破解百年物理难题 开创物理新领域 24岁曹原再次连发2篇论文
2018年，22岁的曹原轰动了全球科学界，他在超导效应上取得了新的突破，1911年，昂内斯利用液氮将汞冷却到零下40℃，使汞凝固成线状；然后利用液氦将温度降低至4.2K附近，并在汞线两端施加电压；当温度稍低于4.2K时（相当于-269℃时，将开氏温度转变为摄氏度的公式就是开氏温度-273，因为绝对零度是-273度），汞的电阻突然消失，后来他又发现许多金属和合金都具有与上述汞相类似的低温下失去电阻的特性，由于它的特殊导电性能，林·昂内斯称之为超导态。
氦气制冷的氢液化系统
超导材料的应用主要有：①利用材料的超导电性可制作磁体，应用于电机、高能粒子加速器、磁悬浮运输、受控热核反应、储能等；可制作电力电缆，用于大容量输电（功率可达10000MVA）；可制作通信电缆和天线，其性能优于常规材料。②利用材料的完全抗磁性可制作无摩擦陀螺仪和轴承。③利用约瑟夫森效应可制作一系列精密测量仪表以及辐射探测器、微波发生器、逻辑元件等。利用约瑟夫森结作计算机的逻辑和存储元件，其运算速度比高性能集成电路的快10～20倍，功耗只有四分之一。
然而超导效应只能在低温下实现，1987年，物理学家吴茂昆和朱经武在钇钡铜氧系材料上把临界超导温度提高到90K以上，突破了液氮的“温度壁垒”（77K），科学界因此把临界温度高于77K称之为“高温超导”，它是指一些具有较其他超导物质相对较高的临界温度的物质在液态氮的环境下产生的超导现象，并不是真的高温。
然而科学家发现的一系列超导材料，如铜氧化物——钇钡铜氧、铊－钡－钙－铜－氧系材料，除了铜氧化物超导体还有氢基超导体、铁基超导体、金属低温超导体等，由于微观结构非常复杂，结构往往难以调整，很难进行微观尺度的研究，所以难以发现其超导机制；而超高压类的超导体，研究起来更难，也无法实现实际应用。
而曹原团队发现，只要将两层石墨烯片叠加起来，两层的晶格取向互相旋转一个角度。当角度刚好是1.1°时。双层石墨烯材料具有了超导特性。
也就是说，当两层石墨烯以一个“魔角”扭曲在一起时，只做了简单的角度旋转，就能在零电阻下导电。让双层石墨烯实现从绝缘体到超导体的转变，这个研究为超导研究开拓出一个新的子领域——"转角电子学"（twistronicic），极有望推动超导技术的进一步发展。
最近，由中国、美国和日本科学家们共同完成的一项研究表明，"魔角"双层石墨烯的超导性可以通过一个很小的电压变化来开启或关闭，这增加了其超导性在电子设备中的用途。
当然，我们必须要指出一点，曹原的研究离实现常温超导还有很大的距离，该系统仍然需要被冷却至1.7K，它只是发现了一种从绝缘体向超导体轻松转变的方法。但由于石墨烯结构简单，制作的器件比铜氧化物更适合研究，如果能在石墨烯这样结构简单的材料中实现高温超导，其应用价值和研究价值都非同一般。
这项研究成果的含金量究竟有多高呢？他的两篇关于石墨烯超导的研究论文直接在一天之内以连刊的方式登上了《自然》杂志，这也是《自然》创建149年以来达到如此成就的最年轻的中国科学家，而且英国《自然》周刊发布的2018年度影响世界的十大科学人物，曹原位居榜首。
在2年之后，2020年5月，曹原再次在《自然》一天连续发表了两篇论文，这次除了第一作者的身份，它还成为了共同通讯作者，这表示曹原已经成为了该项研究工作的主导者之一。
在第一篇 Nature 论文中，曹原团队致力于通过对扭转角的控制，将魔角特性推广到其他二维研究体系，以调谐和控制电子-电子相互作用的强度，实现相似的物理行为。他们采用了一种全新的魔角石墨烯体系：基于小角度扭曲的双层-双层石墨烯（TBBG）。这是一种新的扭曲石墨烯结构，其石墨烯不是两层，而是四层。研究观察到，与两层前身相比，新的四层“魔角”结构对某些电场和磁场更敏感。就像由两层石墨烯制成的“魔角”结构一样，这种新的四层石墨烯结构显示出一种奇异的绝缘行为。
TBBG的结构和输运特性表征
在论文中，曹原团队介绍了一种基于TBBG的高度可调谐关联系统。研究人员发现TBBG具有丰富的相图性质以及对扭曲角和电位移场（displacement field）高度敏感的可调关联绝缘态。
进一步地说，关联绝缘态能够根据电位移场的开/关状态进行转变。而关联态对磁场的响应则表明自旋极化基态的存在，这与魔角扭曲双层石墨烯完全不同。不仅如此，在更低的扭曲角范围内，TBBG在电中性区附近展现了多系列的平带（flat band），导致了多种关联态的出现，并且均能被电位移场所调控。研究认为，这些结果为在扭曲超晶格中探索扭曲角/电场可控的关联相提供了机会。
TBBG中位移场可调的关联绝缘态
曹原说：这个系统是高度可调谐的，这意味着我们有很大的“控制力”，这将能让我们研究用单层“魔角”石墨烯无法理解的东西。现在还处于该领域的早期阶段，就目前而言，物理界仍对其现象着迷。
在第二篇 Nature 论文中，曹原团队首次对整个扭曲石墨烯结构进行了成像和绘制，展示了魔角扭曲双层石墨烯（magic-angle twisted bilayer graphene, MATBG）的研究。
他们与魏茨曼科学研究所的研究人员合作开发了一种被称为“扫描纳米SQUID”的扫描技术，SQUID代表超导量子干涉装置，这是一项令人惊叹的技术，可以捕捉到距离1.1度不到0.002度的微小角度变化，空间分辨率也为几个莫尔周期。
利用纳米级针尖扫描超导量子干涉装置（SQUID-on-tip）获得量子霍尔态下朗道能级的断层图像，并绘制六方氮化硼（hBN）封装的 MATBG 器件的局部 θ 变化图，相对精度达到 0.002 度。
最后，研究者确立了 θ 无序作为非传统无序类型的重要性，从而可以将扭曲角梯度用于能带结构工程，以及器件应用的门可调谐内置平面电场
这两项研究成果展现了曹原在石墨烯双向电子学方面最新突破和进展。出生于1996年的曹原在11岁时曾用短短三年的时间，先后读完小学六年级、初中和高中的课程，并且精通中英日三国语言。在2010年，才14岁的曹原就以669的高考成绩被中科大少年班录取。进入了“严济慈物理英才班”，18岁的曹原进入了麻省理工攻读博士进行更加深入的学习研究，22岁就已经成为了开宗立派的科学新星。
曹原从来不认为自己是天才，他他很喜欢滑雪，也特别喜欢仰望星空。喜欢弹钢琴，还会画动漫插画…他曾说“毕竟我也是用四年时间读完大学本科，只是曾经跳过了中学里一些无趣的部分。”