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Nature盤點: 7月材料領(lǐng)域重大進展

2017-08-09 09:13:25 作者：本網(wǎng)整理來源：材料人分享至：

1、Nature: 拓?fù)淞孔踊瘜W(xué)理論為預(yù)測新材料點亮明燈！

普林斯頓大學(xué)B. Andrei Bernevig（通訊作者）等人提出了一套完整的電子帶理論，基于電子的傳統(tǒng)能帶理論，重點提出拓?fù)鋵W(xué)和局域化學(xué)鍵間的相互聯(lián)系，名為拓?fù)淞孔踊瘜W(xué)理論。該理論對材料的概念、所有可能的能帶結(jié)構(gòu)的性質(zhì)、可能有相互聯(lián)系的材料以及動量空間和實空間的圖解分析都進行了描述。對230種晶體空間群，由局域原子軌道引起的可能的能帶結(jié)構(gòu)都進行了分類，并指出哪一種具有拓?fù)涮匦?。該電子能帶理論將進一步揭示拓?fù)浣^緣體，并可用于更多相關(guān)材料的預(yù)測。

文獻鏈接：Topological quantum chemistry（Nature，2017，DOI:10.1038/nature23268）

2、Nature: 銅氧超導(dǎo)體中軸對稱性的自發(fā)破壞

布魯克海文國家實驗室的 I. Bo?ovi?（通訊作者）等人研究了施加電流后，單晶La2–xSrxCuO4 薄膜的特性，發(fā)現(xiàn)正交于電流方向，樣品產(chǎn)生了自發(fā)的電壓。并取決于探針電流、溫度、設(shè)備面內(nèi)方向以及摻雜，表明此特性時為其本征固有屬性，并且在很大溫度和摻雜范圍內(nèi)都能表現(xiàn)。同時，若施加電流方向與平面呈φ角，電壓則會以sin（2φ）變化，這時晶體的旋轉(zhuǎn)對稱性會破壞。

文獻鏈接：Spontaneous breaking of rotational symmetry in copper oxide superconductors（Nature，2017，Doi:10.1038/nature23290）

3、Nature: 可見光催化CO2制甲烷

法國巴黎第七大學(xué)Julien Bonin和Marc Robert（共同通訊）等人報道了在室溫、常壓可見光驅(qū)動下，鐵基光催化劑可高效催化CO2還原制甲烷。研究團隊利用三甲基銨基團功能化的鐵四苯基卟啉絡(luò)合物用于將CO2轉(zhuǎn)化為CO?？梢姽庹丈湎麓呋趸歼€原生產(chǎn)甲烷的八電子還原。研究表明：含有光敏劑和犧牲電子給體的乙腈溶液中，幾天內(nèi)催化體系可穩(wěn)定的運行。

文獻鏈接：Visible-light-driven methane formation from CO2 with a molecular iron catalyst（Nature, 2017, DOI: 10.1038/nature23016）

4、Nature: 在單一芯片上實現(xiàn)計算與數(shù)據(jù)存儲的三維集成！

斯坦福大學(xué)Max M. Shulaker（通訊作者）等人提出關(guān)于可變換型納米系統(tǒng)新理念，所制備的芯片結(jié)構(gòu)包括一百萬多個電阻式隨機存取存儲器單元和兩百萬多個碳納米管場效應(yīng)晶體管，這是一種新型有發(fā)展前景的納米技術(shù)，可應(yīng)用在節(jié)能數(shù)字邏輯電路和密集數(shù)據(jù)存儲上，并能將其制備成垂直堆放層放置于單一芯片上。與傳統(tǒng)集成電路結(jié)構(gòu)不同，這種分層式制備實現(xiàn)了在層間實現(xiàn)計算、數(shù)據(jù)存儲、輸入和輸出（如傳感）等功能的具微晶和密集垂直連通的三維集成電路結(jié)構(gòu)。這種納米系統(tǒng)可以在一秒內(nèi)捕捉大量數(shù)據(jù)，并在單一芯片上直接存儲，原位實現(xiàn)數(shù)據(jù)獲得與信息的快速處理。同時，由于每層是制備在硅邏輯電路上，因此納米系統(tǒng)能與硅基設(shè)備相適配。這種復(fù)雜的納米電子系統(tǒng)對未來高性能以及高效節(jié)能的電子設(shè)備而言是必不可少的。

