1. 石墨烯納米帶的磁性邊緣態(tài)和相干操作

       （Magnetic edge states and coherent manipulation of graphene nanoribbons）

       材料名稱：石墨烯納米帶

       研究團(tuán)隊：牛津大學(xué)Bogani研究組

       石墨烯是碳原子的單層網(wǎng)絡(luò)，具有優(yōu)異的電子和機(jī)械性能。納米級寬度的石墨烯帶（納米帶）能夠表現(xiàn)出半金屬性和量子限制效應(yīng)。對于自旋電子學(xué)和量子計算器件來說，石墨烯納米帶的相干操作前景可觀，研究人員已經(jīng)從理論角度對其磁性邊緣進(jìn)行了廣泛的研究。然而，納米帶的邊緣不能以原子精度產(chǎn)生，并且已經(jīng)提出的石墨烯末端化學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定，這兩個問題一直阻礙著研究的進(jìn)展。Slota 等人通過穩(wěn)定的自旋軸承基團(tuán)功能化分子石墨烯納米帶，研究解決了研究進(jìn)程中的兩大問題。實驗觀察到預(yù)測的非局域磁邊緣狀態(tài)，并測試了自旋動力學(xué)和自旋-環(huán)境相互作用的理論模型。與非石墨化的參考材料相比，Slota 等人能夠清楚地識別自由基功能化石墨烯納米帶的特征行為。研究量化了自旋軌道耦合的參數(shù)，定義了相互作用模式并確定了自旋退相干通道。即使沒有任何優(yōu)化，自旋相干時間能夠在室溫下的微秒范圍內(nèi)，實現(xiàn)邊緣和自由基自旋之間的量子反演操作。Slota 等人的方法提供了一種在石墨烯納米帶實驗中測試磁性理論的方法。觀察到的相干時間開辟了在量子自旋電子器件中使用磁性納米帶的令人鼓舞的前景。（Nature  DOI: 10.1038/s41586-018-0154-7）

       2. 石墨烯-鐵磁體界面處由Rashba效應(yīng)引起的顯著Dzyaloshinskii-Moriya相互作用

       （Significant Dzyaloshinskii–Moriya interaction at graphene–ferromagnet interfaces due to the Rashba effect）

       材料名稱：石墨烯/鐵磁金屬

       研究團(tuán)隊：法國格勒諾布爾-阿爾卑斯大學(xué)Chshiev研究組

       能夠利用石墨烯豐富的自旋相關(guān)性質(zhì)的這一可能性，使得在追求自旋電子學(xué)進(jìn)展的研究中引起了很多關(guān)注。高速和低能耗設(shè)備的前景激發(fā)了研究人員對穩(wěn)定手性旋轉(zhuǎn)紋理分層結(jié)構(gòu)（如拓?fù)浔Ｗo(hù)的斯格眀子）的尋找。Yang 等人證明了手性自旋紋理在石墨烯/鐵磁金屬界面處是被誘導(dǎo)的。石墨烯是一種弱自旋-軌道耦合材料，通常不會引起足夠的 Dzyaloshinskii-Moriya 相互作用來影響磁性手性。Yang 等人證明了石墨烯確實會因 Rashba 效應(yīng)而誘發(fā)一類 Dzyaloshinskii-Moriya 相互作用。自旋極化電子顯微鏡實驗和第一性原理計算表明，這種石墨烯誘導(dǎo)的 Dzyaloshinskii-Moriya 相互作用可以達(dá)到與重金屬界面相似的量級。這項研究工作為通向基于二維材料的自旋軌道學(xué)鋪平了道路。（Nature Materials  DOI: 10.1038/s41563-018-0079-4）   

           3.反鐵磁絕緣體中的自旋巨磁電阻

       (Spin colossal magnetoresistance in an antiferromagnetic insulator)

       材料名稱：反鐵磁絕緣體 Cr2O3

       研究團(tuán)隊：日本東北大學(xué)Dazhi Hou研究組

       巨磁電阻（CMR）指的是由金屬-絕緣體轉(zhuǎn)變附近的磁場引起的電導(dǎo)率的巨大變化，這激發(fā)了數(shù)十年來的廣泛研究。Qiu 等人展示了反鐵磁絕緣體 Cr2O3 的 Néel 溫度（TN = 296K）附近的類似自旋效應(yīng)。通過利用釔鐵石榴石 YIG/Cr2O3/Pt 的三層結(jié)構(gòu)，Qiu 等人將來自 YIG 的自旋電流注入到 Cr2O3 層中，并通過反向自旋霍爾效應(yīng)收集轉(zhuǎn)移到重金屬 Pt 中的自旋信號。并且觀察到 Néel 溫度在 14K 內(nèi)傳輸?shù)淖孕娏饔袃蓚€數(shù)量級的差異。自旋傳導(dǎo)和非傳導(dǎo)狀態(tài)之間的這種轉(zhuǎn)變也由等溫條件下的磁場調(diào)制。Qiu 等人稱之為自旋巨磁電阻（SCMR）的這種效應(yīng)有可能簡化基本自旋電子學(xué)器件的設(shè)計，例如實現(xiàn)自旋電流開關(guān)或基于自旋電流的存儲器。（Nature Materials  DOI: 10.1038/s41563-018-0087-4）

       4. 解決銅氧化加成問題的途徑：溴代芳烴的三氟甲基化

       (A radical approach to the copper oxidative addition problem: Trifluoromethylation of bromoarenes)

