經(jīng)典的旋轉(zhuǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)功能強(qiáng)大且用途廣泛，但設(shè)計(jì)復(fù)雜且難以小型化。長(zhǎng)期以來，制造簡(jiǎn)單，堅(jiān)固的大沖程，高速，高能量微型發(fā)動(dòng)機(jī)一直面臨挑戰(zhàn)。

法國(guó)波爾多大學(xué)的Jinkai Yuan和Philippe Poulin發(fā)現(xiàn)，扭轉(zhuǎn)加硬的形狀記憶納米復(fù)合纖維可在插入扭曲后轉(zhuǎn)變，以存儲(chǔ)并提供快速而高能量的旋轉(zhuǎn)。扭曲形狀記憶納米復(fù)合纖維結(jié)合了高扭矩和大旋轉(zhuǎn)角度，提供的重量工作能力是天然骨骼肌的60倍。可以調(diào)節(jié)觸發(fā)光纖旋轉(zhuǎn)的溫度。通過允許工作溫度的可調(diào)性和存儲(chǔ)能量的逐步釋放，這種溫度記憶效果比常規(guī)發(fā)動(dòng)機(jī)具有更多優(yōu)勢(shì)。

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Shape Memory Nanocomposite Fibers for Untethered High-Energy Microengines

(Science, 2019, DOI: 10.1126/science.aaw3722)

2.使用C-H氫鍵籠捕獲氯離子

緊密結(jié)合和高選擇性是生物分子識(shí)別的標(biāo)志。用合成受體實(shí)現(xiàn)這些行為通常與OH和NH氫鍵有關(guān)。與這種傳統(tǒng)觀點(diǎn)相反，印第安納大學(xué)的Liu Yun教授僅使用CH氫鍵設(shè)計(jì)了一種隱窩狀籠狀氯化物選擇性受體。晶體學(xué)分析表明，氯化物被籠子中的六個(gè)1,2,3-三唑衍生出的六個(gè)短的2.7埃短氫鍵穩(wěn)定。使用液體從水到非極性二氯甲烷溶劑中的氯化物液-液萃取確定了摩爾親和力（10¹⁷M^-1）。對(duì)照驗(yàn)證了三唑在增強(qiáng)三維結(jié)構(gòu)以影響識(shí)別親和力和選擇性方面的額外作用：Cl^-> Br^-> NO₃^-> I^-。該保持架顯示出抗霍夫邁斯特鹽的析出和腐蝕抑制作用。

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Chloride Capture Using A C–H Hydrogen-Bonding Cage

(Science, 2019, DOI: 10.1126/science.aaw3722)

3.可重構(gòu)鐵磁液滴

固態(tài)鐵磁材料的形狀是剛性的，無法重構(gòu)。鐵磁流體盡管可重構(gòu)，但在室溫下是順磁性的，當(dāng)去除施加的磁場(chǎng)時(shí)會(huì)失去其磁化強(qiáng)度。美國(guó)麻省大學(xué)的Thomas P. Russell通過在水-油界面處組裝的磁性納米粒子的單層干擾顯示了鐵磁流體液滴的可逆順磁到鐵磁轉(zhuǎn)變。這些鐵磁液滴具有有限的矯頑力和剩余磁化強(qiáng)度，可以很容易地重新配置成不同的形狀，同時(shí)保留具有經(jīng)典的南北偶極子相互作用的固體鐵磁體的磁性能。它們的平移和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)可以通過外部磁場(chǎng)進(jìn)行遠(yuǎn)程精確控制，從而激發(fā)對(duì)活性物質(zhì)，耗能組件和可編程液體結(jié)構(gòu)的研究。

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Reconfigurable Ferromagnetic Liquid Droplets

(Science, 2019, DOI: 10.1126/science.aaw8719)

