以色列當(dāng)?shù)貢r間1月13日， 2020年沃爾夫科學(xué)藝術(shù)獎獲獎名單公布，其中物理學(xué)獎授予“魔角”雙層石墨烯相關(guān)的研究，生物學(xué)獎授予基因編輯技術(shù)CRISPR領(lǐng)域的開創(chuàng)性工作，數(shù)學(xué)獎授予微分幾何與拓?fù)浞矫娴闹匾晒送膺€公布了農(nóng)業(yè)獎與藝術(shù)獎。
這是沃爾夫獎第42次頒發(fā)。本年度獎項發(fā)給了來自美國、英國、法國、俄國、西班牙和以色列等6個國家的9位候選人。
編譯 | 繼省、趙世凡、烏鴉少年
2020年沃爾夫物理學(xué)獎授予三位物理學(xué)家：麻省理工學(xué)院的Pablo Jarillo-Herrero 教授、德州大學(xué)奧斯汀分校的Allan H. Macdonald 教授和 Rafi Bistritzer博士，以表彰他們在扭轉(zhuǎn)雙層石墨烯方面開創(chuàng)性的理論和實驗工作。2004年，曼徹斯特大學(xué)的兩位物理學(xué)家Andre Geim和 Konstantin Novoselov首次從層狀結(jié)構(gòu)的石墨中用膠帶剝離出了單個原子厚度的石墨烯（兩人因為相關(guān)工作獲得2010年諾貝爾物理學(xué)獎），自此之后，幾個實驗組迅速投身到了對于扭轉(zhuǎn)雙層石墨烯性質(zhì)的研究當(dāng)中。石墨烯是由一個個碳原子圍成的六邊形蜂巢結(jié)構(gòu)，具有諸多優(yōu)異的性質(zhì)。中科院物理所副研究員羅會仟介紹說：“石墨烯這種六邊形結(jié)構(gòu)單原子層網(wǎng)具有強大的‘抗壓’能力。更為獨特的是，石墨烯中電子的遷移速率非常快，是硅材料的10倍，因而在材料制備和器件構(gòu)造上有得天獨厚的優(yōu)勢，被譽為是未來最有可能替代硅半導(dǎo)體的材料之一?？梢哉f，石墨烯既是未來材料應(yīng)用的明星，也是當(dāng)今凝聚態(tài)物理研究的前沿?zé)狳c?！?/span>2011年，理論物理學(xué)家 Allan Macdonald 帶領(lǐng)的小組研究了扭轉(zhuǎn)雙層石墨烯的一個有趣行為。根據(jù) Macdonald 與他當(dāng)時的博士后研究生Bistrizer的計算結(jié)果，兩層石墨烯間電子的隧穿速率取決于它們錯開的角度。將兩層單個原子厚度的石墨烯堆疊在一起，當(dāng)它們之間的扭轉(zhuǎn)角度達(dá)到1.1°時，電子相互作用的效應(yīng)會被極度地放大，從而使雙層石墨烯表現(xiàn)出有趣的行為。不過 MacDonald 和Bistrizer的發(fā)現(xiàn)在一開始并沒有受到科學(xué)界的重視，甚至被遺忘了數(shù)年之久。與此同時，實驗?zāi)蹜B(tài)物理學(xué)家Jarillo-Herrero也在麻省理工學(xué)院的實驗室里進行著關(guān)于扭轉(zhuǎn)雙層石墨烯的研究，他的實驗室主要研究材料的超導(dǎo)、磁學(xué)和拓?fù)湫再|(zhì)。他相信 MacDonald 和Bistrizer的思想中蘊含著一些實質(zhì)性的東西。Jarillo-Herrero 的研究團隊因此投入了大量努力來制備并測量具有各種扭轉(zhuǎn)角度的雙層石墨烯。到了2017年，實驗取得了成功，他們發(fā)現(xiàn)，在溫度為1.7K（絕對零度以上1.7度），將兩層石墨烯彼此扭轉(zhuǎn)錯開1.1°的“魔角”時，它們表現(xiàn)為絕緣體，而只要施加微弱的門電壓注入載流子，這種材料就會轉(zhuǎn)變?yōu)槌瑢?dǎo)體，正如MacDonald 和Bistrizer之前所預(yù)言的那樣。