Nature/Science盤點: 三月材料領域重大進展

1、Nature：單層原子晶體分子超晶格

加利福尼亞大學洛杉磯分校段鑲鋒教授、Yu Huang、湖南大學Lei Liao（共同通訊）等人道了一種電化學分子嵌入方法，用于一類新的穩定超晶格，其中單分子原子晶體與分子層交替。使用黑磷作為模型系統，插入十六烷基三甲基溴化銨產生單分子磷分子超晶格，其中層間距離是黑磷中的兩倍以上，有效地分離了磷雜環單分子層。

文獻鏈接：Monolayer atomic crystal molecular superlattices（Nature, 2018, DOI:10.1038/nature25774）

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2、Nature：半導體/超導體異質結構

康奈爾大學Debdeep Jena、Rusen Yan和美國海軍研究實驗室David J. Meyer（共同通訊作者）等人報道了利用分子束外延的方法生長氮化鈮基超導體并成功將該超導體材料與具有寬帶隙的半導體材料相整合。這一研究闡釋了在氮化物超導體上直接生長高質量半導體異質結的可能性，為整合具有宏觀量子效應的超導體和光電性能的半導體材料奠定了基礎。

文獻鏈接：GaN/NbN epitaxial semiconductor/superconductor heterostructures（Nature, 2018, DOI: 10.1038/nature25768）

3、Nature：石墨烯中的新電子態

美國麻省理工學院P. Jarillo-Herrero教授（通訊作者）和曹原（第一作者）等人報道了當兩個石墨烯片材扭曲接近理論預測的“魔角”時，由于強的層間耦合，產生的電荷中性附近的能帶結構變得平坦。這些扁平帶在半填充時表現出絕緣狀態，產生的新電子態是Mott絕緣體態，來源于電子之間的強排斥作用。魔角扭曲雙層石墨烯的獨特性質可能為無磁場的二維平臺上的多體量子相位開啟新的運動場。

文獻鏈接：Correlated insulator behaviour at half-filling in magic-angle graphene superlattices（Nature, 2018, DOI: 10.1038/nature26154）

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4、Nature：魔角石墨烯超晶格中的非常規超導性

美國麻省理工學院P. Jarillo-Herrero教授（通訊作者）和曹原（第一作者、共同通訊作者）等人報道了堆疊具有小扭曲角的兩個石墨烯片中二維超晶格，產生一種全新的電子態——超導態。當旋轉角度小到魔角時（<1.05°），扭曲的雙層石墨烯中垂直堆疊的原子區域會形成窄電子能帶，電子相互作用效應增項，從而產生非導電的Mott絕緣態。在Mott絕緣態情況下加入少量電荷載流子，就可以成功轉變為超導態。

文獻鏈接：Unconventional superconductivity in magic-angle graphene superlattices（Nature, 2018, DOI: 10.1038/nature26160）

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5、Nature：在類似于空氣的環境中具有較長循環壽命的鋰-氧電池

伊利諾伊大學芝加哥分校Amin Salehi-Khojin教授和阿貢國家實驗室Larry A. Curtiss教授（共同通訊作者）等人采用了兩種策略來限制在含有代表性量的O₂，N₂，CO₂和H₂O的模擬空氣氛圍中的鋰-氧電池中的副反應。首先，團隊開發了Li₂CO₃/C涂層鋰陽極僅允許鋰陽離子通過，從而保護陽極免受模擬空氣的成分影響。其次，基于先前報道的二硫化鉬納米薄片構建陰極。該系統的組件一起運行，在模擬空氣環境中作為鋰空氣電池工作，循環壽命長達700次。

文獻鏈接：A lithium–oxygen battery with a long cycle life in an air-like atmosphere(Nature, 2018, DOI:10.1038/nature25984）

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6、Nature：鉀鈍化對鹵化物鈣鈦礦發光的最大化和穩定化

英國劍橋大學Samuel D. Stranks教授（通訊作者）等人制造了一系列玻璃鈍化三重陽離子鈣鈦礦薄膜（(Cs_0.06FA_0.79MA_0.15)Pb(I_0.85Br_0.15)₃，該團隊注意到標準三重陽離子前體溶液配方（x?= 0）具有輕微的鹵化物缺陷；然而，碘化鉀的引入導致樣品中鹵化物稍微過量，同時I/Br比例發生非常小的變化。這些薄膜具有均勻填充的晶粒，每個晶粒尺寸大約為200-400nm。吸收和光致發光測量表明，隨著添加碘化鉀的增加，鈣鈦礦膜的光學帶隙減小，這與添加劑與溴化物的選擇性相互作用一致。

