的,这会有一些特殊的物理学的性质,这些都是早就算出来了。只不过就是说像曹原那个工作是一度,一般来说大家不太关心,一度那么小我不好做,所以大家可能关心的更多其他更高角度的,那个实验上更容易操作。
然后去做了以后,当然没有发现超导,最后是曹原这个孩子动手能力特别强,他不仅解决了操控技术问题,他还解决软件问题。他自己编了一套软件,最终就把整个的转角的问题给解决了,只转一度,当然最开始那个魔角,他就发现了超导。所以超导有很多,后来其实又发现像我们组也做过叫做bilayer(双层)石墨烯,你把两层两层地摞,转个角也超导。你再多几层地摞,再转一下,或者你不用石墨烯,你用其他的二维材料转一个也超导,现在就来了一系列的物理叫做转角物理。
罗会仟:这个事情我们也不知道,我只能说因为我们也不是他们团队的人,我们也没有得到这方面的消息。我们希望当然大装置在中国会越来越多。
秦经刚:但是为什么超导材料的发展,对它的装置和项目的推动是有意义的。
罗会仟:对,就是说你像高能所提的这个大型对撞机,它是两个阶段,一个叫CEPC,一个叫SppC。CEPC(环形正负电子对撞机)是一个电子对撞机,它其实根本不用超导磁体,它用我们现在的正负电子对撞机那个磁体就可以了,只要是它的半径足够大就可以。但是SppC(超级质子对撞机)是必须要用超导磁体,而且最好是要用20摄氏度以上的高温超导磁铁是最好的。
当然将来能不能实现我们还要努力,那个时候可能是30年甚至50年,反正就几十年后的事情。所以我们超导的研究还要继续持续下去,尤其是我们应用的研究,一定要努力的推动下去。如果没有一个大项目在牵引的话,很可能大家就不会去挑战那么不容易的东西了。