7月材料領域重大進展

 　　1、Science: 納米晶銅膜從不平滑

　　來自愛爾蘭都柏林大學的John J. Bolan教授(通訊作者)等人使用掃描隧道顯微鏡研究了銅納米晶膜(111)面的低角度晶界(LAGBs)。晶界的存在致使膜上產生了由刃位錯組成的“谷”和不全位錯重組形成的“脊”。幾何分析和模擬表明，面外晶粒旋轉使晶界能量降低產生驅動力，正是這種驅動力促使“谷”和“脊”的形成。這些結果表明，一般來說不可能形成由銅以及其他層錯能較小或位錯線彈性場各向異性較高的金屬組成的平滑二維納米晶體薄膜。但是，如果能夠通過有效調控晶界摻雜從而改變層錯能，或者膜與基體的相互作用，還是有希望能夠達到控制晶體旋轉和優化納米晶體薄膜性能的目的。

　　文獻鏈接：Nanocrystalline copper films are never flat(Science,2017,DOI:10.1126/science.aan4797 )

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　　2、Science: 功能化無機納米材料的直接光學光刻

　　美國芝加哥大學的 Dmitri V. Talapin(通訊作者)課題組發明了一種稱之為功能化無機納米材料直接光學光刻(DOLFIN)的納米晶方法。這一新型處理方法結合了多種傳統光刻方法的優點，能夠在不引入有機光刻膠和其他副產物的條件下高效圖案化無機納米材料和溶膠-凝膠試劑。而有機雜質的消除有利于提高材料的電學和光學性能，利用該方法制備的光學圖案層在載流子遷移率、電介質性能等方面可與溶液加工材料相媲美。因此文章所發明的方法可作為制備薄膜器件的替代方法。

　　文獻鏈接：Direct optical lithography of functional inorganic nanomaterials (Science, 2017, DOI: 10.1126/science.aan2958)

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　　3、Science: 輪滑原理幫助解決鋰離子電池硅負極膨脹問題

　　韓國科學技術院(KAIST)的Ali Coskun和 Jang Wook Choi(共同通訊)等人報道了一種高彈性的粘結劑，通過形成酯鍵使傳統粘結劑PAA與多聚輪烷環組分交聯結合得到具有特殊結構的雙組分PR-PAA粘結劑，形似“分子輪滑”，該“分子輪滑”的一部分環具有較強的粘結性能，一部分環具有特殊的自由滑動性能，兩者有機結合，提高了粘結劑的彈性，很大程度上提高了硅負極在充放電過程中的穩定性。

　　文獻鏈接：Highly elastic binders integrating polyrotaxanes for silicon microparticle anodes in lithium ion batteries (Science, 2017, DOI: 10.1126/science.aal4373)

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　　4、東南大學熊仁根團隊Science: 具備超高壓電響應性能的有機-無機鈣鈦礦鐵電體

　　東南大學的熊仁根教授與游雨蒙教授，美國托萊多大學的Yanfa Yan教授以及中國科學院深圳先進技術研究院的李江宇教授(共同通訊作者)報道發現了一種單相有機-無機鈣鈦礦壓電體Me3NCH2ClMnCl3(TMCM-MnCl3)。這鐵電晶體展現出了優異的壓電響應性能(d33 =185 pC/N)，與BTO的壓電系數(d33 =190 pC/N)十分接近。而其相變溫度Tc也達到了406K，可在室溫合成并且無毒性金屬成分，這些特點都使得該種鐵電晶體在醫學、微機械等領域擁有廣闊的應用前景。

　　文獻鏈接：An organic-inorganic perovskite ferroelectric with large piezoelectric response(Science, 2017, DOI: 10.1126/science.aai8535)

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　　5、Science: 石墨烯超晶格中重復布洛赫狀態引起的高溫量子振蕩

　　來自曼徹斯特大學A. K. Geim和V. I. Fal,ko(共同通訊)等人利用由石墨烯超晶格得到的多端霍爾棒設備來進行傳輸測量。實驗中將單層石墨烯置于六方氮化硼(hBN)晶體頂部，使它們的晶軸對準并具有超過2°的精度。為了確保電荷載流子具有高遷移率，使用了第二個hBN晶體封裝石墨烯，并相對于石墨烯軸有意地偏離約15°。雖然第二個hBN層也導致了莫爾圖案，但具有較短的周期性。因此，任何超晶格效應只能在高載流子濃度n或超高B處出現。第二個hBN作為惰性層，以原子級平坦覆蓋有效保護了石墨烯不受外界環境影響。文中還研究了六個超晶格器件，并顯示出一致的行為。

　　文獻鏈接： High-temperature quantum oscillations caused by recurring Bloch states in graphene superlattices(Science, 2017, DOI: 10.1126/science.aal3357)

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　　6、Science: 氧化物基反鐵磁性材料重大進展!