4.二維費(fèi)米超流體中的量子尺度異常和空間相干性

量子異常是由某些經(jīng)典理論的量化中出現(xiàn)的分歧所引起的違反經(jīng)典縮放對(duì)稱性的行為。盡管它們?cè)诙囿w系統(tǒng)的量子場(chǎng)理論描述中起著重要作用，但它們對(duì)實(shí)驗(yàn)可觀察物的影響卻難以分辨。在這項(xiàng)研究中，德國(guó)海德堡大學(xué)的Puneet A. Murthy在超冷原子的二維（2D）費(fèi)米超流體的動(dòng)量-空間動(dòng)力學(xué)中發(fā)現(xiàn)了量子異常的獨(dú)特表現(xiàn)。在強(qiáng)相互作用狀態(tài)下，測(cè)得的超流體在呼吸模式周期中的動(dòng)量對(duì)動(dòng)量分布表現(xiàn)出比例違規(guī)，發(fā)現(xiàn)表征系統(tǒng)中遠(yuǎn)程相相關(guān)的冪律指數(shù)被量子異常所修飾，強(qiáng)調(diào)了對(duì)2D超流體的關(guān)鍵特性的影響。

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Quantum Scale Anomaly and Spatial Coherence in A 2D Fermi Superfluid

(Science, 2019, DOI: 10.1126/science.aau4402)

5.拓?fù)浞肿蛹{米碳：全苯鏈烷和三葉結(jié)

拓?fù)鋸?fù)雜的納米碳的產(chǎn)生可以刺激科學(xué)技術(shù)的發(fā)展。然而，傳統(tǒng)的連鎖分子合成途徑需要雜原子。名古屋大學(xué)的Yasutomo Segawa和Kenichiro Itami報(bào)道了鏈烯和僅由對(duì)位連接的苯環(huán)組成的分子三葉結(jié)的合成。觀察到雜環(huán)烷的特征性熒光與兩個(gè)環(huán)之間的快速能量轉(zhuǎn)移有關(guān)，并且通過對(duì)映異構(gòu)體分離和圓二色譜法證實(shí)了全苯結(jié)的拓?fù)涫中浴Ｋ坪鮿傂缘娜浇Y(jié)即使在-95?C時(shí)在溶液中也具有類似渦旋的快速運(yùn)動(dòng)，從而得到所有氫原子的平均核磁共振信號(hào)。 從理論上預(yù)測(cè)了這種有趣的結(jié)動(dòng)態(tài)行為，可以激發(fā)對(duì)這些以前尚未開發(fā)的拓?fù)浞肿蛹{米碳類的更深入的了解和應(yīng)用。

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Topological Molecular Nanocarbons: All-Benzene Catenane and Trefoil Knot

(Science, 2019, DOI: 10.1126/science.aav5021)

6.有機(jī)半導(dǎo)體光催化劑可以使芳烴和雜芳烴雙官能化

半導(dǎo)體表面上的光激發(fā)電子-空穴對(duì)可以與兩種不同的襯底發(fā)生氧化還原反應(yīng)。類似于常規(guī)的電合成，主要的氧化還原中間體僅提供分開的氧化和還原產(chǎn)物，或更罕見地與一種加成產(chǎn)物結(jié)合。雷根斯堡大學(xué)的Burkhard Konig和馬普所的Markus Antonietti報(bào)道了一種穩(wěn)定的有機(jī)半導(dǎo)體材料，介孔石墨碳氮化物（mpg-CN），可以充當(dāng)可見光的光氧化還原催化劑，以協(xié)調(diào)氧化或還原界面電子轉(zhuǎn)移到兩組分或三組分系統(tǒng)中的兩種不同基質(zhì)上，用于芳烴和雜芳烴的直接碳?xì)潆p官能化。mpg-CN催化劑可耐受反應(yīng)性自由基和強(qiáng)親核試劑，可通過簡(jiǎn)單離心反應(yīng)混合物直接回收，并可重復(fù)用于至少四個(gè)具有保守活性的催化轉(zhuǎn)化。

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Organic Semiconductor Photocatalyst can Bifunctionalize Arenes and Heteroarenes

(Science, 2019, DOI: 10.1126/science.aaw3254)