文獻鏈接：Maximizing and stabilizing luminescence from halide perovskites with potassium passivation(Nature, 2018, DOI:10.1038/nature25989）

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7、Science：具有超高電導率的非共軛基導電聚合物

美國普渡大學的Brett M. Savole和Bryan W. Oundouris(共同通訊作者）等人展示了一種非共軛基導電聚合物，具有亞環境玻璃轉變溫度，經歷了快速固態電荷傳至反應以及具有高達28西門子的電導率，通道長度達到0.6微米。80℃的退火溫度能夠在電子通信中形成一個開放的核殼。

文獻鏈接：A nonconjugated radical polymer glass with high electrical conductivity (Science, 2018, DOI: 10.1126/science.aao7287)

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8、Science：實現鎳上石墨烯原子吸附的實時成像

的里雅斯特大學Maria Peressi、國家研究委員會(CNR)TASC的Cristina Africh（共同通訊）等人從實驗和理論上證明了在鎳（Ni）上石墨烯生長的技術相關過程中單金屬吸附原子所起的催化作用。通過在毫秒時間尺度掃描隧道顯微鏡成像直接捕獲單個Ni原子在生長的石墨烯薄片邊緣處的催化作用，而力場分子動力學和密度泛函理論計算使實驗觀察合理化。研究結果揭示了控制單原子催化劑活性的機制。

文獻鏈接：Real-time imaging of adatom-promoted graphene growth on nickel (Science, 2018, DOI: 10.1126/science.aan8782）

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9、Science：鐵基超導體表面拓撲超導性的研究

東京大學物性研究所的張鵬、辛埴和中科院物理研究所的丁洪（共同通訊作者）等人通過使用高分辨率的角分辨光電子能譜發現鐵基超導體FeTe_1-xSe_x在費米能級處具有狄拉克錐型能帶，這個能帶的電子自旋具有螺旋結構，并且在超導轉變溫度Tc以下打開s波超導能隙。他們的研究表明FeTe_0.55Se_0.45的表面上存在二維拓撲超導態，這為實現馬約拉納束縛態提供了一個制備簡單且超導轉變溫度比較高的平臺。

文獻鏈接：Observation of topological superconductivity on the surface of an iron-based superconductor（Science, 2018, DOI: 10.1126/science.aan4596）

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10、Science：銥催化劑選擇性酰胺化

韓國高等科學技術研究院（KAIST）Sukbok Chang和韓國基礎科學研究所（IBS）Mu-Hyun Baik（共同通訊作者）等人報道了相關理論和機制研究，以優化一類五甲基環戊二烯基銥（III）催化劑抑制競爭途徑。密度泛函理論計算表明，輔助二齒配位體的立體電子性質被更多的電子供體調節，以降低有利于所需反應的C-H插入壁壘。這些催化劑通過sp³和sp² C-H酰胺化將各種各樣的1,4,2-二惡唑-5-酮（易于從羧酸獲得的羰基亞硝酸酯前體）轉化為相應的γ-內酰胺，并具有出色的選擇性。氨基酸衍生物和其他生物活性分子的后期成功官能化進一步證明了該方法的可行性。

文獻鏈接：Selective formation of γ-lactams via C–H amidation enabled by tailored iridium catalysts(Science, 2018, DOI:10.1126/science.aap7503）

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11、Science：合成八種元素的高熵合金

馬里蘭大學胡良兵、伊利諾伊大學芝加哥分校Reza Shahbazian-Yassar,、約翰霍普金斯大學Chao Wang、麻省理工大學Ju Li（共同通訊作者）等人研究通過熱沖擊負載在碳載體上的前體金屬鹽混合物，提出了通過將八種不同元素合金化成單相固溶體納米顆粒（通常稱為高熵合金納米顆粒（HEA-NP）。通過控制碳熱激發（CTS）參數（底物，溫度，沖擊持續時間和加熱/冷卻速率）來合成具有期望的化學（組成），尺寸和相（固溶體，相分離）的寬范圍的多組分納米顆粒。

文獻鏈接：Carbothermal shock synthesis of high-entropy-alloy nanoparticles（Science, 2018, DOI:10.1126/science.aan5412）

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本文由材料人學術組NanoCJ供稿，材料牛編輯整理。

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