代爾夫特理工大學博士後

『壹』 代爾夫特理工大學博士讀幾年

代爾夫特理工大學博士讀4-5年，最多不超過8年。博士的基本學制和招生方式有關系，目前博士招生有如下三種方式：直博、碩博連讀和公開招考三種招生方式。

1、本科直博：獲得學士學位申請直接攻讀博士學位的研究生基本學制是5年。

2、碩博連讀：碩士、博士兩個學習階段基本年限不低於5年。

3、公開招考：這種情況是指已經獲得碩士學位的博士研究生，基礎學制是4年。

代爾夫特理工大學：

代爾夫特理工大學是世界上頂尖的理工大學之一。代爾夫特理工大學位於荷蘭代爾夫特市，是荷蘭歷史最悠久、規模最大、專業涉及范圍最廣、最具有綜合性的理工大學，其專業幾乎涵蓋了所有的工程科學領域，被譽為「歐洲的麻省理工」。

其高質量的教學、科研水平在荷蘭國內和國際上都具有極高的知名度，得到包括美國工程技術學會在內的許多國際技術組織的認可。 其航空工程，電子工程，水利工程等學科在世界上都具有領先地位和卓越聲望，與瑞士蘇黎世聯邦工學院，德國亞琛理工大學，瑞典查爾姆斯大學構成IDEA聯盟。

以上內容參考：網路--代爾夫特理工大學

『貳』 被陳曲老師帥到是一種什麼體驗

是一種很爽的體驗。

陳曲，高校青年講師，國內知名英語培訓教師。分別於2007年和2014年在浙江大學獲得本科學位和博士學位，2014年起在荷蘭代爾夫特理工進行博士後研究工作。2015年以D類引進人才進入浙江科技學院任教。

主要從事計算機分子模擬研究，截止2017年初發表SCI論文11篇。除學術研究外，由於英語特長，於2008年-2015年供職於新東方教育科技集團任國內外考試部教師，2011年起任全國考研巡講師以及「相信未來」全國巡講師。2014年起供職於考神團隊擔任核心教師，專注於四六級寫作翻譯和考研寫作和翻譯部分的講授與研究。

陳曲，本科就讀於浙江大學理學院化學系，2007年獲得理學學士學位（並獲得英語輔修學位）。同年在浙江大學理學院免試攻讀博士學位，師從王琦教授。2007年7月至8月，以訪問學生的身份在美國北卡羅萊納州立大學化工系進行科研活動，師從美國工程院院士Prof. Keith E. Gubbins。2014年3月獲得理學博士學位。

2014年2月至2015年2月，在荷蘭代爾夫特理工大學過程與能源實驗室進行博士後研究工作，師從Prof. Thijs J. H. Vlugt。2015年6月以D類引進人才的身份進入浙江科技學院生物與化學工程學院任教。

從事化學計算機分子模擬的研究（包括蒙特卡洛模擬和分子動力學模擬等），主要研究方向有：

（1）受限體系下流體的擴散與吸附的分子模擬研究；

（2）多肽葯物與微孔材料之間相互作用的分子模擬研究。3次參與國際會議，並撰寫會議論文。同時在J. Chem. Phys.，J. Phys. Chem. B以及Ind. Eng. Chem. Res.等雜志上發表論文11篇。

『叄』 導師訪談：曹原是如何扭成的

2018年3月6日，Nature背靠背連刊兩文，報道了魔角扭曲雙層石墨烯的重大發現。其第一作者，正是學界的少年新星曹原。該研究的巨大影響力，令曹原直接被列入Nature當年評選的十大科學人物。本次，NSR邀請到了兩位魔角石墨烯領域的頂級專家進行訪談，他們分別是 麻省理工學院的實驗物理學家 Pablo Jarillo-Herrero ，以及德克薩斯大學奧斯汀分校的理論物理學家 Allan MacDonald 。其中Jarillo-Herrero正是曹原的導師，他高度評價了曹原的成就，稱 「從他身上學到的東西和他從我身上學到的東西一樣多」 ，而本篇也將圍繞魔角扭曲雙層石墨烯，來談談曹原是如何」扭成的「。

