7月材料領(lǐng)域重大進(jìn)展

 　　1、Science: 納米晶銅膜從不平滑

　　來自愛爾蘭都柏林大學(xué)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(chǎn)生了由刃位錯(cuò)組成的“谷”和不全位錯(cuò)重組形成的“脊”。幾何分析和模擬表明，面外晶粒旋轉(zhuǎn)使晶界能量降低產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力，正是這種驅(qū)動(dòng)力促使“谷”和“脊”的形成。這些結(jié)果表明，一般來說不可能形成由銅以及其他層錯(cuò)能較小或位錯(cuò)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(diào)控晶界摻雜從而改變層錯(cuò)能，或者膜與基體的相互作用，還是有希望能夠達(dá)到控制晶體旋轉(zhuǎn)和優(yōu)化納米晶體薄膜性能的目的。

　　文獻(xiàn)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(jī)納米材料的直接光學(xué)光刻

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

　　文獻(xiàn)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(fù)極膨脹問題

　　韓國科學(xué)技術(shù)院(KAIST)的Ali Coskun和 Jang Wook Choi(共同通訊)等人報(bào)道了一種高彈性的粘結(jié)劑，通過形成酯鍵使傳統(tǒng)粘結(jié)劑PAA與多聚輪烷環(huán)組分交聯(lián)結(jié)合得到具有特殊結(jié)構(gòu)的雙組分PR-PAA粘結(jié)劑，形似“分子輪滑”，該“分子輪滑”的一部分環(huán)具有較強(qiáng)的粘結(jié)性能，一部分環(huán)具有特殊的自由滑動(dòng)性能，兩者有機(jī)結(jié)合，提高了粘結(jié)劑的彈性，很大程度上提高了硅負(fù)極在充放電過程中的穩(wěn)定性。

　　文獻(xiàn)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(xué)熊仁根團(tuán)隊(duì)Science: 具備超高壓電響應(yīng)性能的有機(jī)-無機(jī)鈣鈦礦鐵電體

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

　　文獻(xiàn)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(fù)布洛赫狀態(tài)引起的高溫量子振蕩

　　來自曼徹斯特大學(xué)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(shè)備來進(jìn)行傳輸測量。實(shí)驗(yàn)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(zhǔn)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(gè)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(gè)hBN層也導(dǎo)致了莫爾圖案，但具有較短的周期性。因此，任何超晶格效應(yīng)只能在高載流子濃度n或超高B處出現(xiàn)。第二個(gè)hBN作為惰性層，以原子級平坦覆蓋有效保護(hù)了石墨烯不受外界環(huán)境影響。文中還研究了六個(gè)超晶格器件，并顯示出一致的行為。

　　文獻(xiàn)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(jìn)展!

　　中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)吳文彬教授(通訊作者)，第一作者陳斌斌博士與團(tuán)隊(duì)成員克服了氧化物反鐵磁性設(shè)計(jì)的難題，最新報(bào)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(jié)合實(shí)現(xiàn)反鐵磁性層間交換耦合(AF-IEC)。這種層狀磁開關(guān)結(jié)構(gòu)導(dǎo)致階梯狀的磁滯回線，磁化平臺(tái)則取決于這種雙層結(jié)構(gòu)的堆垛重復(fù)數(shù)。同時(shí)這種磁化結(jié)構(gòu)能在好幾百個(gè)奧斯特的磁場下有效調(diào)制轉(zhuǎn)換。另外，用La2/3Sr1/3MnO3作為磁性層構(gòu)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(shè)備增加研究基礎(chǔ)。

　　文獻(xiàn)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(qiáng)的新型粘結(jié)劑

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

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

　　8、Science: FeSe超導(dǎo)體中具有軌道選擇性的庫珀電子對

　　康奈爾大學(xué)J. C. Séamus Davis(通訊作者)等人使用Bogoliubov準(zhǔn)粒子干涉成像測量了FeSe在Γ 和X 點(diǎn)附近電子帶的費(fèi)米面結(jié)構(gòu)以及相應(yīng)的超導(dǎo)能隙。結(jié)果顯示Γ 和X 帶隙表現(xiàn)為各向異性、沒有節(jié)點(diǎn)、且在動(dòng)量空間中正交。帶隙的排布結(jié)構(gòu)揭示了FeSe中具有軌道選擇性的庫珀對的存在。

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

　　9、Science: FeSe超導(dǎo)體的飛秒量級電子-聲子“鎖相”測量

　　斯坦福大學(xué)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(fā)射光譜定量測量了FeSe中的電子-聲子耦合強(qiáng)度，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明電子關(guān)聯(lián)效應(yīng)是電子-聲子耦合加強(qiáng)的原因。電子-聲子耦合對材料的超導(dǎo)性有著很大的影響，本研究進(jìn)一步揭示了電子-電子和電子-聲子的聯(lián)合效應(yīng)在鐵基材料超導(dǎo)性中的重要地位。

　　文獻(xiàn)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(shí)現(xiàn)。維爾茨堡大學(xué)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(jié)合理論計(jì)算和掃描隧道顯微實(shí)驗(yàn)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(dǎo)電邊緣態(tài)。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(xiàn)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(jié)構(gòu)

　　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(yīng)池中和130吉帕斯卡的壓強(qiáng)下，利用鐵和氫氣直接合成了五氫化鐵(FeH5)。FeH5由準(zhǔn)立方FeH3單元和稀薄的氫原子的四平面構(gòu)成。鐵原子與氫原子間存在價(jià)電子連接，但氫原子間沒有連接，這使其表現(xiàn)出二維金屬特性。該發(fā)現(xiàn)為低壓合成氫原子體積稠密的材料提供了途徑。

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