Science & Nature盤點: 5月材料領域重大進展

1、Science：利用嵌段共聚物模擬金屬相變過程

美國明尼蘇達大學的Frank S. Bateshe和Kevin D. Dorfman（共同通訊作者）等通過利用低分子量的聚丙交酯（PLA）和較大烷基鏈嵌段二嵌段聚合物的小角度X射線散射（SAXS）實驗揭示了低于無序轉變溫度時Frank-Kasper（FK）相和準晶相的形成。BCC晶格可通過一個晶格取一個點來進行表征，而FK相包含具有2個或多個結晶位點的大單位晶胞，可以形成多個粒度和形狀，因此可以通過其來模擬金屬合金的溫度響應形成過程。從無序狀態到有序狀態和有序階段的轉變需要傳質，因此通過不同的熱處理方式可以實現長時間亞穩存在狀態。通過這一方式可以很好的再現冶金工業中常用技術生產過程。

文獻鏈接：Thermal processing of diblock copolymer melts mimics metallurgy（Science，2017，DOI： 10.1126/science.aam7212）

材料牛資訊詳戳：Science：利用嵌段共聚物模擬金屬相變過程

2、Science：商業級高載量三維多孔石墨烯/氧化鈮復合物實現超高倍率能量儲存

加州大學洛杉磯分校段鑲鋒教授（通訊作者）等人最新報道設計了一種三維多孔石墨烯/氧化鈮（Nb₂O₅）復合物結構，用以在商用水平的載量（>10 mg/cm²）上，實現超高倍率能量儲存。3D石墨烯網絡具有很好的電子傳輸性能，同時其多級孔結構促進離子快速傳輸，利用正交晶系的T- Nb2O5可以評估在3D石墨烯框架（3D-HGF）的載量效應，并實現Li離子的嵌入。同時這種多孔的石墨烯復合骨架結構，優化了在高載量時電極的高倍率放電性能和面積容量，極大地促進了在實際商業應用中的推廣。

文獻鏈接：Three-dimensional holey-graphene/niobia composite architectures for ultrahigh-rate energy storage（Science，2017，DOI：10.1126/science.aam5852）

材料牛資訊詳戳：段鑲鋒Science重磅：商業級高載量三維多孔石墨烯/氧化鈮復合物實現超高倍率能量儲存

3、Science：石墨烯增強橢圓偏振光激發高次諧波產生

京都大學的Naotaka Yoshikawa教授和Koichiro Tanaka教授（共同通訊作者）等人研究發現，在室溫、中紅外脈沖激光的激發下石墨烯中最多可以觀察到九次諧波，通過橢圓偏振激光器激發可以增強石墨烯中的HHG，產生的諧波輻射也會發生極化。實驗中觀察到橢圓率的依賴關系可以通過固體中的量子力學來處理以及理論計算仿真。石墨烯零帶隙也使得石墨烯中的HHG有著獨特的特點。實驗結果為進一步研究強場，超快動力學以及狄拉克費米子的非線性行為奠定了基礎。

文獻鏈接：High-harmonic generation in graphene enhanced by elliptically polarized light excitation（Science, 2017, DOI: 10.1126/science.aam8861）

材料牛資訊詳戳：Science：石墨烯增強橢圓偏振光激發高次諧波產生

4、Science：多晶薄膜中單晶缺陷動力學中布拉格相干衍射成像

阿貢國家實驗室的G. Brian Stephenson和Andrew Ulvestad（共同通訊作者）等人通過電子束蒸發合成厚度為?200nm的金薄膜。在BCDI中，通過相對于入射的X射線束稍微旋轉晶體來收集隔離布拉格峰周圍的3D強度分布（例如，來自3D數據集的橫截面）。通過使用非對稱散射條件和較小的光束，在x射線束中平移樣品，很容易發現孤立的單晶衍射。然后通過使用迭代算法檢索相位后，將孤立的3D強度分布進行傅里葉變換為實空間圖像。通過相位檢索傳遞函數確定，以?10-nm空間分辨率重構Au晶粒的實空間圖像。此類材料可以為設計和開發新的多功能納米點陣列提供重要借鑒意義。

文獻鏈接： Bragg coherent diffractive imaging of single-grain defect dynamics in polycrystalline films （Science, 2017, DOI: 10.1126/science.aam6168）