背景介紹

石墨烯是石墨的組成部分，由一個碳原子與周圍三個鄰近碳原子結合形成，它是含有六邊蜂窩網狀結構的碳原子單層，厚度等同於一個碳原子。單層石墨烯的存在已被預測幾十年，也曾在其他材料表面成功生長，但學界對石墨烯研究興趣的爆發卻是在2004年，因為該年人們才首次發現石墨烯可以通過機械方式從石墨薄片中分離出來（機械剝離法）。

石墨烯經常被描述為一種透明、導電性優良又極其柔韌的神奇材料。但有人感興趣一些更根本的問題。作為二維導體材料，石墨烯表現出異乎尋常的電子特性、磁特性，在量子限制效應、電子間相互作用等方面有巨大研究價值，在電子元件、設備等領域有著應用前景。2010年的諾貝爾物理學獎被授予給了英國曼徹斯特大學的Andre Geim 和 Konstantin Novoselov兩位教授，表彰他們在石墨烯研究領域的傑出貢獻。

當兩個石墨烯片層足夠靠近以發生相互作用時，其奇妙特性會進一步放大。尤其引人注目的是，石墨烯表現出的電子特性可能取決於石墨烯片層的相對角度，即兩層蜂窩網狀晶格之間的的對齊程度。堆疊在一起的兩個蜂窩網狀晶格可能會產生一種「超晶格」結構：晶格間在某些特定角度配合後呈現出的規律性更為顯著，甚至強於晶格間距所帶來的影響。這就是人們所熟知的「莫爾效應」——從遠處看兩個間隔很近的網格狀柵格時就能觀察到這種光學現象。

實驗 探索 這種「扭曲雙層石墨烯(twisted bilayer graphene,TBG)」的電子特性要求能夠精確地控制兩個石墨烯片層的位置和角度。這些現象現在也被認為普遍存在於其他二維材料中，例如六方氮化硼(h.BN)片。這些研究開辟了凝聚態物理研究的一方沃土，而某些特定的扭轉角度的 「魔角雙層石墨烯(magic-angle twisted bilayer graphene, MATBG)」 ，其表現出的神奇電子特性則更是引人入勝。

Pablo Jarillo-Herrero的小組率先製造了魔角石墨烯材料

Allan MacDonald是最先理論預測魔角存在的科學家之一

NSR： 是怎樣在扭曲雙層石墨烯中發現異常電子行為的？這些效應在發現之前是否曾被理論預測過？

PJ-H： 從2007年左右就有許多理論小組開始研究扭曲雙層石墨烯。到了2009年底，Eva Andrei的團隊報告了使用掃描隧道顯微鏡(STM)對扭曲雙層石墨烯的研究 [G. Li et al., Nat Phys 2010; 6: 109] 。他們觀察到數據中的峰值似乎在隨著扭轉角發生變化，而該峰值被視作是范霍夫奇點(van Hove Singularities)的電子結構所表現的特徵（范霍夫奇異峰）。特別是，對於1.16 左右的扭轉角，兩個范霍夫峰的峰間距接近於零。大約同一時間，另兩個小組在極小角度下研究了扭曲雙層石墨烯：智利的Eric Suárez Morell團隊 [E. S. Morell et al., Phys Rev B 2010; 82: 121407] 和美國Rafi Bistritzer與Allan MacDonald的團隊 [R. Bistritzer and A. MacDonald, Proc Natl Acad Sci USA 2011; 108: 12233] 。兩個小組都預測了扭曲雙層石墨烯在1.1至1.5 的角度存在扁平電子帶。Bistritzer和MacDonald創造了「魔角」一詞，指費米能級的電子速度變為零時的角度（費米能級是絕對零度下電子所能夠占據的最高能級）。

AM： 「我對 歷史 的理解，超越到學術出版物之外」，這句話來自Eva Andrei的文章。Eva是第一個測量到電子結構神奇變化的人，她發現了意外產生莫爾效應的雙層石墨烯片層在STM態密度測量中的特徵。Eva告訴我，觀察是第一位的，它激發了Antonio Castro-Neto和João Lopes dos Santos的理論。