Jarillo-Herrero團隊的研究成果于2018年發(fā)表在《自然》雜志上，這項成果在物理學(xué)領(lǐng)域產(chǎn)生了革命性的影響，并引發(fā)了大量的相關(guān)研究。對于這項實驗突破，羅會仟解釋道：“所謂魔角雙層石墨烯，就是把兩個單層石墨烯堆砌起來，并且相對扭轉(zhuǎn)一個角度。這種‘神操作’不是一般人能夠做到的，需要克服極大的技術(shù)挑戰(zhàn)。正是因為這個魔角，兩層石墨烯之間形成了新的結(jié)構(gòu)調(diào)制——摩爾紋，它具有更大的晶格尺度。以此為單元，就可以用傳統(tǒng)的門電壓調(diào)控技術(shù)調(diào)節(jié)載流子濃度，這最終導(dǎo)致了雖然石墨烯的載流子濃度相對金屬而言要低幾個數(shù)量級，但它的導(dǎo)電性能卻出現(xiàn)了翻天覆地的變化。”當(dāng)雙層石墨烯扭轉(zhuǎn)一個微小的角度時，上下兩層不再完美地垂直疊套，原本六角對稱的結(jié)構(gòu)因為疊套而形成尺度更大的“擴展元胞”，也就是所謂的摩爾紋。| 來源：nature與此同時，扭轉(zhuǎn)雙層石墨烯的發(fā)現(xiàn)也為使用雙層石墨烯來構(gòu)建超導(dǎo)體打開了大門。石墨烯和高溫超導(dǎo)看似是兩個不甚相關(guān)的領(lǐng)域，實際上卻存在著千絲萬縷的聯(lián)系。石墨烯具有完美的二維結(jié)構(gòu)，而高溫超導(dǎo)材料結(jié)構(gòu)則是準(zhǔn)二維的，例如銅氧化物材料中最關(guān)鍵的結(jié)構(gòu)單元就是Cu-O平面。扭轉(zhuǎn)雙層石墨烯中電子的行為與銅氧化物超導(dǎo)體類似。與需要在極低溫度下才能表現(xiàn)出超導(dǎo)電性的常規(guī)超導(dǎo)體相比，銅氧化物超導(dǎo)體在相當(dāng)高的溫度下就可以表現(xiàn)出超導(dǎo)電性，因此人們期待可以利用銅氧化物實現(xiàn)在接近室溫下無能量損耗的電流傳輸。如果這個目標(biāo)得以實現(xiàn)，將會導(dǎo)致一場影響深遠(yuǎn)的能源革命。然而，有一個障礙一直阻礙著這場能源革命的到來。雖然常規(guī)超導(dǎo)體的超導(dǎo)電性可以通過電子結(jié)合成對的 BCS 理論來解釋，但我們還沒有一個理論可以解釋高溫超導(dǎo)機制。如果缺乏堅實的理論基礎(chǔ)，要發(fā)展出新的性能更好的材料將困難重重。而扭轉(zhuǎn)雙層石墨烯是兩個單原子層的堆疊，比摻雜的銅氧化物材料要干凈許多，只需要通過外界門電壓調(diào)控就可以實現(xiàn)超導(dǎo)態(tài)和絕緣態(tài)的轉(zhuǎn)變。盡管扭角石墨烯的超導(dǎo)溫度僅有1 K左右，但是它的各種性質(zhì)實在太像高溫超導(dǎo)體了，因此有助于我們更好地理解高溫超導(dǎo)的微觀機制，甚至發(fā)現(xiàn)能導(dǎo)致更高超導(dǎo)溫度的全新機制。羅會仟表示：“能夠?qū)崿F(xiàn)高溫超導(dǎo)甚至是室溫超導(dǎo)電性是所有超導(dǎo)研究人的終極夢想。也正是如此，對于石墨烯乃至其他碳基材料中超導(dǎo)電性的探索從未停止?！?/span>致謝：感謝中科院物理所副研究員羅會仟對本文的修改意見和幫助。
