1. 大面積鈣鈦礦薄膜用于高效太陽(yáng)能模塊的無(wú)溶劑和無(wú)真空方法

       （A solvent- and vacuum-free route to large-area perovskite films for efficient solar modules）
       有機(jī)-無(wú)機(jī)混合鈣鈦礦用于光電子學(xué)的最新進(jìn)展十分迅速，對(duì)于鈣鈦礦太陽(yáng)能電池，有報(bào)導(dǎo)的功率轉(zhuǎn)換效率已高達(dá) 22％。穩(wěn)定性的改進(jìn)也使得它們能夠在數(shù)千小時(shí)的時(shí)間范圍內(nèi)進(jìn)行測(cè)試。但是，這種電池想要大規(guī)模部署需要生產(chǎn)大面積均勻高品質(zhì)鈣鈦礦薄膜的能力。有一個(gè)關(guān)鍵的挑戰(zhàn)是要克服當(dāng)小型設(shè)備放大時(shí)功率轉(zhuǎn)換效率的顯著降低：當(dāng)約 0.1 平方厘米的通用孔徑面積增加到超過(guò) 25 平方厘米時(shí)，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)換效率會(huì)從 20％ 減少到約 10％。Chen 等人報(bào)導(dǎo)了一種不依賴(lài)于普通溶劑或真空使用的甲基銨鹵化鉛鈣鈦礦膜的新型沉積途徑：相反，它依賴(lài)于胺絡(luò)合物前驅(qū)體快速轉(zhuǎn)化為鈣鈦礦膜，然后接著是加壓步驟。這樣沉積的鈣鈦礦薄膜沒(méi)有小孔且高度均勻。更重要的是，新的沉積方法可以在低溫空氣中進(jìn)行，有利于大面積鈣鈦礦器件的制造。對(duì)于介孔 TiO2 基鈣鈦礦太陽(yáng)能模塊架構(gòu)，達(dá)到了 12.1％ 的功率轉(zhuǎn)換效率，其中開(kāi)孔面積為 36.1 平方厘米。（Nature DOI: 10.1038/nature23877）

         

       2.直接觀測(cè)確定催化活性表面位點(diǎn)
       （Direct instrumental identification of catalytically active surface sites）
       反應(yīng)過(guò)程中直接監(jiān)測(cè)和確定異相催化的活性位點(diǎn)有助于實(shí)際應(yīng)用中異相催化和電催化劑的發(fā)展。掃描隧道顯微鏡（STM）和電化學(xué)STM的發(fā)明很有希望應(yīng)用于直接成像，有利于在原子尺度理解異相催化。盡管STM已經(jīng)應(yīng)用于表面反應(yīng)的探測(cè)和激發(fā)，并且可以使某些系統(tǒng)的局域反應(yīng)活性測(cè)量成為可能，但是，通常認(rèn)為STM并不適合在反應(yīng)過(guò)程中直接確定催化活性位點(diǎn)。Pfisterer等人演示了通常的STM能夠容易地實(shí)現(xiàn)催化表面活性的高分辨成像：通過(guò)檢測(cè)隧道電流噪聲的相對(duì)變化、能夠根據(jù)這些位點(diǎn)產(chǎn)氫反應(yīng)或氧還原反應(yīng)的活性以接近量化的形式區(qū)分活性位點(diǎn)。這些數(shù)據(jù)使得研究人員可以直接評(píng)估不同的缺陷或者位點(diǎn)對(duì)于總體催化活性的重要性和貢獻(xiàn)。這一方法預(yù)期有利于合理設(shè)計(jì)異相催化劑。（Nature,DOI：10.1038/nature23661）