我對石墨烯莫爾超晶格的興趣，始於與喬治亞理工學院的 Ed Conrad的一次談話。他向我展示了一些角分辨光電子能譜數據，我無法參透。當我的博士後Rafi Bistritzer和我著手進行演算時，我們發現計算結果顯示：石墨烯電子的速度會在一組離散的扭轉角處下降為零。我們把這些角度稱之為魔角，最大的魔角約為1 。這對我們來說完全是一個驚喜，我們立即意識到這意味著一個強相互作用電子的前景無限的平台。一段時間後我們注意到，智利的一個研究小組也獨立地開啟了魔角物理學的一些微光。但我們那 時尚 不清楚，是否有實驗者能夠在可控扭曲角的條件下建立樣本來觀察這種物理現象。我的同事Emanuel Tutuc在這個方向上做了很多工作，為Pablo工作的開展提供了部分信息。

NSR： 是什麼促使你研究該系統？現在看來，它成為了以可控方式觀察電子關聯現象的勝地——這一結果是預期之中，還是出人意料？

PJ-H： 最初我研究扭曲雙層石墨烯的動機是直覺，凝聚態物理中的這個「新旋鈕」，即改變扭曲角極可能帶來有趣的物理現象。凝聚態物理學中的系統通常很復雜，在 探索 未知領域時常有意外收獲。單就魔角石墨烯而言，我的動機是找到有趣的關聯絕緣態。我認為當石墨烯中的費米能級移動到范霍夫奇點時，關聯絕緣態可能會展現。[NSR：當費米能量接近這種奇點時，已經觀察到新的電子相，例如超導性。] 我們確實發現了絕緣態——但令我們驚訝的是它們是完全不同的類型。絕緣行為發生於每個莫爾晶胞的整數個電子，而非因為范霍夫奇點。這是個巨大驚喜。而更大的驚喜是超導性的發現，這更是無人預料。

AM： 我們最初關於魔角效應理論的發現，並不符合早期實驗的預期，因此，我們在發表文章時很不順利，因為審稿人認為我們肯定錯了。 巧的是，那時我正好當選美國科學院院士，我被允許在PNAS發一篇就任文章，評議很寬松。所以我決定，放棄與審稿人的拉鋸戰，以直接在PNAS上發表了我們的發現。

在那篇論文之後，我試圖找到其他可以觀察到有趣莫爾超晶格現象的案例。我提出了實現拓撲激子帶的可能性 [F. Wu et al., Phys Rev Lett 2017; 118: 147401] 以及許多與光學特性相關的建議。我還提出，與石墨烯結構相比，層狀過渡金屬二硫屬化物 (TMD) 的莫爾系統會產生完全不同的物理特性。莫爾領域的這一部分研究現在也已真正開始付諸實驗了。

新 物 理 的 樂 土

NSR： 從絕緣體到超導體再到磁性材料，這些石墨烯系統產生的電子狀態似乎十分多樣。產生如此多樣態的物理學基礎是什麼，又有哪些關鍵因素決定了這些性質？

PJ-H： 我們仍在努力全面地了解這些系統。但是您的基本觀察是正確的——魔角石墨烯以及現在的其他幾個莫爾系統，表現出一組非常豐富的關聯行為。起源似乎是因為這些系統都具有狹窄的電子帶（意味著電子的動能非常小），因此電子之間的相互作用能起著主導作用。一旦電子之間有很強的相互作用，那麼可能的多體基態（例如超導性、相關絕緣體、磁性等）就成為可能。我們能夠遍覽這些樣態，得歸功於莫爾系統的高度可調性。

AM： 多層石墨烯中的強相關性和量子霍爾效應中的強相關性之間有很多類比。Eslam Khalaf、Ashvin Vishwanath 和Mike Zaletel 等人的工作闡明了這種聯系。根本上它與電子能帶的拓撲特性有關。同時，這些系統具有準二維Hubbard模型（強關聯電子體系最簡單的晶格模型之一）的特徵。魔角石墨烯似乎是量子霍爾效應和高溫超導性的結合，這是個了不起的系統。