7.分子電催化劑可以在流通池中快速和選擇性地還原CO₂

實(shí)際的電化學(xué)二氧化碳（CO₂）轉(zhuǎn)換需要一種能夠在高電流密度下以高選擇性介導(dǎo)有效形成單一產(chǎn)物的催化劑。固態(tài)電催化劑在電流密度≥150毫安每平方厘米（mA/cm²）時(shí)實(shí)現(xiàn)CO₂還原反應(yīng)（CO₂RR），但是在高電流密度和效率下保持高選擇性仍然是一個(gè)挑戰(zhàn)。可以設(shè)計(jì)分子CO₂RR催化劑以實(shí)現(xiàn)高選擇性和低超電勢(shì)，但只能在與工業(yè)操作無關(guān)的電流密度下實(shí)現(xiàn)。英屬哥倫比亞大學(xué)的Shaoxuan Ren和Dorian Joulie廣泛使用的分子催化劑鈷酞菁可以在零間隙膜流反應(yīng)器中介導(dǎo)CO₂到CO的形成，在150 mA/cm²時(shí)的選擇性> 95％。分子催化劑可以在這些操作條件下有效工作的啟示揭示了一種優(yōu)化CO₂RR催化劑和電解槽的獨(dú)特方法。

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Molecular Electrocatalysts can Mediate Fast, Selective CO2 Reduction in a Flow Cell

(Science, 2019, DOI: 10.1126/science.aax4608)

8.磁性節(jié)點(diǎn)半金屬中的奇異角磁電阻

相關(guān)電子系統(tǒng)的傳輸系數(shù)通常可用于繪制具有不同對(duì)稱性的隱藏相。美國(guó)麻省理工學(xué)院的J. G. Checkelsky以奇異角磁阻（SAMR）的形式報(bào)告磁性Weyl半金屬鈰鋁鍺（CeAlGe）系統(tǒng)中自發(fā)對(duì)稱性破壞的傳輸特征。超過每弧度1000％的角度響應(yīng)被限制在高對(duì)稱軸上，其半峰全寬小于1°，并且可以通過硅的等電部分取代鍺進(jìn)行調(diào)諧。從理論上解釋了SAMR現(xiàn)象是由于可控的高電阻疇壁的結(jié)果，這是由于強(qiáng)耦合到近似節(jié)點(diǎn)電子結(jié)構(gòu)的磁點(diǎn)組對(duì)稱性的破壞引起的。這項(xiàng)研究通過晶格和位點(diǎn)對(duì)稱性指出了具有高角度敏感性的工程磁性材料的成分。

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Singular Angular Magnetoresistance in A Magnetic Nodal Semimetal

(Science, 2019, DOI: 10.1126/science.aat0348)

八月

1.n型Mg₃Bi₂基材料的高熱電冷卻性能

熱電材料具有很大的珀?duì)柼?yīng)，使其對(duì)固態(tài)冷卻應(yīng)用具有吸引力。碲化鉍（Bi2Te3）基合金幾十年來一直是最先進(jìn)的室溫材料。但是，由于需要大量昂貴的碲，成本部分限制了熱電冷卻裝置的廣泛使用。美國(guó)休斯頓大學(xué)的仁志輝和麻省理工學(xué)院的陳剛報(bào)道了基于n型鉍鎂（Mg₃Bi₂）的材料在350K溫度下的峰值品質(zhì)因數(shù)（ZT）為?0.9，與商業(yè)化的碲化鉍硒（Bi₂Te_3-xSe_x）相當(dāng)，但價(jià)格便宜得多。由報(bào)導(dǎo)的材料和p型碲化鉍銻（Bi_0.5Sb_1.5Te₃）制成的冷卻裝置在350K的熱側(cè)溫度下產(chǎn)生了約91K的大溫差。n型基于Mg3Bi2的材料有望用于熱電冷卻應(yīng)用。

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High Thermoelectric Cooling Performance of n-Type Mg₃Bi₂-Based Materials

(Science, 2019, DOI: 10.1126/science.aax7792)