[1] Bistritzer, R. & MacDonald, A. H. Moiré bands in twisted double-layer graphene. Proc. Natl Acad. Sci. USA 108, 12233–12237 (2011)[2] Yuan Cao et al. Unconventional superconductivity in magic-angle graphene superlattices. Nature 556, 43–50 (2018)[3] Yuan Cao et al. Correlated insulator behaviour at half-filling in magic-angle graphene superlattices. Nature 556, 80–84 (2018) [4] Xiaobo Lu et al. Superconductors, orbital magnets and correlated states in magic-angle bilayer graphene. Nature 574, 653–657(2019)[5] Kha Tran, et al. Evidence for moiré excitons in van der Waals heterostructures. Nature 567, 71–75 (2019)[6] 羅會仟，“魔角”石墨烯織造“高溫”超導(dǎo).知社學(xué)術(shù)圈(2018)[7] 羅會仟，Science 述評：扭扭捏捏石墨烯、干干凈凈調(diào)超導(dǎo)，ScienceAAAS公眾號(2019)[8] https://wolffund.org.il/2020/01/13/pablo-jarillo-herrero/數(shù)學(xué)獎
微分幾何與拓?fù)?/span>
2020年沃爾夫數(shù)學(xué)獎聯(lián)合授予了斯坦福大學(xué)的Yakov Eliashberg教授和倫敦帝國理工學(xué)院與美國西蒙斯幾何與物理中心（SCGP）的Simon K.Donaldson爵士，以表彰他們在微分幾何和拓?fù)渲凶鞒龅木薮筘暙I(xiàn)。Donaldson早年博士畢業(yè)于牛津大學(xué)，先后師從Nigel Hitchin和Michael Atiyah。在博士二年級時便證明了震驚整個數(shù)學(xué)界的有關(guān)于四維拓?fù)涞慕Y(jié)論。除此之外，他還發(fā)展出了一套徹底改變這個領(lǐng)域的全新工具，融合了來自全局非線性分析、拓?fù)浜痛鷶?shù)幾何中的新想法。他十分善于將物理運用于數(shù)學(xué)中，比如用楊-米爾斯方程解決了凱勒流形中的許多問題，從而改變了人們對于辛幾何的理解。這一觀念深刻地影響了數(shù)學(xué)與物理的發(fā)展，他使用物理方程?？臻g的技巧被人們用來構(gòu)造Donaldson不變量。尤其是近年來他也用特殊的幾何在弦論做出了重要工作。沃爾夫獎給Donaldson的頒獎詞是：“Donaldson因為過去35年來在幾何領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)作用而被授予沃爾夫獎。自從他在4-流形和規(guī)范場理論方面的根本性工作以來，他的研究已經(jīng)成為了融合來自全局非線性分析、拓?fù)洹⒋鷶?shù)幾何和物理的新想法的獨特結(jié)合。尤其值得注意的是他近來在辛幾何與凱勒幾何方面的工作?！?/span>Yakov Eliashberg博士畢業(yè)于列寧格勒大學(xué)，后于1988年移民赴美。在上世紀(jì)八十年代，他一邊做軟件工程養(yǎng)家一邊發(fā)展出了一個十分天才的組合技巧。這引導(dǎo)他發(fā)現(xiàn)了第一個辛剛性（symplectic rigidity) 的體現(xiàn)。他在上世紀(jì)八十年代末引入的“tight vs overtwisted”的切觸結(jié)構(gòu)已經(jīng)徹底改變了切觸拓?fù)涞拿婷玻⒂?989-1992年的系列論文中引入了現(xiàn)在廣為使用的數(shù)學(xué)語言。