哈佛大学27岁天才少年最新论文：二维材料在MEMS器件中创新平台及其潜在应用！
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95后科研新星曹原，以其卓越的学术成就，特别是在石墨烯领域的突破性发现，被誉为“石墨烯的领航者”，持续在学术界掀起波澜。
曹原，1996年出生，四川成都人。中国科学技术大学应用物理学理学学士，密西根大学交换生，麻省理工学院电气工程工学硕士和博士，哈佛大学初级研究员。曹原于2007年被选拔进入深圳耀华实验小学超常班。在不到3年的时间里就完成了小学六年级、初中、高中所有课程学习。2010年以669分的高考成绩被中国科学技术大学少年班录取，并入选“严济慈物理英才班”。2012年作为首批交流生被派到了密西根大学学习。2014年本科从中国科学技术大学毕业，前往麻省理工学院读博，加入了巴勃罗·贾里洛·埃雷罗（Pablo Jarillo-Herrero）的团队。2020年获得麻省理工学院博士学位。
曹原的研究领域是Physical Electronics（物理电子学）、Micro/Nano Electro Mechanical Systems（微纳机电系统）、Physics（物理）
据澎湃新闻最新报道，曹原及其科研团队于今年8月21日在国际顶级期刊《Nature》上发表了题为《On-chip multi-degree-of-freedom control of two-dimensional materials》的研究论文。
至此，曹原已累计在《Nature》上发表9篇、在《Science》上发表1篇高质量学术论文，展现了他非凡的科研实力。
研究背景
二维材料（2DM）是一类具有优异电学和光学可调性的新型材料，因其在静电栅控和范德华堆叠调节方面的潜力，成为了当前材料科学领域的研究热点。尽管静电栅控作为一种成熟的操控手段，已广泛应用于调控2DM的性质，但在实际操作中，实时控制这些材料的界面性质仍然面临挑战，特别是在探索二维材料物理和发展先进量子器件技术时。这种局限性主要源于现有方法的不足，如依赖扫描显微镜进行操作，无法在器件级别实现广泛的应用和扩展。
研究内容
有鉴于此，哈佛大学Eric Mazur, Amir Yacoby & 曹原团队在“Nature”期刊上发表了题为“On-chip multi-degree-of-freedom control of two-dimensional materials”的最新论文。科学家们提出了一种基于微机电系统（MEMS）的芯片上平台，旨在提供一种更为通用且高效的二维材料操控方法。这一平台能够精确地控制2DM的堆叠与扭转，突破了传统方法的限制。通过该技术，研究人员成功在扭曲的六方氮化硼（h-BN）中创建了合成拓扑奇点，并展示了实时调控光学偏振的应用潜力。这一研究成果不仅拓展了二维材料的操控技术，还为凝聚态物理学和量子光学等领域带来了新的研究方向。
图文解读
1. 实验首次利用微机电系统（MEMS）平台实现二维材料（2DM）现场可调的界面性质，开发了一种名为MEGA2D的平台，能够通过电压控制实现对2DM的接近、扭转和加压操作。这一平台不仅紧凑且具有成本效益，展示了在非线性光学易感性中创建合成拓扑奇点（如梅伦）的能力。
2. 实验通过使用MEGA2D平台，成功在扭曲的六方氮化硼（h-BN）中实现了实时和宽范围可调的光源偏振，并预测了可以生成具有可调纠缠性质的纠缠光子对的量子类似物。该研究不仅扩展了操控低维量子材料的现有技术能力，还为开发新型混合二维和三维器件，尤其是在凝聚态物理学和量子光学领域，提供了新的技术路径和理论基础。
图 1| MEGA2D，一种用于扭转二维材料的芯片上MEMS平台。
图 2| 使用MEGA2D调节的扭曲h-BN的非线性光学探测和拉曼光谱。
图 3| 在扭曲的h-BN中实现的合成梅伦（半斯克雷明）的实验。
图 4| 具有MEGA2D的可调经典和量子光源。
结论展望
本文提出的基于微机电系统（MEMS）的芯片上平台（MEGA2D）为二维材料（2DM）的操控带来了革命性的新方法，突破了传统方法的局限性。通过精确的电压控制，MEGA2D能够在纳米尺度上实时调节2DM的界面性质，包括接近、扭转和加压等操作。这一技术不仅实现了对2DM堆叠结构的现场可控性，还扩展了二维材料在凝聚态物理学、量子光学等领域的应用前景。尤其是，MEGA2D平台的高度兼容性和可扩展性使其能够轻松集成到现有实验设备中，降低了先进材料研究的门槛，为更广泛的科研团体提供了强大的工具。此外，本文预测的量子纠缠光子对生成技术，展示了MEMS技术在量子器件开发中的潜力，开辟了低维量子材料研究的新方向。
该工作发表在Nature上
文章链接（点击“阅读原文”）：https://www.nature.com/articles/s41586-024-07826-x
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