中国95后学者登上《自然》年度人物榜首

网络 王霜 2019-02-03 10:35  阅读量:14602   

  世界权威科学杂志梳理回顾2018年最令人难忘的重大进展
        中国95后学者登上《自然》年度人物榜首

  英国《自然》杂志每年都会遴选出对科学界产生重大影响的年度人物。今年公布的名单中,有对石墨烯超导研究获得重大发现的中国年轻学者,也有推动全球变暖报告问世的法国气候学家;有发现混血古人类的德国古遗传学家,也有绘制超详银河系星图的荷兰天文学家……每一位年度人物的故事,都在述说2018年最为难忘的科学事件。

  石墨烯驾驭者

  22岁的曹原协助发现让石墨烯实现零阻导的方法,该成果开创了物理学一个全新的研究领域,能源利用率与能源运输效率有望大幅提高。

  曹原的青少年时期异于常人。18岁时,他已从中国科学技术大学拿到了本科学位,并前往美国开始攻读博士。此后,曹原再接再厉,先后发表了两篇关于原子厚度碳片层奇异行为的论文,开启了物理学的一个全新领域。曹原承认自己的情况有别于常人,但他说自己并不特殊,毕竟他还是用了四年时间读完大学本科:“我只是跳过了中学里一些无趣的部分。”

 

  2014年,曹原加入美国麻省理工学院帕布罗·埃雷罗团队,该团队当时已经开始进行将碳片层堆叠和旋转至不同角度的尝试。曹原的主要工作是考察在堆叠的双层石墨烯中,如果将其中一层相对另一层旋转极小的角度后会发生什么。根据一种理论预测,这种扭曲会极大地改变石墨烯的行为,但许多物理学家对此持怀疑态度。曹原决心创造出这种以微妙角度扭曲的双层石墨烯,并发现了一些奇异的现象。对石墨烯施加微弱的场并冷却至绝对零度以上1.7℃时,会让能导的石墨烯变成绝缘体。这一发现本身足以令人惊讶。

  曹原说:“我们已经料到这会对整个领域带来巨大影响。”但更好的消息还在后面:只需稍微调整一下场,扭曲的双层石墨烯就能成为一个超导体,让子实现零阻流动。他们在第二个样本中观察到了同样的现象,最终确认了此前亲眼所见的事实。

  通过简单的旋转就能让原子厚度的碳材料产生复杂的子态,这一研究成果让物理学家争相对其它扭曲二维材料的奇异行为进行实验。一些物理学家甚至希望石墨烯能够阐明复杂材料为何会在更高的温度下成为超导体。哥伦比亚大学物理学家克里·迪恩表示:“我们接下来可以做的事情太多了,眼前的机会巨大。”成功将平行的双层石墨烯扭曲至约1.1°的“魔角”需要一些试错,但曹原很快就掌握了可靠的方法。埃雷罗认为,曹原的实验技巧至关重要。

  曹原原创的方法先将单层石墨烯撕裂,组成方向相同的双层石墨烯,并在此基础上进行微调校准。曹原还通过调整低温系统,达到了能让超导态更为显著的温度。

  曹原喜欢将东西拆了重装。他的导师说,曹原本质上是个 “动手达人”,他在工作之余会用自制相机和望远镜拍摄夜空,这些作品在曹原的办公室随处可见。

  虽然曹原很年轻,略带羞涩,但在他的同事眼中,曹原的坚持不懈体现了他的成熟。22岁的曹原对自己未来的职业道路还不确定,他说:“在魔角石墨烯上,我们还有很多事情要做。”

  发现混血古人类的古遗传学家

  她和同事在对一块九万年前的骨骼进行DNA测序时,收获了2018年度最出人意料的发现。

  德国马克斯·普朗克人类演化研究所的古遗传学家薇薇安·斯隆及其同事,在对一块古代骨骼碎片进行DNA检测时,发现这块骨骼碎片属于生活在约九万年前的女性尼安德特人和曾在亚洲出现过的男性丹尼索瓦人的后代。

  尼安德特人和丹尼索瓦人的基因组显示,两者存在过基因交流,但此前从未发现过这种情况的直接后代。

  这一研究结果于今年8月一经发表,便引起了科学界和公众的强烈反响,当时有一位遗传学家表示:“这是所有接受过基因组测序的人类中最神奇的一位。”

  斯隆的大多数古遗传学研究主要围绕从丹尼索瓦洞穴中获得的资料,这一大型洞穴位于西伯利亚南部,以尼安德特人的表亲族群——丹尼索瓦人命名。斯隆对洞穴内遗骸开展的首个项目,是对其中发现的第四个丹尼索瓦人的牙齿进行DNA测序。此外,她共同领导的一个团队还在挖掘出的尘土中发现了丹尼索瓦人的DNA,这种方法有望转变整个古遗传学的研究方式,因为它不再依赖于寻找较为罕见的古人类骨骼。

  斯隆现在仍在对丹尼索瓦洞穴中发掘的材料进行研究,她渴望从古基因组的探索中获得各式各样的独特见解,比如各个古人类之间的家庭关系或生活环境如何影响个人健康等。她还希望能考察生活在欧亚遗址之外的古人类的生活。她说:“还有一整个世界等着我们去探索。”

  DNA侦探

  她通过公开的基因组数据,协助警方逮捕了曾在上世纪七八十年代犯下数起凶杀案的“金州杀手”。

  芭芭拉·雷伊-温特是美国加州北部一名退休的专利律师,是引领DNA破案的系谱学家。

  遗传系谱学主要通过DNA厘清家谱。雷伊-温特最早学习遗传系谱学,是为了寻找自己的祖先来源。后来,她开始运用这一工具帮助他人,比如那些被收养的儿童,这也引起了加州康特拉科斯塔县地方检察院侦查员保罗·霍尔斯的注意。

  霍尔斯负责追捕的凶手,是美国历史上最臭名昭著的连环杀手和强奸犯——“金州杀手”。在雷伊-温特的帮助下,凶手终于在今年落网,基于遗传系谱学鉴定罪犯的方法虽然存在争议,但也被证实具有强大作用。

  雷伊-温特将犯罪现场搜集的DNA制成一份个人信息,上传至系谱学家共享的公开数据库GEDmatch,并很快锁定了凶手。虽然GEDmatch的规模不如商业系谱网站的大,但GEDmatch的服务条款并未明确禁止其信息用于执法搜证。

  系谱学领域的很多人都知道这种方法可以破案,但关于这种方法是否侵犯隐私,一直未有定论。但对逮捕 “金州杀手”的大范围报道改变了这一现状:整个系谱学界大体上赞同这种数据使用方式,至少赞同将信息用于鉴定暴力型罪犯。此后,GEDmatch的创始人修改了数据库的使用条例,明确指出网站信息可用于执法目的。

  论文开放获取的引领者

  他大胆发起推倒科学出版付费墙行动,这是一项推进科研论文开放获取的大胆倡议,掀起了科学出版业的巨浪。

  过去几十年间,罗伯特-简·斯米茨都是欧盟委员会科学政策的幕后主导人,担任研究总司长一职有8年时间,直到今年3月接手一项为期一年的特殊任务——负责向欧洲机构宣传,让更多的研究论文更快地发表在期刊付费墙之外。

  这项任务名为“S计划”。斯米茨说,S代表“科学、速度、解决方案、冲击”。截至本周,16个资助机构已经签署了这项计划,并将从2020年开始,要求他们所支持的研究结果一经发表即能免费获取。

  斯米茨表示,几十年来,出版机构一直主导着论文的发表方式,“现在轮到资助机构来做决定了,我们会换一种做法。”

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