2.通過多晶型納米域設(shè)計(jì)的超高能量密度無鉛介電膜

介電材料因其獨(dú)特的超高功率密度（超快充放電速率），高耐壓以及良好可靠性在電子器件以及電能系統(tǒng)中扮演著至關(guān)重要的角色。然而，介質(zhì)電容器的能量存儲(chǔ)能力比較低，如何提高電介質(zhì)的能量密度是其繼續(xù)發(fā)展中面臨的長(zhǎng)期挑戰(zhàn)。隨著新型電子電學(xué)系統(tǒng)不斷集成化和微型化，尋求提高介質(zhì)電容器的能量密度成為了介電材料領(lǐng)域亟待解決的問題。近日，清華大學(xué)林元華和南策文利用多相納米域設(shè)計(jì)策略設(shè)計(jì)了具有超高密度的無鉛鐵電薄膜。他們?cè)谙鄨?chǎng)模擬方法指導(dǎo)下，首先構(gòu)筑了無鉛的BiFeO₃-BaTiO₃-SrTiO₃固溶體薄膜，發(fā)現(xiàn)其菱方晶系和正方晶系的納米疇可共存。該薄膜在保持較高極化的同時(shí)獲得了最小的磁滯回線，其能量密度高達(dá)112 J/cm³，能量轉(zhuǎn)化效率達(dá)約80%。

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Ultrahigh–Energy Density Lead-Free Dielectric Films via Polymorphic Nanodomain Design

(Science, 2019, DOI: 10.1126/science.aaw8109)

3.熱力學(xué)穩(wěn)定的基于β-CsPbI₃的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池，效率突破 18％

近年來，有機(jī)無機(jī)雜化鉛鹵鈣鈦礦太陽(yáng)能電池效率獲得了快速提升，但其化學(xué)穩(wěn)定性差、易分解嚴(yán)重阻礙其商業(yè)化應(yīng)用。相比之下，全無機(jī)CsPbI₃鈣鈦礦具有優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性，即使耐受400度高溫也不發(fā)生分解，并且~1.7eV 帶隙的全無機(jī)CsPbI₃鈣鈦礦是和廣泛使用的~1.1eV帶隙的晶硅構(gòu)建疊層太陽(yáng)能電池的理想材料。但是，全無機(jī)CsPbI₃鈣鈦礦面臨結(jié)構(gòu)容忍因子過小導(dǎo)致的體相穩(wěn)定性差，鈣鈦礦材料缺陷多以及其器件能級(jí)匹配不理想引發(fā)的器件效率較低這兩大關(guān)鍵挑戰(zhàn)。

上海交通大學(xué)的趙一新和洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院Grtzel、沖繩理工大學(xué)戚亞冰提出了裂紋界面工程方法。不同于之前僅能對(duì)鈣鈦礦上表面進(jìn)行鈍化修飾的常規(guī)界面工程，裂紋填充界面工程在對(duì)β-CsPbI₃上表面進(jìn)行處理的同時(shí)，還可利用初始β-CsPbI₃薄膜中存在的孔洞、缺陷等進(jìn)行填充，通過這些微通道使碘化膽堿均勻分布于β-CsPbI₃上下表層和內(nèi)部，可以實(shí)現(xiàn)鈣鈦礦全方位的修飾改性。這些全方位分布的碘化膽堿不但全面鈍化了β-CsPbI₃層缺陷，而且優(yōu)化了β-CsPbI₃與電荷傳輸層之間的能級(jí)匹配，從而大幅度改善了器件的光伏性能。最終，基于缺陷修復(fù)和能級(jí)優(yōu)化后的β-CsPbI₃全無機(jī)鈣鈦礦電池獲得了>18%光電轉(zhuǎn)換效率，經(jīng)中國(guó)計(jì)量院第三方認(rèn)證的最高效率18.3%，是當(dāng)前無機(jī)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的最高值。這些研究成果對(duì)無機(jī)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池和其他鈣鈦礦材料光電應(yīng)用具有重要指導(dǎo)意義。

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Thermodynamically Stabilized β-CsPbI₃–Based Perovskite Solar Cells with Efficiencies >18%

(Science, 2019, DOI: 10.1126/science.aav8680)

4.黑色應(yīng)變CsPbI₃薄膜的熱不平衡

高溫全無機(jī)CsPbI₃鈣鈦礦黑相在室溫下相對(duì)于其黃色非鈣鈦礦相是亞穩(wěn)態(tài)的。因?yàn)橹挥泻谙嗑哂泄鈱W(xué)活性，所以這代表了在光電器件中使用CsPbI₃的不變。比利時(shí)魯汶大學(xué)的Julian A. Steele和Johan Hofkens報(bào)告了使用襯底夾持和雙軸應(yīng)變使黑相CsPbI₃薄膜在室溫下穩(wěn)定。 作者使用基于同步加速器的掠入射，廣角X射線散射來追蹤在330°C退火后冷卻的黑色CsPbI₃薄膜中晶體畸變的引入和應(yīng)變驅(qū)動(dòng)的紋理形成。應(yīng)變界面使黑色CsPbI₃薄膜的熱穩(wěn)定性得到了極大的改善，這種響應(yīng)已從頭算熱力學(xué)模型得到了驗(yàn)證。