后來他又為辛域論（symplectic field theory）奠定了基礎(chǔ)，并且在近些年來于辛拓?fù)渑c切觸拓?fù)渲邪l(fā)現(xiàn)了大量驚人的同倫原則。這使人們認(rèn)識到剛性只是松弛現(xiàn)象（flexible phenomena) 海洋中的一滴水珠而已。沃爾夫獎給Eliashberg的頒獎詞是：“Eliashberg因為其在辛拓?fù)渑c切觸拓?fù)渲械牡旎怨ぷ?，在偏微分關(guān)系同倫原則和多維復(fù)分析中的貢獻(xiàn)工作而被授予沃爾夫獎?！?/span>https://wolffund.org.il/2020/01/13/yakov-eliashberg/https://wolffund.org.il/2020/01/13/simon-donaldson/醫(yī)學(xué)獎由美國加州大學(xué)伯克利分校的詹妮弗·杜德娜（Jennifer Doudna）教授和馬克普朗克感染生物學(xué)研究所的法籍科學(xué)家艾曼紐爾·夏彭提耶（Emanuelle Charpentier）教授共享，表彰她們在革命性基因編輯技術(shù)CRISPR領(lǐng)域的開創(chuàng)性工作。杜德娜是加州大學(xué)伯克利分校分子和細(xì)胞生物學(xué)教授、化學(xué)教授，霍華德休斯醫(yī)學(xué)研究所（HHMI）研究員。沃爾夫獎官網(wǎng)給杜德娜的頒獎詞是 “揭示了RNA介導(dǎo)的基因組編輯在細(xì)菌免疫中的變革性機制”，對于杜德娜在CRISPR技術(shù)應(yīng)用的倫理學(xué)爭議中的發(fā)聲，基金會也給予了表彰。夏彭提耶是德國馬克普朗克感染生物學(xué)研究所教授，法國籍生化學(xué)家、微生物學(xué)家、遺傳學(xué)家，是細(xì)菌病原體感染和免疫領(lǐng)域的知名專家。沃爾夫獎官網(wǎng)給夏彭提耶的頒獎詞是 “解密了細(xì)菌CRISPR/Cas9免疫系統(tǒng)并將其重新應(yīng)用于基因組編輯”。素有“基因魔剪”之稱的CRISPR技術(shù)是近年來科學(xué)領(lǐng)域的熱門。CRISPR/Cas9系統(tǒng)最早發(fā)現(xiàn)于細(xì)菌中，是細(xì)菌為了對抗病毒入侵而使用的一套類似于免疫系統(tǒng)的防御機制。杜德娜和夏彭提耶通過合作研究，將CRISPR/Cas9從細(xì)菌防御機制拓展成為跨物種應(yīng)用的基因編輯工具。這項技術(shù)的橫空出世，讓科學(xué)家可以高效、精準(zhǔn)地干擾細(xì)胞的遺傳活動——即改變、修復(fù)或移除特定的基因。這項技術(shù)在全世界范圍內(nèi)的分子生物學(xué)實驗室得到極其廣泛的使用，在臨床治療領(lǐng)域也進入了早期試驗階段，有望為某些不治之癥提供新的治療策略。在沃爾夫獎之前，杜德娜和夏彭提耶兩人就因開發(fā)CRISPR技術(shù)多次獲得國際大獎。據(jù)不完全統(tǒng)計，兩人同時獲得的獎項包括：2015年生命科學(xué)突破獎、西班牙阿斯圖里亞斯女親王獎（Premios Princesa de Asturias）中的科學(xué)技術(shù)獎項、2015年度阿爾珀特獎（Warren Alpert Foundation Prize）、加拿大蓋爾德納國際獎（Gairdner International Award）、臺灣唐獎的生技醫(yī)藥獎、2017年度日本獎、2018年度卡弗里納米科學(xué)獎（The Kavli Prize in Nanoscience）等。