Science & Nature盘点: 5月材料领域重大进展
1、Science：利用嵌段共聚物模拟金属相变过程
美国明尼苏达大学的Frank S. Bateshe和Kevin D. Dorfman（共同通讯作者）等通过利用低分子量的聚丙交酯（PLA）和较大烷基链嵌段二嵌段聚合物的小角度X射线散射（SAXS）实验揭示了低于无序转变温度时Frank-Kasper（FK）相和准晶相的形成。BCC晶格可通过一个晶格取一个点来进行表征，而FK相包含具有2个或多个结晶位点的大单位晶胞，可以形成多个粒度和形状，因此可以通过其来模拟金属合金的温度响应形成过程。从无序状态到有序状态和有序阶段的转变需要传质，因此通过不同的热处理方式可以实现长时间亚稳存在状态。通过这一方式可以很好的再现冶金工业中常用技术生产过程。
文献链接：Thermal processing of diblock copolymer melts mimics metallurgy（Science，2017，DOI： 10.1126/science.aam7212）
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2、Science：商业级高载量三维多孔石墨烯/氧化铌复合物实现超高倍率能量储存
加州大学洛杉矶分校段镶锋教授（通讯作者）等人最新报道设计了一种三维多孔石墨烯/氧化铌（Nb2O5）复合物结构，用以在商用水平的载量（>10 mg/cm2）上，实现超高倍率能量储存。3D石墨烯网络具有很好的电子传输性能，同时其多级孔结构促进离子快速传输，利用正交晶系的T- Nb2O5可以评估在3D石墨烯框架（3D-HGF）的载量效应，并实现Li离子的嵌入。同时这种多孔的石墨烯复合骨架结构，优化了在高载量时电极的高倍率放电性能和面积容量，极大地促进了在实际商业应用中的推广。
文献链接：Three-dimensional holey-graphene/niobia composite architectures for ultrahigh-rate energy storage（Science，2017，DOI：10.1126/science.aam5852）
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3、Science：石墨烯增强椭圆偏振光激发高次谐波产生
京都大学的Naotaka Yoshikawa教授和Koichiro Tanaka教授（共同通讯作者）等人研究发现，在室温、中红外脉冲激光的激发下石墨烯中最多可以观察到九次谐波，通过椭圆偏振激光器激发可以增强石墨烯中的HHG，产生的谐波辐射也会发生极化。实验中观察到椭圆率的依赖关系可以通过固体中的量子力学来处理以及理论计算仿真。石墨烯零带隙也使得石墨烯中的HHG有着独特的特点。实验结果为进一步研究强场，超快动力学以及狄拉克费米子的非线性行为奠定了基础。
文献链接：High-harmonic generation in graphene enhanced by elliptically polarized light excitation（Science, 2017, DOI: 10.1126/science.aam8861）
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4、Science：多晶薄膜中单晶缺陷动力学中布拉格相干衍射成像
阿贡国家实验室的G. Brian Stephenson和Andrew Ulvestad（共同通讯作者）等人通过电子束蒸发合成厚度为〜200nm的金薄膜。在BCDI中，通过相对于入射的X射线束稍微旋转晶体来收集隔离布拉格峰周围的3D强度分布（例如，来自3D数据集的横截面）。通过使用非对称散射条件和较小的光束，在x射线束中平移样品，很容易发现孤立的单晶衍射。然后通过使用迭代算法检索相位后，将孤立的3D强度分布进行傅里叶变换为实空间图像。通过相位检索传递函数确定，以〜10-nm空间分辨率重构Au晶粒的实空间图像。此类材料可以为设计和开发新的多功能纳米点阵列提供重要借鉴意义。
文献链接： Bragg coherent diffractive imaging of single-grain defect dynamics in polycrystalline films （Science, 2017, DOI: 10.1126/science.aam6168）
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5、Science：水解稳定的氟化MOF用于节能脱水
阿卜杜拉国王科技大学(KAUST)的Mohamed Eddaoudi教授（通讯作者）等人报道了水解稳定的氟化金属-有机框架（MOF）AlFFIVE-1-Ni（KAUST-8）。其具有在收缩的方形一维通道内的开放金属配位点和氟部分的周期性阵列。该材料选择性地从含有CO2、N2、CH4和天然气典型的高级烃的气流中除去水蒸汽，以及在含N2气流中选择性地除去H2O和CO2。AlFFIVE-1-Ni吸附的水分子的完全解吸只需要相对适中的温度（~105℃），且其能量输入只有常见干燥剂的一半。
文献链接：Hydrolytically stable fluorinated metal-organic frameworks for energy-efficient dehydration（Science，2017，DOI: 10.1126/science.aam8310）
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6、Science：环形石墨烯谐振器中可调控的贝里相位
美国国家标准与技术研究院的Joseph A. Stroscio（通讯作者）等人研究发现由贝里相位诱发产生的光谱特征：当达到相对小的临界磁场时，在环形石墨烯p-n结谐振器中，其角动量会突然出现显著增加。这种现象是通过打开与石墨烯中狄拉克费米子拓扑性质相关的π贝里相位实现的。贝里相位可通过很小的磁场在10 毫伏特斯拉数量级内进行调控，实现开启和关闭，这一特性可用于一系列光电石墨烯设备应用领域。
文献链接：An on/off Berry phase switch in circular graphene resonators（Science，2017，DOI：10.1126/science.aal0212）
7、Science：具任意频率分辨的量子传感
苏黎世联邦理工学院的C. L. Degen（通讯作者）等人不依赖量子位探针的使用和限制，仅通过外置同步时钟的稳定性，将量子传感与任意频率分辨联系起来。利用量子禁闭探测连续的探针信号。利用金刚石中的单个氮空位中心的电子自旋，证实70微赫兹到兆赫兹频宽的频率分辨下，振荡磁场的探测，同时灵敏性得到很大提高。这在磁共振波谱分析、量子模拟和传感信号探测等领域都有着很大的应用前景。
文献链接：Quantum sensing with arbitrary frequency resolution（Science，2017，DOI：10.1126/science.aam7009）
8、Science：纳米级量子传感中的亚毫赫兹磁光谱
德国乌尔姆大学Liam P. McGuinness（通讯作者）等人证实量子传感的光谱精度可超过传感器的相干时间并通过稳定时钟实现限制。并利用此方法，观察传统振荡场中的频率精度。利用基于金刚石中单旋的狭窄谱线宽度的磁强计对具本征频率为607微赫兹的纳米级磁场进行感应，这较量子位相干时间缩短了8个数量级。
文献链接：Submillihertz magnetic spectroscopy performed with a nanoscale quantum sensor（Science，2017，DOI：10.1126/science.aam5532）
9、Nature：单分子离子纯量子态的制备和相干操控
美国国家标准与技术研究院Chin-wen Chou（通讯作者）等人利用量子逻辑光谱，即两种离子间的量子信息，制备和无损探测分子离子中的量子力学状态。并研究出用于光抽运和纯初态分子制备的普适性技术。使得能够用以观察单离子（CaH+）和相干现象如Rabi振荡和Ramsey条纹的高分辨光谱。而所用的单色、非共振激光不仅仅对分子有特异性，其他分子离子，包括多原子态同样适用，只需改变分子源即可。这对精密分子光谱学、基础物理检验、量子计算和分子动力学的精确控制领域都有着重要的意义。
文献链接：Preparation and coherent manipulation of pure quantum states of a single molecular ion（Nature，2017，DOI：10.1038/nature22338）
本文由材料人学术组大黑天供稿，材料牛编辑整理。
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