1. 理想 Weyl 點和人造光子晶體結構中的螺旋面狀態(tài)

       （Ideal Weyl points and helicoid surface states in artificial photonic crystal structures）

       材料名稱：人造光子晶體

       研究團隊：英國伯明翰大學、深圳大學和中國科學院物理所

       Weyl 點是三維晶體線性分散能帶的交叉點，它為探索各種奇妙的現(xiàn)象，如拓撲保護的表面狀態(tài)和手性異常等提供了機會。但是，Weyl 點全部以相同的能量存在并與任何其它能帶分離的理想 Weyl系統(tǒng)仍然比較缺乏，這對 Weyl物理學和潛在應用的進一步發(fā)展構成了嚴重的限制。通過對馬鞍形金屬螺圈微波光子晶體的實驗表征，Yang 等人通過對稱操作觀察到了彼此相關的理想 Weyl 點，以及展現(xiàn)出螺旋結構的拓撲表面狀態(tài)。這一系統(tǒng)為探索理想 Weyl 系統(tǒng)和開發(fā)可能的拓撲設備提供了一個光子平臺。（Science DOI: 10.1126/science.aaq1221）

       2. 對氣體填充蛋白質納米結構的聲學調制磁共振成像

       （Acoustically modulated magnetic resonance imaging of gas-filled protein nanostructures）

       材料名稱：氣體填充蛋白質納米結構

       研究團隊：加州理工學院Shapiro研究組

       非侵入式生物成像所需要的材料，要能夠與深度滲透形式的能量（例如磁場和聲波）產生相互作用。Lu 等人展示了一種氣囊（GV），一種獨特的氣體填充蛋白質納米結構，相對于水具有微分磁化率，可以在亞納摩爾濃度下產生強烈的磁共振成像（MRI）對比度，并且該對比度可利用原位超聲消去，從而實現(xiàn)無背景成像。在體外、細胞內以及三種體內場景，證明了這些納米結構作為遺傳編碼報導者的能力。GV 的不同遺傳變異體的磁性或機械表型不同，從而能夠利用參數(shù)化 MRI 和微分聲學敏感性進行多路復用成像。此外，聚類誘導的 MRI 對比度變化使得動態(tài)分子傳感器的設計成為了可能。通過結合 MRI 和超聲波的互補物理學，這種納米材料具有特殊優(yōu)勢和能力的獨特分子成像方式。（Nature Materials DOI: 10.1038/s41563-018-0023-7）

       3.通過分析 n-摻雜 C60 和 ZnPc 中的態(tài)密度來了解有機半導體的摻雜效率

       (Insight into doping efficiency of organic semiconductors from the analysis of the density of states in n-doped C60 and ZnPc)

       材料名稱：有機半導體

       研究團隊：德國德累斯頓工業(yè)大學Ortmann研究組

       摻雜在半導體物理學中起著至關重要的作用，其中 n-摻雜由雜質相對于導帶邊緣的電離能所控制。在有機半導體中，高效摻雜主要受到目前尚未充分了解的各種效應的影響。Gaul 等人利用正向和反向光電子能譜的模擬和實驗測量了原型材料 C60 和由高效苯并咪唑啉基（2-Cyc-DMBI）進行 n-摻雜的酞菁鋅的狀態(tài)密度和費米能級位置。他們還研究了摻雜引起的間隙態(tài)的作用，特別是研究了未摻雜材料的電子親和力與其摻雜對應物的電離勢之間的差 Δ1 的作用。研究表明了這個參數(shù)對于自由載流子的產生非常關鍵且會影響摻雜膜的導電性。調整 Δ1 可能能夠為優(yōu)化有機半導體的電子性質提供替代策略。（Nature Materials DOI: 10.1038/s41563-018-0030-8）

       4. 對振動激發(fā)分子在金屬表面吸附和解吸的觀測

       (Observation of the adsorption and desorption of vibrationally excited molecules on a metal surface)