NSR： 你能解釋一下魔角效應嗎？是什麼讓石墨烯層在某些取向上表現得「特別」？

PJ-H： 魔角效應是一種「共振」狀態。 這種魔角角度促成的電子結構，使得電子穿越石墨烯層是如此的容易，就像為這些電子提供了通往另一石墨烯層的「直達隧道」一般。 用更簡單的話說，MATBG中電子多變行為的一個解釋是：當電子具有巨大動能（移動得非常快）時，它們幾乎「來不及」發生相互作用。但是在MATBG中，電子移動緩慢，因此當它們擦肩而過，會擁有更多機會發生相互作用。

NSR： 該系統中絕緣、超導行為的相互作用似乎與在銅氧化物高溫超導電性中觀察到的作用情況接近。兩者間有近似的物理規律在起作用嗎？這些種行為是否會在實際上有助於我們了解此類材料中超導電性的緣起？

PJ-H： MATBG和銅酸鹽超導體的相圖確實有很多相似之處，但差異也不少，例如，其晶格對稱性和電子結構的拓撲性質就非常不同的。此外，銅酸鹽中的電子均為簡並自旋，而MATBG中的自旋態則更加豐富。所以我們還不清楚對MATBG的了解是否有助於我們了解銅酸鹽中超導性的起源。雖然我直覺是會有幫助，但現在斷言還為 時尚 早。

AM： 對於這些問題，我們還沒有完全自信的答案，但我們正在取得進展。高溫超導體和MATBG系統之間有許多相似之處，其中磁序與費米面重構的臨界點是最有趣的。在我看來，通過進行新的實驗和理論場景測試，我們有可能會進一步增進對MATBG超導性的理解，並且進展也會幫助我們理解高溫超導性的產生。通過原位調制電荷載流子密度或其他方式調制系統屬性的可能性（例如通過改變柵距、電介質環境和平面磁場等）是 MATBG 的一個重要優勢。

NSR： 維度在此發揮的作用是什麼？這些行為是否取決於「這是一個准2D系統」的基本事實？這種行為是否與量子霍爾效應等低維量子多體體系的研究有關？

PJ-H： 維度非常重要，出於各種原因。其中部分為：MATBG因其二維幾何結構而具有高度的電可調性；電子結構（如電子態密度）取決於維度；相互作用效應也可能強烈依賴於維度（例如電子屏蔽效應在1D、2D 和 3D中是非常不同的）；至於量子霍爾物理，QHE 和 MATBG（以及其他幾個相關的莫爾系統）中的電子能帶本質上都是拓撲的，這兩者之間有著深刻的聯系。這就是為什麼後者可以表現出有趣的量子霍爾效應，即使零磁場下亦是如此（與標准QHE不同）。

AM： 電子關聯在低維度系統中往往更強，並且在更大范圍內產生令人驚訝的多電子態，包括分數量子霍爾效應 (FQHE) 系統、MATBG、雙層或三層石墨烯。QHE的拓撲圖構成了MATBG和FQHE物理之間的聯系。這種聯系的一個實驗證明是MATBG中異常量子霍爾態（即沒有磁場的 QHE）的普遍出現。

挑 戰 、 應 用 、 機 遇

NSR： 如何通過實驗研究這些系統？現在優質單層石墨烯的生產已經常規化了嗎？如何控制石墨烯片層的相對方向？

PJ-H： 超高質量單層石墨烯的生產已經非常標准化，如石墨機械剝離法，全世界有數以千計的團隊可以做到這一點。棘手的是以精確地控制旋轉角度並將兩個石墨烯片層堆疊一起，尤其是像魔角 1.1 這樣的小角度就更加困難。目前全世界只有15個團隊可以製造MATBG，但隊伍一直在壯大，因為該技術只要有人展示就易於學會。在新冠疫情之前，有很多小組來到MIT了解MATBG，而他們中的許多現在已經復制並擴展了我們的許多成果。