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Thermal Unequilibrium of Strained Black CsPbI₃ Thin Films

(Science, 2019, DOI: 10.1126/science.aav8680)

5.接近鐵磁的自旋三重態(tài)超導(dǎo)

自旋三重態(tài)超導(dǎo)體潛在地承載著量子信息處理感興趣的拓?fù)浼ぐl(fā)。馬里蘭大學(xué)的Sheng Ran和Nicholas P. Butch報(bào)道了UTe₂中自旋三重態(tài)超導(dǎo)的發(fā)現(xiàn)，其轉(zhuǎn)變溫度為1.6K，并且具有很大的各向異性上臨界場(chǎng)，超過40特斯拉。這種超導(dǎo)相穩(wěn)定性表明，UTe₂與鐵磁超導(dǎo)體（如UGe2，URhGe和UCoGe）有關(guān)。然而，缺乏磁序和對(duì)量子臨界標(biāo)度的觀察將UTe₂置于該鐵磁超導(dǎo)體系列的順磁端。巨大的無鍵費(fèi)米固有零溫度儲(chǔ)集層表示超常規(guī)配對(duì)的高度非常規(guī)類型。

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Nearly Ferromagnetic Spin-Triplet Superconductivity

(Science, 2019, DOI: 10.1126/science.aav8645)

6.軟鈣鈦礦半導(dǎo)體的穩(wěn)定異質(zhì)結(jié)構(gòu)

鈣鈦礦太陽(yáng)能電池作為一種新型光伏技術(shù)，具有成本低、效率高的特點(diǎn)，目前世界最高光電轉(zhuǎn)化效率紀(jì)錄已達(dá)到25%。作為一種半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)光電器件，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池通過鈣鈦礦光吸收層、電荷傳輸層等半導(dǎo)體材料組成的異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)來有效分離和提取光生電荷，實(shí)現(xiàn)由光能到電能的轉(zhuǎn)換。但是，鈣鈦礦電池異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)并不穩(wěn)固，一旦異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)被破壞，電池性能就會(huì)顯著降低。上海交通大學(xué)韓禮元教授團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)制備了具有穩(wěn)固結(jié)構(gòu)的鈣鈦礦異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)主要包含一層表面富鉛鈣鈦礦半導(dǎo)體薄膜，并在薄膜表面沉積氯化氧化石墨烯薄膜，通過形成氯-鉛鍵、氧-鉛鍵將兩層薄膜結(jié)合在一起。光學(xué)、電學(xué)等表征實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，可以有效減少鈣鈦礦半導(dǎo)體薄膜的分解和缺陷的產(chǎn)生，同時(shí)也減少了逃逸離子對(duì)電荷傳輸層功能性的破壞。具有該異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池，在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)太陽(yáng)光光強(qiáng)和60 ^oC條件下連續(xù)工作1000小時(shí)的后，仍然保有初始效率的90%，而且電池的穩(wěn)態(tài)輸出效率通過了國(guó)際公認(rèn)電池評(píng)測(cè)機(jī)構(gòu)-日本產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所（AIST）光伏技術(shù)研究中心的認(rèn)證。

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Stabilizing Heterostructures of Soft Perovskite Semiconductors

(Science, 2019, DOI: 10.1126/science.aax8018)

7.陶瓷超快激光焊接

陶瓷的焊接是現(xiàn)代制造業(yè)中缺少的關(guān)鍵要素。當(dāng)前的方法無法將陶瓷連接到對(duì)溫度敏感的材料（例如聚合物和電子元件）。美國(guó)加州大學(xué)圣地亞哥分校的J. E. Garay引入了一種超快脈沖激光焊接方法，該方法依賴于將光聚焦在界面上，以確保陶瓷中的光學(xué)相互作用體積來刺激非線性吸收過程，從而引起局部熔化而不是燒蝕。關(guān)鍵是線性和非線性光學(xué)特性與激光能量-材料耦合之間的相互作用。焊接的陶瓷組件保持高真空，并具有可與金屬-陶瓷擴(kuò)散鍵媲美的剪切強(qiáng)度。激光焊接可以使陶瓷成為苛刻環(huán)境中的設(shè)備以及需要可見光射頻透明性的光電和/或電子封裝中不可或缺的組件。

