یوآن کائو: پژوهشگر گرافن

یوآن کائو دانشجوی دکترا، موفق به خاصیت ابررسانایی صفحات کربنی ضخیم پی برد.

یوآن کائو یک نوجوان معمولی نبود. تا سن هجده‌سالگی موفق به دریافت درجه‌ی کارشناسی ارشد از دانشگاه علوم و فناوری چین در هفئی شد و برای شروع دوره‌ی دکترا به ایالات‌متحده رفت. روند پیشرفت او به سرعت ادامه یافت تا اینکه در سن ۲۱ سالگی موفق به انتشار دو مقاله در مورد رفتار عجیب لایه‌های ضخیم اتم کربنی شد. این مقاله مقدمه‌ای برای ایجاد شاخه‌ای جدید در فیزیک شد. کائو می‌داند موقعیت او معمولی نیست اما معتقد است شخصیت او خاص نیست. دوره‌ی کارشناسی او کمتر از چهار سال بود و به گفته‌ی خودش بعضی درس‌های کسل‌کننده را نادیده گرفته است.

قبل از پیوستن کائو به آزمایشگاه دانشگاه فناوری ماساچوست (MIT) در سال ۲۰۱۴، گروه پژوهشی پابلو جارلیو، هررو کار روی لایه‌بندی و چرخاندن صفحات کربن در زاویه‌های مختلف را آغاز کرده بود. وظیفه‌ی کائو بررسی اتفاقاتی بود که هنگام پیچ خوردن یک لایه‌ی گرافنی در پشته‌های دولایه‌ای رخ می‌دهد. این ویژگی از نظر تئوری می‌تواند رفتار ماده را تغییر دهد.

بسیاری از فیزیک‌دان‌ها به این نظریه شک داشتند تا اینکه کائو هنگام ساخت پشته‌های به هم پیچیده، شاهد پدیده‌ای عجیب بود. گرافن با قرار گرفتن در معرض یک میدان الکتریکی کوچک و سرد شدن تا دمای ۱.۷ درجه بالای صفر مطلق (که معمولا باعث انتقال جریان برق می‌شود) به  عایق تبدیل شد. این پدیده در نوع خود شگفت‌انگیز بود. به عقیده‌ی کائو این کشف تأثیر زیادی بر جامعه‌ی علمی خواهد داشت؛ اما بهترین نتیجه‌ی این آزمایش تبدیل صفحات به ابررسانا بود که با کمی تغییر میدان می‌توان به این هدف رسید. در یک ابررسانا برق می‌تواند بدون مقاومت جریان پیدا کند.

قابلیت قرار دادن کربن ضخیم در یک وضعیت الکترونیکی پیچیده با یک چرخش ساده، فیزیک‌دان‌ها را تشویق کرد که این رفتار را در دیگر مواد پیچ‌خورده‌ی دوبعدی هم جستجو کنند. حتی بعضی هم امیدوارند گرافن بتواند بر ابررساناییمواد پیچیده‌تر در دماهای بالاتر تأثیر بگذارد. به عقیده‌ی کوری دین، فیزیکدان دانشگاه کالیفرنیا در شهر نیویورک، فرصت‌های زیادی برای کار روی این نظریه وجود دارد.

با آزمون‌وخطاهای متعدد می‌توان به زاویه‌ی جادویی گرافن(چرخش بین صفحات گرافن با زاویه‌ی ۱.۱ درجه) دست پیدا کرد؛ اما کائو خیلی زود توانست با قابلیت اطمینان بالا به این نتیجه برسد و به یکی از پیشتازان روش پاره کردن یک صفحه‌ی گرافنی و ساخت یک پشته از دولایه با جهت‌گیری یکسان و ترازبندی موفق تبدیل شد. همچنین سیستم برودتی را هم به گونه‌ای تغییر داد تا خاصیت ابررسانایی واضح‌تر باشد.

کائو عاشق جداسازی اشیاء و بازسازی آن‌ها است. در واقع او یک بندزن یا مونتاژ‌کننده‌ی خوب است. در وقت آزاد خود به کار با تلسکوپ خانگی و عکاسی از آسمان شب می‌پردازد. هررو درباره‌ی او می‌گوید:

هر بار وارد دفتر می‌شوم با بی‌نظمی زیادی روبه‌رو می‌شوم. کامپیوترهایی که از هم جدا شده‌اند و بخش‌هایی از تلسکوپ روی میز او قرار دارند.

کائو عاشق جداسازی اشیاء و بازسازی آن‌ها است. در واقع او یک بندزن یا مونتاژ‌کننده‌ی خوب است. در وقت آزاد خود به کار با تلسکوپ خانگی و عکاسی از آسمان شب می‌پردازد. هررو درباره‌ی او می‌گوید:

هر بار وارد دفتر می‌شوم با بی‌نظمی زیادی روبه‌رو می‌شوم. کامپیوترهایی که از هم جدا شده‌اند و بخش‌هایی از تلسکوپ روی میز او قرار دارند.

همکاران کائو می‌گویند، بااینکه کائو جوان و خجالتی است اما با پشتکار خود به بلوغ رسیده است. برای مثال راهی برای گردآوری تیم جارلیو، هررو از طریق بخش مهندسی برق دانشگاهMIT پیدا کرد. از طرفی پس از آنکه نتایج قابل انتظار را از آزمایش‌های خود نگرفت، شروع ناامید‌کننده‌ای در مقطع دکترا داشت. جارلیو هررو می‌گوید: او خوشحال نبود اما خود را برای یک شروع سخت آماده کرد و به کار خود ادامه داد.

حالا کائو ۲۲ سال دارد و هنوز از مسیر شغلی خود کاملا مطمئن نیست اما می‌گوید گرافن هنوز جای کار زیادی دارد. به گفته‌ی چانگان ژنگ، سرپرست کائو و راهنمای او در دانشگاه علوم و فناوری چین، دانشگاه‌های سراسر جهان نه تنها برای مشاغل پست دکترا بلکه برای موقعیت‌های دانشگاهی به او چشم دوخته‌اند. ژنگ می‌گوید: از میان فیزیک‌دان‌های ماده در چین، همه نام او را می‌شناسند. در چین این ستاره‌ها به خوبی دیده می‌شوند.

دانشگاه با آغوش باز پذیرای او است اما ژنگ انتظار دارد کائو فعلا در ایالات‌متحده بماند.