文獻鏈接：Three-dimensional integration of nanotechnologies for computing and data storage on a single chip（Nature，2017，DOI: 10.1038/nature22994）

5、Nature: 納米晶體高溫結(jié)晶成三維超晶格

美國SLAC國家加速器實驗室Christopher J. Tassone和斯坦福大學(xué)Matteo Cargnello（共同通訊）等人報道了高溫條件下的膠體合成期間，微米尺寸的面心立方三維納米晶體超晶格的快速增長。同時，由于超晶格模板導(dǎo)致的晶格膨脹和精確納米晶體尺寸控制，研究者利用原位小角度X射線散射觀察了晶格內(nèi)單個納米晶體的連續(xù)生長過程。熱力學(xué)模型表明：由納米晶體表面覆蓋的配體和納米晶核尺寸引起的平衡相互作用力（包括吸引力和排斥力）是最終結(jié)晶的原因。另外，可以通過控制顆粒間的相互作用形成不同的超晶格結(jié)構(gòu)，例如六方密堆積晶格。此外，各種納米晶體系統(tǒng)合理組裝成新型材料后不僅有助于基礎(chǔ)研究，還有助于其進一步在磁學(xué)、電子學(xué)和催化領(lǐng)域的實際應(yīng)用。

文獻鏈接： High-temperature crystallization of nanocrystals into three-dimensional superlattices（Nature, 2017, DOI: 10.1038/nature23308）

6、Nature: 三國共同開發(fā)神經(jīng)形態(tài)計算機

由法國，日本和美國三國成員組成的研究團隊制備了一個納米級的磁性設(shè)備，可模擬神經(jīng)元的行為，并可用于識別人類的音頻信號。巴黎薩克雷大學(xué)的Julie Grollier為通訊作者，該團隊介紹了制備該設(shè)備的方法，該設(shè)備的工作原理以及它探測結(jié)果的準(zhǔn)確性。Frank Hoppensteadt與庫朗數(shù)學(xué)科學(xué)研究所提供了一個關(guān)于該團隊工作的新聞與觀點板塊，并概述了神經(jīng)形態(tài)（模擬大腦）計算機背后的理念以及它們是如何創(chuàng)建出來的。在這項新的研究中，研究人員建立了一個納米尺度的神經(jīng)形態(tài)計算機，其中400個神經(jīng)元在計算機芯片上排列成陣列。神經(jīng)元呈微小的三層柱形，即兩個鐵磁層中間夾一層非磁性隔絕物。連續(xù)電流在神經(jīng)元的頂部引起直接磁化，二次電流使得磁化穩(wěn)定地振蕩。

文獻鏈接：Neuromorphic computing with nanoscale spintroni c oscillators（Nature，2017，Doi:10.1038/nature23011）

7、Nature: 納米級X射線斷層成像揭示三維磁結(jié)構(gòu)

瑞士保羅謝勒研究所的Claire Donnelly和Manuel Guizar-Sicairos以及格拉斯哥大學(xué)的Sebastian Gliga（共同通訊作者）等人利用硬X射線矢量斷層成像法對布洛赫點附近的三維磁結(jié)構(gòu)進行成像，成功觀察了直徑8微米的軟磁柱內(nèi)部三維磁結(jié)構(gòu)，包括各種磁壁結(jié)構(gòu)，環(huán)狀或扭曲磁結(jié)構(gòu)等，分辨率在100納米左右，并且分辨出兩種可能的位形。該方法有助于進一步研究納米層面上的拓樸磁結(jié)構(gòu)，為開發(fā)新技術(shù)設(shè)備提供了實驗基礎(chǔ)。

文獻鏈接：Three-dimensional magnetization structures revealed with X-ray vector nanotomography（Nature，2017，Doi:10.1038/nature23006）

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