AM： 已經取得的成就令人驚嘆，但如果能夠開發出更精細地控制扭轉角的技術，並使扭轉角度分布更加均勻，這將加快該領域的進步。

NSR： 這些系統中還有哪些關鍵問題有待 探索 ？對你個人而言，現在最渴望研究的是哪方面？

PJ-H： 有待 探索 的關鍵問題還有許多。也許其中最重要的問題之一是超導性的確切機制和序參量對稱性。現在的實驗和理論似乎指向一種非常規的超導性起源機制（有些人認為MATBG可能是一個非常特殊的參數狀態下的電子-聲子介導超導體，盡管並非人人都同意）。我們仍然需要更詳細地研究這一點。我個人非常期望發現和研究新的莫爾系統、新的超導體及其關聯拓撲行為。對於可以構建的數百個可能莫爾系統，我認為我們幾乎只是觸及了皮毛。這些系統間的構成、幾何性質和復雜狀態都不盡相同。

AM： 我認為確定MATBG中超導性的起源機制很重要。我正致力於研究這個問題。一個重要的期待是我們將能夠在 MATBG或過渡金屬二硫屬化物（TMD）莫爾紋中實現分數反常量子霍爾系統（也稱為分數陳絕緣體），以展示量子反常霍爾效應。鑒於莫爾超晶格的靈活性，我們將很有可能發現、設計出有利條件。分數量子霍爾（FQH）狀態也是拓撲量子計算的可能研究對象之一。

NSR： 對這些系統的 探索 似乎還存在著許多潛在的自由度。比如，現在一些研究興趣是打算將雙層系統擴展到三層，這樣我們能夠預測或觀察到什麼？再比如，使用氮化硼等其他二維材料構成的異質雙層結構，又會給我們帶來什麼收獲？

AM： 我對找尋可以構建新型莫爾超晶格的其他層狀材料非常感興趣，每項發現都會帶來一個物理的新宇宙。在TMD和扭曲石墨烯莫爾系統的存在下，我們擁有了巡遊電子鐵磁體系的案例——只是磁有序溫度相當低。找尋提高有序溫度的方法、 探索 其最終極限將非常有趣。由於莫爾超晶格系統可以通過多種方式調制，因此遠景相對樂觀。 這是製造人造可調諧晶體的全新範例，我們才觸及皮毛。我們會見證所發生的一切——這正是科學的魅力所在。

PJ-H： 確實，可能性幾乎無窮無盡。就在今年稍早時候，Philip Kim的團隊和我團隊各自獨立在魔角扭曲三層石墨烯 (MATTG) 中發現了超導性。魔角略有不同（約為1.6 ），該數據其實是幾年前理論上預測的，所以我們知道該向哪裡行動。事實證明，MATTG中的超導性比MATBG中的更令人感興趣，因為它更強大且可調性更高。而使用異質雙層結構確實可以帶來很多新東西，在雙層石墨烯/氮化硼莫爾系統中發現量子反常霍爾效應 (QAHE) 就是最早的例子之一。

NSR： 更一般地說，MATBG系統體現了過去二十年來學界對強關聯電子研究興趣爆炸式的增長，這催生了一眾量子材料發現，例如拓撲絕緣體、馬約拉納零模、外爾半金屬等。是什麼促使了研究興趣的爆發？是否有新的理論正在浮現，將物質的量子、電子相態統一起來？又或者，我們其實仍相當程度處於發現和驚異的階段？

PJ-H： 凝聚態物理學在二十世紀80年代經歷了兩次革命，分別是：發現整數/分數量子霍爾效應（將拓撲學帶入該領域）和發現高溫超導性（將強關聯系統推到了學科前沿）。從那時起，拓撲研究領域和強關聯系統並沒有被密切聯系在一起，因為領域完全不同。而2000年後，出現三個顛覆性發現：石墨烯和二維晶體材料的發現；理論預測並實驗上發現拓撲絕緣體；發現了第二個高溫超導體家族，即鐵磷化物材料。然而，這些領域在很大程度上仍各自獨立。是MATBG將三個研究領域整合在了一起，因為它兼具所有特點。「莫爾量子物質」的話題在所有這些領域引發了熱烈討論。

