3-4月Nature材料前沿科研成果精選

Nature 3-4月熱點預覽：德國發現具備反常吸附能力的新材料；西班牙巴斯克大學確定了質子量子波動在決定 D3S、H3S的高溫超導相的晶體結構中所做貢獻；美國威斯康星大學在原子尺度利用反轉保留位移的操控方法設計出了室溫極性金屬薄膜鎳鈣鈦礦NdNiO3；賓夕法尼亞大學的Zhi-gang Zheng等人完全實現對于手性向列液晶的螺旋軸三維控制。

1、反常的“負”氣體吸收

?

對大部分氣體和很多材料中的吸附過程來說，氣體吸收往往會隨壓力增大而增加。

然而，近期以德國德累斯頓工業大學教授 Stefan Kaskel 為首的德國和法國研究團隊發現反常的“負氣體吸收”(negative gas adsorption)，即在特定溫度和壓力下，該材料對甲烷和正丁烷的存儲容量會突然降低。實驗結果及理論計算表明，該過程是取決于客體，因突然的結構變形和孔隙收縮而產生，將客體分子釋放出來。

該材料除了在基礎研究方面的重要意義外，還有可能在技術方面得到應用，例如用在閾限敏感型微型氣動裝置中。

文獻鏈接：A pressure-amplifying framework material with negative gas adsorption transitions

2、超導硫化氫結構

注：藍色小球代表S原子，粉色小球代表H原子

去年12月1日，德國美因茨（Mainz）馬克斯·普朗克化學研究所（the Max Planck Institute for Chemistry）的MikhailEremets和其他兩位物理學家發現了硫化氫在190K以下表現出超導電性。這一消息引起了超導界的軒然大波。這讓很多研究人員都在研究這一超導相的表征。

近日，西班牙巴斯克大學的Ion Errea 等人利用從頭算法來表征超導相，確定了質子量子波動在決定 D3S、H3S的高溫超導相的晶體結構中所做貢獻。質子的量子性質被發現能根本性地改變H3S的超導相圖。這一過程類似于在壓力下水中出現的“氫鍵對稱化”過程。

文獻鏈接：Quantum hydrogen-bond symmetrization in the superconducting hydrogen sulfide system

3、砷化鎵納米線超導體的晶相轉變及表面動力學

在晶體生長過程中，控制晶相的生長時非常大的一個挑戰，催化生長的納米線是研究相選擇的一個非常好的理想體系。

近日，Daniel Jacobsson及其合作研究人員利用原位電鏡技術觀察了不同生長環境下砷化鎵納米線兩種晶相（閃鋅礦的穩定體相，亞穩態的纖維鋅礦）生長過程及這兩種相之間的相互轉變，研究了其表面動力學。根據觀察，通過納米線的多面邊緣結構來控制選擇哪個晶相。

這項技術研究對于納米材料的發展有著非常重要的作用，可能實現對于納米線不同相的精確控制，實現了在納米材料的合成與應用領域所取得的一個突破性進展。

文獻鏈接：Interface dynamics and crystal phase switching in GaAs nanowires

4、幾何設計極性金屬

高斯定律表明，通過有效的電荷屏蔽，在靜電平衡導體內部的凈電場為零。由于對稱的電荷分布，金屬中自由載流子可能消除內部出現的偶極子。而絕緣體和半導體不能消除非對稱場的作用，從而發生極化，宏觀表現為極性。非常罕見的發現極性金屬表現出長程有序偶極子，這是由于在絕緣相時協同的原子位移。

近日，美國威斯康星大學的T. H. Kim等人，利用量子力學和實驗，在原子尺度利用反轉保留位移的操控方法設計出了室溫極性金屬薄膜鎳鈣鈦礦ANiO3。研究人員預測，該種幾何穩定的方法將為實現新的具有不尋常性能的多功能材料提供一條全新的研究思路，為下一代同時具有光電磁功能的器件研究鋪就了道路。

文獻鏈接：Polar metals by geometric design

5、利用光三維控制手性向列液晶的螺旋軸

手性向列液晶又被稱為膽甾型液晶（CLCS），在熱成像，反射式顯示器，可調諧濾色鏡，以及反光鏡光激射等方面有著實際應用。動態、遠程三維控制手性向列液晶的螺旋軸是很有必要的，但是也存在著挑戰。

賓夕法尼亞大學的Zhi-gang Zheng等人，在光的刺激下，完全實現對于手性向列液晶的螺旋軸三維控制。他們使用這種技術來進行光活化，寬領域，可逆二維光束控制，在這以前是使用復雜的集成系統和光學相位陣列完成。研究者還描述了在雙層單元里二維衍射狀態、一維衍射狀態、衍射“關閉”狀態之間的可逆光學控制。

文獻鏈接：Three-dimensional control of the helical axis of a chiral nematic liquid crystal by light

本文由材料人編輯部學術組朱德杰供稿，材料牛編輯整理。

歡迎加入材料人編輯部學術組，一起進行材料頂刊學術動態的跟蹤和報道以及SCI相關知識科普等。加入方式：加入材料人MOF學術交流群（120199039），私信管理員“淡年華（QQ:601416321）”報名。

歡迎各大課題組到材料人宣傳科技成果并對文獻進行深入解讀，投稿郵箱tougao@cailiaoren.com