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Ultrafast Laser Welding of Ceramics

(Science, 2019, DOI: 10.1126/science.aaw6699)

8.氧化還原中性有機(jī)催化光延反應(yīng)

醇的親核取代反應(yīng)是有機(jī)化學(xué)中最基本和具有戰(zhàn)略意義的轉(zhuǎn)變之一。半個(gè)多世紀(jì)以來，這些反應(yīng)已經(jīng)通過使用化學(xué)計(jì)量的，通常是危險(xiǎn)的試劑來活化原本未反應(yīng)的醇而實(shí)現(xiàn)。諾丁漢大學(xué)的Ross M. Denton證明了經(jīng)過特殊設(shè)計(jì)的氧化膦可在氧化還原中性催化歧管中促進(jìn)伯醇和仲醇的親核取代反應(yīng)，從而產(chǎn)生水作為唯一的副產(chǎn)物。催化偶聯(lián)過程的范圍包括允許碳-氧鍵和碳-氮鍵立體定向構(gòu)建的酸性原核親核體。

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Redox-Neutral Organocatalytic Mitsunobu Reactions

(Science, 2019, DOI: 10.1126/science.aax3353)

9.Skyrmion晶格在三角形晶格磁體中具有巨大的拓?fù)浠魻栃?yīng)

幾何上受挫的磁體可能具有復(fù)雜的自旋紋理，從而導(dǎo)致非常規(guī)的電磁響應(yīng)。磁性挫折也可能促進(jìn)拓?fù)渖喜恢匾淖孕隣顟B(tài)，例如磁性天文離子。然而，從實(shí)驗(yàn)上看，在非中心對(duì)稱的晶格結(jié)構(gòu)或破壞界面對(duì)稱性的異質(zhì)結(jié)構(gòu)中已大量觀察到了天窗離子。日本RIKEN緊急物質(zhì)科學(xué)中心(CEMS)的Takashi Kurumaji報(bào)告了在受挫的中心對(duì)稱三角晶格磁體Gd₂PdSi₃中出現(xiàn)了Bloch型skyrmion狀態(tài)。作者觀察到巨大的拓?fù)浠魻栱憫?yīng)，表明存在場(chǎng)誘導(dǎo)的天膠離子相，通過共振X射線散射探測(cè)的面內(nèi)自旋調(diào)制的觀察進(jìn)一步證實(shí)了這一點(diǎn)。這個(gè)研究結(jié)果可能會(huì)導(dǎo)致在磁阻中心對(duì)稱材料中出現(xiàn)新的電動(dòng)力學(xué)發(fā)現(xiàn)。

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Skyrmion Lattice with A Giant Topological Hall Effect in A Frustrated Triangular-Lattice Magnet

(Science, 2019, DOI: 10.1126/science.aau0968)

10.雜化分子碳同素異形體——環(huán)[18]碳

由兩個(gè)配位原子的環(huán)構(gòu)成的碳同素異形體被稱為環(huán)[n]碳，多年來一直吸引著化學(xué)家，但直到現(xiàn)在，由于它們的高反應(yīng)性，它們?nèi)詿o法分離或在結(jié)構(gòu)上進(jìn)行表征。IBM實(shí)驗(yàn)室的Katharina Kaiser和牛津大學(xué)的Lorel M. Scriven通過在5開爾文處通過從環(huán)氧化碳分子C₂₄O₆中消除一氧化碳，在Cu（111）上的雙層NaCl上使用原子操作生成了環(huán)[18]碳（C18）。通過高分辨率原子力顯微鏡對(duì)環(huán)[18]碳進(jìn)行表征，揭示了具有確定位置的交替三鍵和單鍵的多聯(lián)結(jié)構(gòu)。環(huán)碳和環(huán)氧化物的高反應(yīng)性允許通過原子操作誘導(dǎo)分子之間的共價(jià)偶聯(lián)，從而為環(huán)碳分子的聚結(jié)合成其他碳同素異形體和富碳材料開辟了道路。