https://www.haaretz.com/israel-news/.premium-2020-wolf-prize-laureates-include-inventors-of-genetic-scissors-technology-1.8398614https://chemistry.berkeley.edu/news/jennifer-doudna-awarded-2020-wolf-prize-medicinehttps://phys.org/news/2020-01-gene-editing-tool-israel-wolf-prize.html農(nóng)業(yè)獎
植物開花時間控制和春化現(xiàn)象的表觀遺傳基礎(chǔ)
2020年沃爾夫農(nóng)業(yè)獎授予了英國約翰·英納斯中心的卡洛琳·迪恩（Caroline Dean）教授，以表彰其在植物開花時間控制和春化現(xiàn)象的表觀遺傳基礎(chǔ)方面的開創(chuàng)性發(fā)現(xiàn)。卡洛琳·迪恩教授是英國著名植物學(xué)家，其研究聚焦于理解植物季節(jié)性開花的分子調(diào)控機制，尤其是春化現(xiàn)象（指很多開花植物需經(jīng)過嚴(yán)冬低溫才會開花的現(xiàn)象）。迪恩教授的工作幫助人們理解植物的開花記憶和溫度感應(yīng)機制，對農(nóng)業(yè)領(lǐng)域和生物學(xué)領(lǐng)域都有深遠(yuǎn)影響，也因此獲得多項學(xué)術(shù)榮譽或獎項，包括英國分子生物學(xué)會（EMBO）會員、美國科學(xué)院外籍院士、英國皇家學(xué)會達(dá)爾文獎?wù)?、?lián)合國教科文組織女性科學(xué)家獎等。迪恩教授同時也是“科學(xué)巾幗”（Women in Science）運動的強力支持者。沃爾夫農(nóng)業(yè)獎是與世界糧食獎齊名的農(nóng)業(yè)領(lǐng)域重磅獎項，此前曾有兩位華人獲此殊榮：植物激素專家、臺灣科學(xué)家楊祥發(fā)教授（1991年）， “雜交水稻”研究專家袁隆平院士（2004年）。https://wolffund.org.il/2020/01/13/caroline-dean/https://en.wikipedia.org/wiki/Caroline_Dean2020年沃爾夫藝術(shù)獎頒給了美國的藝術(shù)家辛迪·舍曼（Cindy·Sherman），授獎理由是“用相機重新定義藝術(shù)”。辛迪·舍曼是美國先驅(qū)女?dāng)z影師、電影導(dǎo)演和藝術(shù)家，是當(dāng)今藝術(shù)和文化領(lǐng)域最具影響力的藝術(shù)家之一。她以“化裝自拍”攝影風(fēng)格著稱，其融入概念藝術(shù)且具有表演性的肖像自拍作品，在拍攝手法上顛覆了傳統(tǒng)攝影強調(diào)的紀(jì)實性，開拓了攝影的更多可能性。https://wolffund.org.il/2020/01/13/cindy-sherman/http://www.fosunfoundation.com/exhibitions/detail/14沃爾夫獎一直有“諾獎風(fēng)向標(biāo)”之稱，約三分之一的沃爾夫獎得主最后都獲得了諾貝爾獎。每年沃爾夫基金會都會在藝術(shù)、農(nóng)業(yè)、物理、醫(yī)學(xué)和數(shù)學(xué)等5個領(lǐng)域，各拿出10萬美金，獎勵“為人類利益和人類友好關(guān)系做出杰出貢獻(xiàn)”的藝術(shù)家和科學(xué)家。
本年度頒獎典禮將于2020年6月11日在以色列耶路撒冷舉行。
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