Nature/Science盘点: 三月材料领域重大进展

1、Nature：单层原子晶体分子超晶格

加利福尼亚大学洛杉矶分校段镶锋教授、Yu Huang、湖南大学Lei Liao（共同通讯）等人道了一种电化学分子嵌入方法，用于一类新的稳定超晶格，其中单分子原子晶体与分子层交替。使用黑磷作为模型系统，插入十六烷基三甲基溴化铵产生单分子磷分子超晶格，其中层间距离是黑磷中的两倍以上，有效地分离了磷杂环单分子层。

文献链接：Monolayer atomic crystal molecular superlattices（Nature, 2018, DOI:10.1038/nature25774）

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2、Nature：半导体/超导体异质结构

康奈尔大学Debdeep Jena、Rusen Yan和美国海军研究实验室David J. Meyer（共同通讯作者）等人报道了利用分子束外延的方法生长氮化铌基超导体并成功将该超导体材料与具有宽带隙的半导体材料相整合。这一研究阐释了在氮化物超导体上直接生长高质量半导体异质结的可能性，为整合具有宏观量子效应的超导体和光电性能的半导体材料奠定了基础。

文献链接：GaN/NbN epitaxial semiconductor/superconductor heterostructures（Nature, 2018, DOI: 10.1038/nature25768）

3、Nature：石墨烯中的新电子态

美国麻省理工学院P. Jarillo-Herrero教授（通讯作者）和曹原（第一作者）等人报道了当两个石墨烯片材扭曲接近理论预测的“魔角”时，由于强的层间耦合，产生的电荷中性附近的能带结构变得平坦。这些扁平带在半填充时表现出绝缘状态，产生的新电子态是Mott绝缘体态，来源于电子之间的强排斥作用。魔角扭曲双层石墨烯的独特性质可能为无磁场的二维平台上的多体量子相位开启新的运动场。

文献链接：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规超导性

美国麻省理工学院P. Jarillo-Herrero教授（通讯作者）和曹原（第一作者、共同通讯作者）等人报道了堆叠具有小扭曲角的两个石墨烯片中二维超晶格，产生一种全新的电子态——超导态。当旋转角度小到魔角时（<1.05°），扭曲的双层石墨烯中垂直堆叠的原子区域会形成窄电子能带，电子相互作用效应增项，从而产生非导电的Mott绝缘态。在Mott绝缘态情况下加入少量电荷载流子，就可以成功转变为超导态。

文献链接：Unconventional superconductivity in magic-angle graphene superlattices（Nature, 2018, DOI: 10.1038/nature26160）

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5、Nature：在类似于空气的环境中具有较长循环寿命的锂-氧电池

伊利诺伊大学芝加哥分校Amin Salehi-Khojin教授和阿贡国家实验室Larry A. Curtiss教授（共同通讯作者）等人采用了两种策略来限制在含有代表性量的O₂，N₂，CO₂和H₂O的模拟空气氛围中的锂-氧电池中的副反应。首先，团队开发了Li₂CO₃/C涂层锂阳极仅允许锂阳离子通过，从而保护阳极免受模拟空气的成分影响。其次，基于先前报道的二硫化钼纳米薄片构建阴极。该系统的组件一起运行，在模拟空气环境中作为锂空气电池工作，循环寿命长达700次。

文献链接：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：钾钝化对卤化物钙钛矿发光的最大化和稳定化

英国剑桥大学Samuel D. Stranks教授（通讯作者）等人制造了一系列玻璃钝化三重阳离子钙钛矿薄膜（(Cs_0.06FA_0.79MA_0.15)Pb(I_0.85Br_0.15)₃，该团队注意到标准三重阳离子前体溶液配方（x = 0）具有轻微的卤化物缺陷；然而，碘化钾的引入导致样品中卤化物稍微过量，同时I/Br比例发生非常小的变化。这些薄膜具有均匀填充的晶粒，每个晶粒尺寸大约为200-400nm。吸收和光致发光测量表明，随着添加碘化钾的增加，钙钛矿膜的光学带隙减小，这与添加剂与溴化物的选择性相互作用一致。