       3. 光學(xué)晶格中的超冷原子量子模擬
       （Quantum simulations with ultracold atoms in optical lattices ）
       量子模擬作為量子計(jì)算中的一個(gè)分支，可以為物理或化學(xué)中困難的量子問(wèn)題提供有價(jià)值的見(jiàn)解。光學(xué)晶格中的超冷原子代表了模擬量子多體問(wèn)題的理想平臺(tái)。在這種情況下，量子氣體顯微鏡可以在大的樣品中進(jìn)行單原子觀察和操作。已經(jīng)有使用基于超冷原子的量子模擬器來(lái)探測(cè)量子磁學(xué)，實(shí)現(xiàn)和檢測(cè)拓?fù)淞孔游镔|(zhì)，并研究具有受控遠(yuǎn)程相互作用的量子系統(tǒng)。不平衡的多體系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)也提供了最先進(jìn)的超級(jí)計(jì)算機(jī)難以獲得的結(jié)果。Gross 等人回顧了近期在這一領(lǐng)域的實(shí)驗(yàn)進(jìn)展，并評(píng)論了未來(lái)的發(fā)展方向。（Science DOI: 10.1126/science.aal3837）

       4. 以桌面規(guī)模實(shí)驗(yàn)探索粒子物理學(xué)的前沿
       （Probing the frontiers of particle physics with tabletop-scale experiments）
       粒子物理領(lǐng)域正處于特殊的狀態(tài)。粒子理論的標(biāo)準(zhǔn)模型成功描述了實(shí)驗(yàn)室觀察到的每個(gè)基本粒子和力，但未能解釋宇宙的性質(zhì)，如：暗物質(zhì)的存在、暗能量的數(shù)量以及物質(zhì)在反物質(zhì)之上的優(yōu)勢(shì)。不斷增加規(guī)模和成本的龐大實(shí)驗(yàn)仍在繼續(xù)尋找可能解釋這些現(xiàn)象的新的粒子和力。不過(guò)，這些前沿科學(xué)也在某些較小的實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的“桌面”實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行了探索。這種方法使用來(lái)自原子、量子和凝聚態(tài)物理學(xué)的精密測(cè)量技術(shù)和器件來(lái)檢測(cè)由于新的粒子或力產(chǎn)生的微小信號(hào)?；A(chǔ)物理學(xué)的發(fā)現(xiàn)很可能來(lái)自這種類(lèi)型的小規(guī)模實(shí)驗(yàn)。DeMille 等人對(duì)以上內(nèi)容進(jìn)行了回顧綜述。（Science DOI: 10.1126/science.aal3003）

       5. 冷分子：化學(xué)和量子物理在量子工程中的進(jìn)展
       （Cold molecules: Progress in quantum engineering of chemistry and quantum matter）
       將原子冷卻到超低溫，這已經(jīng)在基礎(chǔ)物理學(xué)，精密計(jì)量學(xué)和量子科學(xué)中產(chǎn)生了大量的機(jī)會(huì)。由于分子結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，將復(fù)雜的冷卻技術(shù)應(yīng)用于分子更具挑戰(zhàn)性，而現(xiàn)在已經(jīng)開(kāi)啟了精確控制分子內(nèi)部和外部自由度以及由此產(chǎn)生的相互作用過(guò)程的長(zhǎng)期目標(biāo)的大門(mén)。這一研究領(lǐng)域可以利用基礎(chǔ)知識(shí)，了解分子如何相互作用和發(fā)展，以便能夠控制反應(yīng)化學(xué)以及設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)一系列先進(jìn)的量子材料。Bohn 等人對(duì)以上內(nèi)容進(jìn)行了綜述。（Science DOI: 10.1126/science.aam6299）