AM： 在我看來，我們仍處於發現和驚異的階段，但我非常樂觀地認為，這些新型強關聯系統將導向對強電子關聯物理學更廣泛、更深入的認識。

NSR： 這些系統有沒有實際應用的可能，尤其是在設備技術方面？

PJ-H： 這總是很難預測。目前而言，能在這些系統中 探索 基礎物理的魅力，我的團隊乃至整個領域的研究人員都備受激勵。而切實來說，作為電可調超導體的MATBG（在工程學上叫做超導場效應晶體管）如果能夠被設法大規模製造，其實際應用是很容易想像的。包括超導量子比特、量子光電探測器和低溫經典計算等。

AM： 個人而言，我對尋找潛在應用非常感興趣——或許是光學性質，或許是自旋電子學。與TMD的介面可能在調節自旋-軌道相互作用力的方面派上用場——這對於自旋電子學來說很關鍵。

魔 角 在 中 國

NSR： 您對中國在這方面的研究有什麼印象？

PJ-H： 從理論物理學的角度來看，中國學界對此的研究興趣很大。在實驗工作方面，中國目前只有少數幾個具有納米製造經驗的團隊（其中最著名的是復旦大學張遠波教授的團隊）可以生產出高質量的莫爾量子系統，他們正在進行非常出色的研究。鑒於中國科研近來的快速發展，估計未來幾年將有更多的實驗組開始研究這個主題。

我以前的學生曹原在很多方面而言都是一位非常了不起的科學家。他聰慧、勤奮並且富有創造力和效率。他不僅是我前面提到的兩篇發現論文的第一作者，更是該領域的青年領軍人物，此後一直在該領域做著傑出貢獻。他在非常年輕時就獲得了多個獎項，包括麥克米蘭獎（授予青年凝聚態物理學家的最負盛名的獎項）和最近的國際薩克勒物理學獎。 能與他合作我覺得是一種幸運。我想，我從他身上學到的東西和他從我身上學到的東西一樣多。我相信他將成為他那一代科學家中的領軍人才。

AM： 吳馮成 是我小組以前的學生，為TMD莫爾系統做了重要的早期工作，涉及到其光學和電子特性，他也在MATBG 超導研究方面做了貢獻。他現在是武漢大學教授，是該領域的領軍人才。香港大學的 姚望 是TMD莫爾系統光學特性研究的前沿科學家。量子反常霍爾效應最早是在清華大學的磁性拓撲絕緣體中觀察到的。MATBG 提供了第二個例子，以及一些頗為有趣的異同之處。

NSR： 是什麼（或誰）給了您關於這項工作的主要靈感？您會給進入該領域的年輕研究人員什麼建議？

PJ-H： 我很多同事們都富有創意，他們凝聚態物理實驗方法上啟發了我的團隊。其中包括 Paul McEuen (康奈爾大學）、Andre Geim（曼徹斯特大學)和 Amir Yacoby (哈佛大學)。當然，我在代爾夫特理工大學的博導Leo Kouwenhoven 和我在哈佛的博士後導師 Philip Kim，都對我研究想法的形成產生了很大影響。對於年輕的研究人員，我會說： 勇於冒險並承擔風險，追隨你的興趣向前，不要讓別人限制了你施展抱負 。

AM： 我這樣做已經很長時間了。我非常享受實驗帶來驚喜的能力。我在材料科學做基礎理論的方法，嘗試在那些已經在實驗上可觀察的現象中找到興奮點。我的直覺很大程度源於——已知的實驗結果以及對不同的理論模型在描述自然方面成功與否的反思。對已觀察到但仍然神秘的現象，對其加深理論理解同樣是十分有趣的。

我會建議年輕研究人員發展出自己的獨特方式來思考研究領域的問題。每當遇到不了解的事物時，請打破砂鍋問到底，直至洞悉一切。 大多數時候，新見解都只是前人見解的某種細節——但說不準、有時也會變成某種真正的新東西。

本文譯自《國家科學評論》(National Science Review) Interview文章 「 A new twist on graphene: an interview with Pablo Jarillo-Herrero and Allan MacDonald 」， 原作者Philip Ball, 知社編譯。

原文鏈接： https://academic.oup.com/nsr/advance-article/doi/10.1093/nsr/nwac005/6506475