文献链接：Maximizing and stabilizing luminescence from halide perovskites with potassium passivation(Nature, 2018, DOI:10.1038/nature25989）

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7、Science：具有超高电导率的非共轭基导电聚合物

美国普渡大学的Brett M. Savole和Bryan W. Oundouris(共同通讯作者）等人展示了一种非共轭基导电聚合物，具有亚环境玻璃转变温度，经历了快速固态电荷传至反应以及具有高达28西门子的电导率，通道长度达到0.6微米。80℃的退火温度能够在电子通信中形成一个开放的核壳。

文献链接：A nonconjugated radical polymer glass with high electrical conductivity (Science, 2018, DOI: 10.1126/science.aao7287)

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8、Science：实现镍上石墨烯原子吸附的实时成像

的里雅斯特大学Maria Peressi、国家研究委员会(CNR)TASC的Cristina Africh（共同通讯）等人从实验和理论上证明了在镍（Ni）上石墨烯生长的技术相关过程中单金属吸附原子所起的催化作用。通过在毫秒时间尺度扫描隧道显微镜成像直接捕获单个Ni原子在生长的石墨烯薄片边缘处的催化作用，而力场分子动力学和密度泛函理论计算使实验观察合理化。研究结果揭示了控制单原子催化剂活性的机制。

文献链接：Real-time imaging of adatom-promoted graphene growth on nickel (Science, 2018, DOI: 10.1126/science.aan8782）

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9、Science：铁基超导体表面拓扑超导性的研究

东京大学物性研究所的张鹏、辛埴和中科院物理研究所的丁洪（共同通讯作者）等人通过使用高分辨率的角分辨光电子能谱发现铁基超导体FeTe_1-xSe_x在费米能级处具有狄拉克锥型能带，这个能带的电子自旋具有螺旋结构，并且在超导转变温度Tc以下打开s波超导能隙。他们的研究表明FeTe_0.55Se_0.45的表面上存在二维拓扑超导态，这为实现马约拉纳束缚态提供了一个制备简单且超导转变温度比较高的平台。

文献链接：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：铱催化剂选择性酰胺化

韩国高等科学技术研究院（KAIST）Sukbok Chang和韩国基础科学研究所（IBS）Mu-Hyun Baik（共同通讯作者）等人报道了相关理论和机制研究，以优化一类五甲基环戊二烯基铱（III）催化剂抑制竞争途径。密度泛函理论计算表明，辅助二齿配位体的立体电子性质被更多的电子供体调节，以降低有利于所需反应的C-H插入壁垒。这些催化剂通过sp³和sp² C-H酰胺化将各种各样的1,4,2-二恶唑-5-酮（易于从羧酸获得的羰基亚硝酸酯前体）转化为相应的γ-内酰胺，并具有出色的选择性。氨基酸衍生物和其他生物活性分子的后期成功官能化进一步证明了该方法的可行性。

文献链接：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：合成八种元素的高熵合金

马里兰大学胡良兵、伊利诺伊大学芝加哥分校Reza Shahbazian-Yassar,、约翰霍普金斯大学Chao Wang、麻省理工大学Ju Li（共同通讯作者）等人研究通过热冲击负载在碳载体上的前体金属盐混合物，提出了通过将八种不同元素合金化成单相固溶体纳米颗粒（通常称为高熵合金纳米颗粒（HEA-NP）。通过控制碳热激发（CTS）参数（底物，温度，冲击持续时间和加热/冷却速率）来合成具有期望的化学（组成），尺寸和相（固溶体，相分离）的宽范围的多组分纳米颗粒。

文献链接：Carbothermal shock synthesis of high-entropy-alloy nanoparticles（Science, 2018, DOI:10.1126/science.aan5412）

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本文由材料人学术组NanoCJ供稿，材料牛编辑整理。

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