　　中國科學技術大學吳文彬教授(通訊作者)，第一作者陳斌斌博士與團隊成員克服了氧化物反鐵磁性設計的難題，最新報道了將超薄但具鐵磁性的La2/3Ca1/3MnO3層與絕緣的CaRu1/2Ti1/2O3墊片結合實現反鐵磁性層間交換耦合(AF-IEC)。這種層狀磁開關結構導致階梯狀的磁滯回線，磁化平臺則取決于這種雙層結構的堆垛重復數。同時這種磁化結構能在好幾百個奧斯特的磁場下有效調制轉換。另外，用La2/3Sr1/3MnO3作為磁性層構成的AF-IEC具有近于室溫的居里溫度。該研究將為具有氧化物界面的電子設備增加研究基礎。

　　文獻鏈接：All-oxide–based

　　synthetic antiferromagnets exhibiting layer-resolved magnetization reversal(Science，2017，DOI: 10.1126/science.aak9717)

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　　7、Science: 遇濕亦強的新型粘結劑

　　哈佛大學D. J. Mooney(通訊作者)等人基于仿生原理設計了一種新型的粘結劑，該粘結劑有兩層，粘結表面和耗散基底，前者基于靜電作用、共價鍵或是物理吸附是其與基底粘結，或者則是通過滯后放大能量耗散。兩者間的相互協同作用使粘結劑在潮濕的表面較只有單一層的粘結劑具有更高的粘結能。因此，該粘結劑可以在血管粘結、修復等領域大顯身手。

　　文獻鏈接：Tough adhesives for diverse wet surfaces(Science，2017，Doi: 10.1126/science.aah6362)

　　8、Science: FeSe超導體中具有軌道選擇性的庫珀電子對

　　康奈爾大學J. C. Séamus Davis(通訊作者)等人使用Bogoliubov準粒子干涉成像測量了FeSe在Γ 和X 點附近電子帶的費米面結構以及相應的超導能隙。結果顯示Γ 和X 帶隙表現為各向異性、沒有節點、且在動量空間中正交。帶隙的排布結構揭示了FeSe中具有軌道選擇性的庫珀對的存在。

　　文獻鏈接：Discovery of orbital-selective Cooper pairing in FeSe(Science，2017，DOI: 10.1126/science.aal1575)

　　9、Science: FeSe超導體的飛秒量級電子-聲子“鎖相”測量

　　斯坦福大學W.-S. Lee1、 P. S. Kirchmann和Z.-X. Shen(共同通訊作者)等人利用X射線衍射和光電子發射光譜定量測量了FeSe中的電子-聲子耦合強度，實驗結果表明電子關聯效應是電子-聲子耦合加強的原因。電子-聲子耦合對材料的超導性有著很大的影響，本研究進一步揭示了電子-電子和電子-聲子的聯合效應在鐵基材料超導性中的重要地位。

　　文獻鏈接：Femtosecond electron-phonon lock-in by photoemission and x-ray free-electron laser(Science，2017，DOI: 10.1126/science.aak9946)

　　10、Science: 高溫量子自旋霍爾材料候選者：碳化硅襯底上生長單層鉍

　　量子自旋霍爾材料能夠防止自旋電流散逸，但由于其能隙小，因此需在低溫情況下才能實現。維爾茨堡大學J. Schäfer(通訊作者)等人揭示了具有較寬能隙的室溫量子自旋霍爾材料理論上可以獲得，并結合理論計算和掃描隧道顯微實驗測得在絕緣的碳化硅SiC(0001)襯底上覆蓋的一層蜂窩狀鉍(Bi)晶格的帶隙為~0.8eV并帶有導電邊緣態。因此通過在碳化硅襯底上生長單層鉍可以成為高溫量子自旋霍爾材料候選者。

　　文獻鏈接：Bismuthene on a SiC substrate: A candidate for a high-temperature quantum spin Hall material(Science，2017，DOI: 10.1126/science.aai8142)

　　11、Science: FeH5的合成：具氫原子平面的層狀結構

　　法國CEA-DAM-DIF的C. M. Pépin和P. Loubeyre(共同通訊作者)等人通過在激光加熱的金剛石反應池中和130吉帕斯卡的壓強下，利用鐵和氫氣直接合成了五氫化鐵(FeH5)。FeH5由準立方FeH3單元和稀薄的氫原子的四平面構成。鐵原子與氫原子間存在價電子連接，但氫原子間沒有連接，這使其表現出二維金屬特性。該發現為低壓合成氫原子體積稠密的材料提供了途徑。

　　文獻鏈接：Synthesis of FeH5: A layered structure with atomic hydrogen slabs(Science，2017，DOI: 10.1126/science.aan0961)