1. 低溫電鏡揭示敏感電池材料和界面的原子結(jié)構(gòu)

       （Atomic structure of sensitive battery materials and interfaces revealed by cryo–electron microscopy）

標(biāo)準(zhǔn)透射電子顯微鏡研究在操作后，無法保持化學(xué)反應(yīng)性和電子束敏感性電池材料的原始化學(xué)反應(yīng)狀態(tài)，這類材料在低溫條件下才能保持原始狀態(tài)。現(xiàn)在，利用固體電解質(zhì)膜（SEI）實現(xiàn)單個鋰金屬原子及其界面進(jìn)行原子級解析已經(jīng)成為可能。Li 等人發(fā)現(xiàn)，在碳酸鹽類電解質(zhì)中，枝晶會優(yōu)先沿著 <111>、<110> 或 <211> 方向生長為具有明確晶面的單晶納米線，且在 <111> 方向最優(yōu)先生長。在扭折的情況下，這些生長方向可能會發(fā)生變化，且沒有顯著的晶體缺陷。 此外，Li 等人還揭示了在不同電解質(zhì)中形成的不同 SEI 的納米結(jié)構(gòu)。（Science DOI: 10.1126/science.aam6014）

       2. 通過二元納米微粒超晶格的后組裝蝕刻制備可調(diào)諧多孔納米同素異形體

       （Tunable porous nanoallotropes prepared by post-assembly etching of binary nanoparticle superlattices）

已經(jīng)有數(shù)百種不同的膠體晶體可以使用無機(jī)納米微粒自組裝來制備，但幾乎都限制于必須密集堆積。Udayabhaskararao 展示了可以通過選擇性去除構(gòu)成二元納米微粒超晶格的兩個組分中的一個來制造非緊密堆積的納米微粒陣列。首先，在液-空界面處制備了多種二元納米微粒超晶格，其中包括此前未知的幾種。分子動力學(xué)模擬揭示了液體在照模板形成超晶格過程中的特殊作用，超晶格不能通過本體溶液中的自組裝實現(xiàn)。其次，在穩(wěn)定之后，所有這些二元超晶格都可以轉(zhuǎn)化為具有相同化學(xué)成分但不同于其納米尺度結(jié)構(gòu)的納米多孔材料，即“納米同素異形體”。（Science  DOI: 10.1126/science.aan6046） 

       3. 離子在埃尺度狹縫中傳輸?shù)某叽缧?yīng)

       （Size effect in ion transport through angstrom-scale slits）

在納米流體領(lǐng)域，可控地制造接近小離子和水分子尺寸的毛細(xì)管，一直是個似乎很遙遠(yuǎn)的終極目標(biāo)。Esfandiar 等人介紹了通過極其狹窄的狹縫進(jìn)行的離子傳輸，這些狹縫是通過從塊狀晶體中有效地去除單原子平面而制造得出的。這種原子級平坦的埃尺度縫隙表現(xiàn)出極低的表面電荷，并可以通過位阻效應(yīng)予以解釋。Esfandiar 等人還發(fā)現(xiàn)盡管流動性降低，但水合直徑大于狹縫尺寸的離子仍然可以滲透。狹縫的限制同時也使得尺寸相當(dāng)?shù)年庩栯x子在該通道中表現(xiàn)出顯著不對稱的遷移速率。這一研究結(jié)果為研究納米流體、分子分離和其它納米技術(shù)發(fā)展所必需的埃尺度約束效應(yīng)提供了平臺。（Science  DOI: 10.1126/science.aan5275）

       4. 基于 MoTe2 的發(fā)光二極管和光電探測器

       （A MoTe2-based light-emitting diode and photodetector for silicon photonic integrated circuits）

光子學(xué)當(dāng)前的挑戰(zhàn)之一，是開發(fā)高速、高功率、芯片集成的光通信設(shè)備，以解決高速計算系統(tǒng)中的互連瓶頸。硅光子學(xué)已經(jīng)呈現(xiàn)出領(lǐng)先的架構(gòu)，部分原因在于許多組件（如波導(dǎo)、耦合器、干涉儀和調(diào)制器）可以直接集成到硅基的處理器上。但是，光源和光電探測器卻正面臨著挑戰(zhàn)。常見用作光源的方法包括基于 III-V 族材料的一個或幾個片外或晶片結(jié)合的激光器，但是近來的系統(tǒng)架構(gòu)研究顯示了在發(fā)射器位置處使用多個直接調(diào)制光源的優(yōu)點。硅光子工藝中最先進(jìn)的光電探測器是基于鍺，但這需要額外的鍺生長，而這樣則增加了系統(tǒng)成本。新興的二維過渡金屬二硫化物（TMD）為光學(xué)互連器件提供了一條途徑，可通過后端工藝處理，與硅光子學(xué)和互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體（CMOS）進(jìn)行集成。Bie 等人演示了基于雙層 MoTe2 的 p-n 結(jié)的硅波導(dǎo)集成光源和光電探測器（具有紅外能帶的 TMD 半導(dǎo)體）。這種最先進(jìn)的制造技術(shù)為集成光電系統(tǒng)提供了新的機(jī)會。（Nature Nanotechnology DOI: 10.1038/NNANO.2017.209）