       6.量子多體系統(tǒng)的高效斷層掃描
       （Efficient tomography of a quantum many-body system）
       量子態(tài)斷層掃描是估量小系統(tǒng)量子態(tài)的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)。但是，由于所需資源隨規(guī)模增大而呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)，因此其對(duì)較大系統(tǒng)的應(yīng)用很快就變得不切實(shí)際了。因此，已經(jīng)有相當(dāng)多的努力致力于開(kāi)發(fā)量子多體狀態(tài)的新表征工具。Lanyon 等人演示了矩陣積態(tài)斷層掃描，理論上證明可以允許對(duì)廣泛的量子態(tài)進(jìn)行有效和準(zhǔn)確的估計(jì)。使用這種技術(shù)來(lái)重建捕獲離子量子模擬器的動(dòng)態(tài)狀態(tài)，可以包括多達(dá) 14 個(gè)糾纏且單獨(dú)控制的自旋：遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出量子態(tài)斷層掃描的實(shí)際極限。這一研究結(jié)果揭示了糾纏的動(dòng)態(tài)增長(zhǎng)，并描述了其復(fù)雜性隨相關(guān)性在淬滅期間發(fā)生擴(kuò)散的關(guān)系：這是未來(lái)證明超過(guò)經(jīng)典性能的必要條件。因此，矩陣積態(tài)斷層掃描應(yīng)該能夠廣泛應(yīng)用于大量子多體系統(tǒng)的研究和量子模擬器與計(jì)算機(jī)的基準(zhǔn)測(cè)試和驗(yàn)證。（Nature Physics DOI: 10.1038/NPHYS4244）

       7. 變形和分層工藝鋼材中由高位錯(cuò)密度引起的較大延展性
       （High dislocation density–induced large ductility in deformed and partitioned steels）
       工業(yè)應(yīng)用中都廣泛需要高強(qiáng)度和高延展性的材料?？上В黾硬牧蠌?qiáng)度的策略，諸如加工過(guò)程中制造線缺陷（位錯(cuò)），往往會(huì)降低材料的延展性。He 等人開(kāi)發(fā)了一種策略能夠在廉價(jià)的中等錳鋼中規(guī)避這一問(wèn)題。冷軋隨后進(jìn)行低溫回火處理，開(kāi)發(fā)出高度位錯(cuò)的馬氏體基體內(nèi)嵌有亞穩(wěn)態(tài)奧氏體晶粒的鋼。這種變形和分層工藝（D&P）產(chǎn)生了位錯(cuò)硬化，但是通過(guò)強(qiáng)化移動(dòng)位錯(cuò)的滑動(dòng)和允許控制馬氏體轉(zhuǎn)變而保持了高延展性。D&P 策略應(yīng)該也適用于具有變形誘發(fā)馬氏體轉(zhuǎn)變的任何其他合金，這為高強(qiáng)度、高延展性材料的開(kāi)發(fā)提供了新途徑。（Science DOI: 10.1126/science.aan0177）

       8.輝碲鉍礦作為熱電和拓?fù)浣^緣子
       （Tetradymites as thermoelectrics and topological insulators）
       輝碲鉍礦是以菱方結(jié)構(gòu)結(jié)晶的 M2X3 型化合物，其中 M 為 V 族金屬，通常是 Bi 或 Sb，而 X 是 VI 族如 Te，Se 或 S 的陰離子。Bi2Se3，Bi2Te3 和 Sb2Te3 是典型的輝碲鉍礦。M 和 X 元素的其他混合物會(huì)產(chǎn)生常見(jiàn)的變體，如 Bi2Te2Se。由于輝碲鉍礦是基于重 p-塊元素，強(qiáng)自旋軌道耦合極大地影響了其表面和體電子性質(zhì)。輝碲鉍礦的表面電子態(tài)是拓?fù)浣^緣子相關(guān)前沿工作的基石。體能帶的特征在于能隙小、群速度高且有效質(zhì)量小，并且在布里淵區(qū)域中心附近能帶反演。這些性能對(duì)于高效熱電材料是有利的，但也使得它難以獲得電絕緣體，而這是拓?fù)浣^緣體的要求。Heremans 等人對(duì)近年來(lái)為了優(yōu)化輝碲鉍礦材料同時(shí)作為熱電和拓?fù)浣^緣子的性能，而在塊材和薄膜輝碲鉍礦材料方面取得的進(jìn)展進(jìn)行了回顧和綜述。（Nature Reviews Materials DOI: 10.1038/natrevmats.2017.49）