材料牛資訊詳戳：重磅！Science：多晶薄膜中單晶缺陷動力學中布拉格相干衍射成像

5、Science：水解穩定的氟化MOF用于節能脫水

阿卜杜拉國王科技大學(KAUST)的Mohamed Eddaoudi教授（通訊作者）等人報道了水解穩定的氟化金屬-有機框架（MOF）AlFFIVE-1-Ni（KAUST-8）。其具有在收縮的方形一維通道內的開放金屬配位點和氟部分的周期性陣列。該材料選擇性地從含有CO₂、N₂、CH₄和天然氣典型的高級烴的氣流中除去水蒸汽，以及在含N₂氣流中選擇性地除去H₂O和CO₂。AlFFIVE-1-Ni吸附的水分子的完全解吸只需要相對適中的溫度（~105℃），且其能量輸入只有常見干燥劑的一半。

文獻鏈接：Hydrolytically stable fluorinated metal-organic frameworks for energy-efficient dehydration（Science，2017，DOI: 10.1126/science.aam8310）

材料牛資訊詳戳：Science：水解穩定的氟化MOF用于節能脫水

6、Science：環形石墨烯諧振器中可調控的貝里相位

美國國家標準與技術研究院的Joseph A. Stroscio（通訊作者）等人研究發現由貝里相位誘發產生的光譜特征：當達到相對小的臨界磁場時，在環形石墨烯p-n結諧振器中，其角動量會突然出現顯著增加。這種現象是通過打開與石墨烯中狄拉克費米子拓撲性質相關的π貝里相位實現的。貝里相位可通過很小的磁場在10 毫伏特斯拉數量級內進行調控，實現開啟和關閉，這一特性可用于一系列光電石墨烯設備應用領域。

文獻鏈接：An on/off Berry phase switch in circular graphene resonators（Science，2017，DOI：10.1126/science.aal0212）

7、Science：具任意頻率分辨的量子傳感

蘇黎世聯邦理工學院的C. L. Degen（通訊作者）等人不依賴量子位探針的使用和限制，僅通過外置同步時鐘的穩定性，將量子傳感與任意頻率分辨聯系起來。利用量子禁閉探測連續的探針信號。利用金剛石中的單個氮空位中心的電子自旋，證實70微赫茲到兆赫茲頻寬的頻率分辨下，振蕩磁場的探測，同時靈敏性得到很大提高。這在磁共振波譜分析、量子模擬和傳感信號探測等領域都有著很大的應用前景。

文獻鏈接：Quantum sensing with arbitrary frequency resolution（Science，2017，DOI：10.1126/science.aam7009）

8、Science：納米級量子傳感中的亞毫赫茲磁光譜

德國烏爾姆大學Liam P. McGuinness（通訊作者）等人證實量子傳感的光譜精度可超過傳感器的相干時間并通過穩定時鐘實現限制。并利用此方法，觀察傳統振蕩場中的頻率精度。利用基于金剛石中單旋的狹窄譜線寬度的磁強計對具本征頻率為607微赫茲的納米級磁場進行感應，這較量子位相干時間縮短了8個數量級。

文獻鏈接：Submillihertz magnetic spectroscopy performed with a nanoscale quantum sensor（Science，2017，DOI：10.1126/science.aam5532）

9、Nature：單分子離子純量子態的制備和相干操控

美國國家標準與技術研究院Chin-wen Chou（通訊作者）等人利用量子邏輯光譜，即兩種離子間的量子信息，制備和無損探測分子離子中的量子力學狀態。并研究出用于光抽運和純初態分子制備的普適性技術。使得能夠用以觀察單離子（CaH+）和相干現象如Rabi振蕩和Ramsey條紋的高分辨光譜。而所用的單色、非共振激光不僅僅對分子有特異性，其他分子離子，包括多原子態同樣適用，只需改變分子源即可。這對精密分子光譜學、基礎物理檢驗、量子計算和分子動力學的精確控制領域都有著重要的意義。

文獻鏈接：Preparation and coherent manipulation of pure quantum states of a single molecular ion（Nature，2017，DOI：10.1038/nature22338）

本文由材料人學術組大黑天供稿，材料牛編輯整理。

材料牛網專注于跟蹤材料領域科技及行業進展，如果您對于跟蹤材料領域科技進展，解讀高水平文章或是評述行業有興趣，點我加入編輯部。歡迎大家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。

投稿以及內容合作可加編輯微信：xiaofire-18，吳玫，我們會拉各位老師加入專家群。

儀器設備、試劑耗材、材料測試、數據分析，找材料人、上測試谷！