        材料名稱：金

       研究團隊：德國哥廷根大學Wodtke研究組

       催化表面化學最常見的機制是 Langmuir 和 Hinshelwood （LH）。在 LH 機理中，先是反應物吸附，然后隨表面熱化，既而反應。對吸附在金屬表面的分子測得的振動（弛豫）壽命都是在幾皮秒的范圍內。因此，除了通過分子物理吸附中間體時發(fā)生的 LH 反應之外，很少觀察到對 LH 化學的振動促進。Shirhatti 等人對從 Au（111）表面振動激發(fā)的 CO 分子的吸附和隨后的解吸進行了直接檢測。結果表明，CO（v = 1）在 Au（111）表面上存在了約 1×10-10s。金屬表面上吸附物如此長的振動壽命非常出人意料，這對當前對金屬表面上的振動能量耗散的理解提出了有趣的挑戰(zhàn)。這也表明表面化學的振動促進可能比一般認為的更普遍。（Nature Chemistry DOI: 10.1038/s41557-018-0003-1） 

       5. 由溶劑促成的對生物質衍生化合物液相反應反應性的控制

       (Solvent-enabled control of reactivity for liquid-phase reactions of biomass-derived compounds)

       材料名稱：生物質衍生化合物

       研究團隊：威斯康辛大學麥迪遜分校Dumesic研究組

       在生物質轉化反應中使用有機溶劑可以實現(xiàn)高速率和高選擇性。Mellmer 等人闡明了有機溶劑混合物和水，對與生物質轉化相關的酸催化脫水反應動力學的影響。基于反應動力學研究的結果，結合經典和從頭算分子動力學模擬，表明了通過改變這些催化過程的初始和過渡態(tài)的溶劑化程度，可以提高液相中酸催化反應的速率。隨著反應物中鄰位羥基或含氧基團數(shù)量的增加，這些效應的程度也隨之增加，從醇（丁醇）轉移到二醇（1,2-丙二醇），轉變?yōu)樘妓衔铮ü牵?。對這些溶劑效應的理解，可用于優(yōu)化從果糖生產生物質平臺分子羥甲基糠醛的速率和選擇性。（Nature Catalysis DOI: 10.1038/s41929-018-0027-3）

       6. 通過插層電子實現(xiàn)二維 SnS2 的空間可控摻雜

       (Spatially controlled doping of two-dimensional SnS2 through intercalation for electronics)

       材料名稱：二維SnS2

       研究團隊：斯坦福大學崔屹研究組

       摻雜半導體是現(xiàn)代電子器件最重要的構建元素。在硅基集成電路中，可以在不引入高電阻接口的情況下實現(xiàn)這些材料簡易、可控的制造與集成。此外，二維（2D）材料的出現(xiàn)使得原子級薄集成電路得以實現(xiàn)。但是，這些材料的 2D 特性阻礙了使用傳統(tǒng)離子注入技術進行的載流子摻雜，并進一步阻礙了器件的開發(fā)。Gong 等人展示了一種基于溶劑的插層方法，用以在原子級極限下在同一母材中實現(xiàn) p-型摻雜，n-型摻雜和簡并摻雜半導體。與自然生長的 n-型 S-空位 SnS2 相反，通過該技術獲得的 Cu 插層雙層 SnS2 表現(xiàn)出約 40cm2V-1s-1 的空穴場效應遷移率，并且所獲得的 Co-SnS2 表現(xiàn)出金屬化特性，表面電阻與幾層石墨烯相當。將這種插層技術與光刻技術相結合，可以進一步實現(xiàn)空間和尺寸精確控制的原子級無縫 p-n 金屬結，這使得面內異質結具有了用于集成器件和其它 2D 材料的實際可用性。由此，這種插入方法提供了將集成電路和原子級薄材料兩個不同的世界連接到一起的新途徑。（Nature Nanotechnology DOI: 10.1038/s41565-018-0069-3）

       7. 框架化學在二氧化碳還原催化劑設計中的作用

       (The role of reticular chemistry in the design of CO2 reduction catalysts)

       材料名稱：框架化合物

       研究團隊：加州大學伯克利分校Yaghi研究組

       當前最先進的用于二氧化碳光電還原或電還原的催化劑仍存在的問題，在于沒有一個單獨的系統(tǒng)可以獨立控制并由此優(yōu)化活性、選擇性和效率之間的相互影響?？蚣芑瘜W被認為能夠以原子精度控制多孔結晶材料的化學和結構特征（活性和選擇性）以及輸出光電子性質（效率）。選擇框架化學家工具箱中的分子構建模塊能夠合理地設計結構，框架化學用以整合催化活性組分，并且這些構建模塊的連接方式賦予了期望材料具有的光電特性。這些方面可以獨立進行微調的這一事實證明了框架化學的發(fā)展前景，有助于下一代二氧化碳還原催化劑的設計。（Nature Materials DOI: 10.1038/s41563-018-0033-5）