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An sp-Hybridized Molecular Carbon Allotrope, cyclo[18]carbon

(Science, 2019, DOI: 10.1126/science.aay1914)

11.相變異質(zhì)結(jié)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)超低噪聲和漂移，以實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)操作

相變隨機(jī)存儲(chǔ)器是最成熟的新型非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)，2015-2018年間已實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。近年來基于先進(jìn)的PCRAM技術(shù)研發(fā)神經(jīng)元計(jì)算器件已成為業(yè)界研發(fā)焦點(diǎn)。然而商用PCRAM器件在反復(fù)可逆相變操作過程中，Ge2Sb2Te5（GST）材料組分逐步偏析乃至出現(xiàn)較大孔洞，其非晶相具有本征的電阻值隨時(shí)間顯著漂移特性，且在結(jié)晶化時(shí)亦存在較大的隨機(jī)性，致使多數(shù)據(jù)態(tài)存儲(chǔ)操作時(shí)各態(tài)電阻值波動(dòng)較大，導(dǎo)致高密度存儲(chǔ)陣列的單元間與單元內(nèi)反復(fù)多次操作一致性、協(xié)同性低下，造成神經(jīng)元計(jì)算時(shí)噪聲頗高，嚴(yán)重制約了高精度、高效率神經(jīng)元計(jì)算器件的開發(fā)。

深圳大學(xué)的饒峰、約翰霍普金斯的馬恩與西安交通大學(xué)的張偉通力合作，提出了一種新式的相變異質(zhì)結(jié)(Phase-change heterostructure，PCH)設(shè)計(jì)，由多個(gè)交替堆疊的相變層與限制層構(gòu)成，并通過原位加熱且低速生長(zhǎng)的多層薄膜磁控濺射沉積技術(shù)實(shí)現(xiàn)了高質(zhì)量PCH薄膜的制備。該P(yáng)CH可有效抑制玻璃態(tài)相變材料結(jié)構(gòu)弛豫以及反復(fù)可逆相變過程中的組分偏析，將PCRAM器件數(shù)據(jù)態(tài)的阻值波動(dòng)和漂移降低到前所未有的水平。

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Phase Change Heterostructure Enables Ultralow Noise and Drift for Memory Operation

(Science, 2019, DOI: 10.1126/science.aay0291)

九月

1.納米線光譜儀

光譜儀可以檢測(cè)光譜中不同譜線強(qiáng)度，比如可以測(cè)出陽(yáng)光的七彩色中每種顏色光的亮度。通過對(duì)光譜的測(cè)量，可以幫助人們獲知大到幾百萬光年外的星系活動(dòng)，小到納米尺度的分子結(jié)構(gòu)。目前大部分光譜儀的工作原理仍和牛頓的實(shí)驗(yàn)相似，需要用到棱鏡或光柵之類的分光元件，這種光譜儀體積龐大已無法滿足日益發(fā)展的光譜應(yīng)用技術(shù)的需求。但是減小分光和探測(cè)元件的尺寸將導(dǎo)致光譜儀的光譜分辨率、靈敏度及動(dòng)態(tài)檢測(cè)范圍顯著下降，因此光譜儀的微型化是目前科技界面臨的重大技術(shù)挑戰(zhàn)。

英國(guó)劍橋大學(xué)的Tawfique Hasan教授團(tuán)隊(duì)成功克服了這個(gè)技術(shù)難題，開發(fā)出了尺寸僅幾十微米的光譜儀。其大小僅為市面上最小光譜儀的千分之一，是世界最小的光譜儀。他們用一種帶隙漸變的特殊納米線替代了傳統(tǒng)光譜儀中的分光和探測(cè)元件，采用和制作電腦芯片類似的工藝在這種納米線上加工出了光探測(cè)器陣列，巧妙地利用各個(gè)探測(cè)器對(duì)不同顏色光具有不同響應(yīng)的特性，通過逆問題的求解，從響應(yīng)函數(shù)方程組中重構(gòu)出所需要測(cè)量的光譜信息。

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Single-Nanowire Spectrometers

(Science, 2019, DOI: 10.1126/science.aax8814)