       材料名稱：芳基溴代物

       研究團(tuán)隊：美國普林斯頓大學(xué)MacMillan研究

       過渡金屬催化的芳烴官能化在過去的一個世紀(jì)中被廣泛用于分子合成。其中，銅催化長期以來一直被認(rèn)為是一個特殊的平臺，因為高價銅傾向于用各種各樣的偶聯(lián)片段進(jìn)行還原消除。然而，氧化加成的緩慢性質(zhì)限制了銅廣泛促進(jìn)鹵代芳烴偶聯(lián)的能力。Le 等人表明該銅氧化加成問題可以用芳基捕獲機(jī)理克服，其中芳基通過甲硅烷基鹵素取代生成。該策略可以被應(yīng)用于通過雙銅-光氧化催化的芳基溴代物的三氟甲基化。機(jī)理研究支持了開殼芳基物質(zhì)的形成。（Science DOI: 10.1126/science.aat4133） 

       5. 非平衡態(tài)斯格眀子的聚集和崩塌動力學(xué)

       (Aggregation and collapse dynamics of skyrmions in a non-equilibrium state)

       材料名稱：六方晶格斯格眀子晶體

       研究團(tuán)隊：日本東京大學(xué)Xiuzhen Yu研究組

       磁性斯格眀子因其具有的電磁特性已經(jīng)引起了人們的關(guān)注。特別是，受拓?fù)浔Ｗo(hù)并因此可能存在于更寬的溫度-磁場區(qū)域的非平衡態(tài)斯格眀子，顯示出了可能的實際應(yīng)用前景，但其動力學(xué)卻仍然難以捉摸。Yu 等人報導(dǎo)了通過密集空位填充的 SkX 觀察到的磁場誘導(dǎo)的由零偏場下亞穩(wěn)態(tài)六方晶格斯格眀子晶體（SkX）到非晶態(tài)的動態(tài)轉(zhuǎn)變。另一方面，隨著場的減小，聚集體在非平衡狀態(tài)下從“隨機(jī)粒子”變?yōu)樗垢癖b子“微晶體”，類似于膠體結(jié)晶，隨后在 SkX 和伴有拓?fù)淙毕莸穆菪?錐形域之間經(jīng)歷了拓?fù)洳煌南喾蛛x。這些觀察結(jié)果直接證明了亞穩(wěn)定斯格眀子的聚集和崩塌動力學(xué)，并可能為其它他非平凡拓?fù)洮F(xiàn)象（如零磁場拓?fù)浠魻栃?yīng)）提供了途徑。（Nature Physics DOI: 10.1038/s41567-018-0155-3）

       6. [Fe4S4] 團(tuán)簇將 CO2 轉(zhuǎn)化為碳?xì)浠衔?/strong>

       (Ambient conversion of CO2 to hydrocarbons by biogenic and synthetic [Fe4S4] clusters)

       材料名稱：[Fe4S4] 團(tuán)簇

       研究團(tuán)隊：加州大學(xué)爾灣分校Yilin Hu研究組

       固氮酶的 Fe 蛋白含有氧化還原活性 [Fe4S4] 簇，它在電子轉(zhuǎn)移和底物還原中起著關(guān)鍵作用。Stiebritz 等人表明甲烷八疊球菌的 Fe 蛋白可以在環(huán)境條件下將 CO2 和 CO 還原成碳?xì)浠衔?。此外，還證明了這種反應(yīng)性是 [Fe4S4] 簇固有的，表明了合成 [Fe4S4] 化合物催化溶液中相同環(huán)境反應(yīng)的能力。理論計算提出了一種涉及醛類中間體的反應(yīng)機(jī)理，該中間體在質(zhì)子偶聯(lián)電子轉(zhuǎn)移和伴隨的去除水分子時能夠產(chǎn)生烴產(chǎn)物。這些結(jié)果為基于 FeS 的活化和還原 CO2 和 CO 的機(jī)理研究提供了框架，同時促進(jìn)了能夠?qū)?CO2 和 CO 環(huán)境條件下轉(zhuǎn)化為燃料產(chǎn)物的 FeS 催化劑的潛在發(fā)展。（Nature Catalysis DOI: 10.1038/s41929-018-0079-4） 

       7. 能谷分裂二維半導(dǎo)體中的 Holstein 極化子

       (Holstein polaron in a valley-degenerate two-dimensional semiconductor)

       材料名稱：表面摻雜的分層半導(dǎo)體 MoS2

       研究團(tuán)隊：韓國延世大學(xué)Keun Su Kim研究組

       二維（2D）晶體已經(jīng)成為一類具有可調(diào)載流子密度的材料。載流子摻雜到二維半導(dǎo)體可用于調(diào)制多體相互作用并探索新型復(fù)合粒子。Holstein 極化子是一種電子的小復(fù)合粒子，它攜帶自發(fā)誘發(fā)的晶格變形（或聲子）云，而這被認(rèn)為在器件中的高溫超導(dǎo)和載流子遷移率方面發(fā)揮關(guān)鍵作用。Kang 等人報導(dǎo)了表面摻雜的分層半導(dǎo)體 MoS2 中 Holstein 極化子的發(fā)現(xiàn)，而在 MoS2 中最近發(fā)現(xiàn)了臨界溫度為 12K 的令人迷惑的 2D 超導(dǎo)圓頂。Kang 等人還利用電荷載流子的高分辨能帶映射，發(fā)現(xiàn)強(qiáng)能帶重整化被認(rèn)為是 Holstein 極化子迄今未觀察到的光譜函數(shù)。MoS2 中電子-聲子（e-ph）耦合的短程性質(zhì)可以用其谷值簡并度來解釋，谷簡并性使得聲學(xué)聲子介導(dǎo)的強(qiáng)通道間耦合成為可能。耦合強(qiáng)度沿超導(dǎo)穹面逐漸增大，直至中間區(qū)域，這表明二維超導(dǎo)中存在雙極化子對。（Nature Materials  DOI: 10.1038/s41563-018-0092-7）