       5. 利用仿貽貝的鐵-鄰苯二酚配合物來增加彈性體韌性

       （Toughening elastomers using mussel-inspired iron-catechol complexes）

材料經(jīng)常表現(xiàn)出在剛度和延展性之間的折衷；例如，通過增加其交聯(lián)密度來增強(qiáng)彈性體會導(dǎo)致脆化和韌性降低。受海洋貽貝 byssi 表皮的啟發(fā)，F(xiàn)ilippidi 等人通過將犧牲性可逆鐵-鄰苯二酚交聯(lián)連接到干燥、松散交聯(lián)的環(huán)氧網(wǎng)絡(luò)中來規(guī)避這一固有的折衷。與其無鐵前驅(qū)體相比，含鐵網(wǎng)絡(luò)的剛度、拉伸強(qiáng)度和拉伸韌性提高了兩到三個數(shù)量級，同時獲得了可恢復(fù)的滯后能量耗散并保持了其原始的可擴(kuò)展性。與以前在水凝膠中的這種化學(xué)實驗相比，含鐵網(wǎng)絡(luò)自身的干燥特性使得性能有所提高，這主要由于可逆鐵-鄰苯二酚配合物提供的增強(qiáng)交聯(lián)密度和它們形成的限制鏈的離聚物納米團(tuán)的協(xié)同作用。（Science  DOI: 10.1126/science.aao0350）   

       6.凝聚態(tài)物質(zhì)的拓?fù)錉顟B(tài)

       （Topological states of condensed matter）

量子物質(zhì)的拓?fù)錉顟B(tài)近年來在材料科學(xué)和凝聚態(tài)物理學(xué)中得到了深入的研究。這一領(lǐng)域的爆炸式發(fā)展很大程度上是由于精確的理論預(yù)測，能夠?qū)崿F(xiàn)良好控制的材料加工和新興的表征技術(shù)。在本篇前瞻性（Perspective）文章中，Wang 等人對拓?fù)浣^緣體，量子反?；魻栃?yīng)，手性拓?fù)涑瑢?dǎo)體，螺旋拓?fù)涑瑢?dǎo)體和 Weyl 半金屬的近期進(jìn)展進(jìn)行了回顧綜述。（Nature Materials  DOI: 10.1038/NMAT5012） 

       7. 對量子材料的需求特性

       （Towards properties on demand in quantum materials）

過去十年來，量子材料領(lǐng)域的爆炸式增長，以對相關(guān)電子系統(tǒng)中新型朗道對稱破缺相的預(yù)測和發(fā)現(xiàn)，具有強(qiáng)自旋軌道耦合的系統(tǒng)中的拓?fù)潆A相，以及基于二維范德華晶體的超可操縱材料平臺為重點。發(fā)現(xiàn)通過實驗實現(xiàn)物質(zhì)量子相并對其屬性進(jìn)行控制的途徑是現(xiàn)代凝聚態(tài)物理學(xué)的核心目標(biāo)，實現(xiàn)這一目標(biāo)則有希望實現(xiàn)新一代目前無法實現(xiàn)和可能難以想象其功能的電子/光子器件。在本篇綜述中，Basov 等人描述了選擇性擾動微觀相互作用參數(shù)的新興策略，可用于將材料轉(zhuǎn)化為期望的量子態(tài)。接下來重點討論了最近通過利用強(qiáng)場、脈沖電磁刺激和納米結(jié)構(gòu)工程或界面工程來定制電子交互參數(shù)所取得的成功上。這些方法一起勾畫出了一個需求量子現(xiàn)象時代的潛在路線圖。（Nature Materials  DOI: 10.1038/NMAT5017） 

       8.多面體金屬-有機(jī)骨架顆粒自組裝成為三維有序超結(jié)構(gòu)

       （Self-assembly of polyhedral metal–organic framework particles into three-dimensional ordered superstructures）

將粒子自組裝成長城、三維、有序超結(jié)構(gòu)對于設(shè)計各種材料（包括等離子體傳感材料，能量或氣體存儲系統(tǒng)、催化劑和光子晶體）至關(guān)重要。Avci 等人結(jié)合實驗和模擬數(shù)據(jù)顯示，金屬-有機(jī)骨架（MOF）ZIF-8 的截角菱形十二面體顆?？梢宰越M裝成毫米尺寸的超結(jié)構(gòu)，其具有表現(xiàn)為光子晶體的基本三維菱形晶格。這些超結(jié)構(gòu)具有可通過控制 ZIF-8 微粒尺寸，或微孔中吸附的客體物質(zhì)，來進(jìn)行調(diào)節(jié)的光子帶隙。另外，也可以通過調(diào)整 ZIF-8 納米微粒的截角程度，或者使用八面體 Uio-66 MOF 微粒，來組裝成具有不同晶格的超結(jié)構(gòu)。這些有序的亞微米尺寸超結(jié)構(gòu)材料可能最終有助于設(shè)計用于感測應(yīng)用的三維光子材料。（Nature Chemistry DOI: 10.1038/NCHEM.2875）