2.石墨烯納米結(jié)構(gòu)原子級(jí)精準(zhǔn)可控折疊

探索新的低維碳納米材料及其新穎性能一直是科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域的前沿科學(xué)問題之一，二維石墨烯晶格結(jié)構(gòu)被認(rèn)為是另一個(gè)母體。許多碳納米結(jié)構(gòu)的材料。理論預(yù)測(cè)表明，在原子尺度上，通過彎曲石墨烯，可以構(gòu)建具有新穎電子特性的納米結(jié)構(gòu)，但是可以在單個(gè)原子尺度下精確地折疊石墨烯，特別是根據(jù)特殊需要在特定方向上對(duì)石墨烯進(jìn)行折疊。折疊極具挑戰(zhàn)性。

中科院的高紅軍院士等人首次實(shí)現(xiàn)了石墨烯納米結(jié)構(gòu)的原子級(jí)精確可控折疊，并構(gòu)建了一種新型的準(zhǔn)三維石墨烯納米結(jié)構(gòu)。它由兩層石墨烯納米結(jié)構(gòu)和一維碳樣碳納米管結(jié)構(gòu)的二維旋轉(zhuǎn)堆疊組成。研究團(tuán)隊(duì)通過掃描探針操作技術(shù)實(shí)現(xiàn)了五項(xiàng)突破：一項(xiàng)是石墨烯納米結(jié)構(gòu)的原子級(jí)精確折疊和展開;另一種是在任何方向上重復(fù)折疊相同的石墨烯結(jié)構(gòu);旋轉(zhuǎn)疊層的雙層石墨烯納米結(jié)構(gòu)，具有精確可調(diào)的堆疊角度;第四是構(gòu)建準(zhǔn)一維碳納米管納米結(jié)構(gòu);第五是雙晶石墨烯納米結(jié)構(gòu)的可控折疊和異質(zhì)結(jié)的構(gòu)造。

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Atomically Precise, Custom-Design Origami Graphene Nanostructures

(Science, 2019, DOI: 10.1126/science.aax7864)

3.與銅催化胺化有關(guān)的銅負(fù)載三重氮腈配合物的合成

末端銅-類固醇類絡(luò)合物激發(fā)了人們對(duì)其基本鍵合結(jié)構(gòu)及其在催化氮轉(zhuǎn)移反應(yīng)中的假定中間體的興趣。

在這個(gè)工作中，美國(guó)哈佛大學(xué)Theodore A. Betley和康奈爾大學(xué)的Kyle M. Lancaster報(bào)道芳基疊氮化物與帶有位阻二吡啶配體的銅（I）二氮配合物反應(yīng)，生成末端銅氮烯配合物，該配合物具有近乎線性的，短的銅-類硝烯鍵。X射線吸收光譜法和量子化學(xué)計(jì)算顯示，與銅（II）或銅（III）相反，與銅（I）結(jié)合的主要是三重態(tài)亞硝基加合物，表明不存在銅-氮多重鍵合特征。使用缺電子的芳基疊氮化物可使銅氮雜物種能夠勝任烷烴胺化和烯烴疊氮化，從而進(jìn)一步證明了該氮雜物種在擬議的腈轉(zhuǎn)移機(jī)制中的存在。

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Synthesis of A Copper-Supported Triplet Nitrene Complex Pertinent to Copper-Catalyzed Amination

(Science, 2019, DOI: 10.1126/science.aax4423)

4.低成本SnS_0.91Se_0.09晶體中的高熱電性能

利用熱電技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)熱能和電能之間的可逆轉(zhuǎn)換，為通過收集廢熱發(fā)電或固態(tài)冷卻進(jìn)行制冷提供了一條環(huán)境友好的途徑。其中，熱電技術(shù)的轉(zhuǎn)換效率主要由熱電材料的性質(zhì)所決定。然而，目前許多高性能的熱電材料是由昂貴或有毒的材料制成的。因此，開發(fā)出高性能且低成本的熱電材料將非常有助于推廣熱電技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域。

北京航空航天大學(xué)的趙立東教授團(tuán)隊(duì)報(bào)道了一種低成本、高性能的三組分熱電材料—SnS_0.91Se_0.09。通過研究空穴摻雜的硫化錫（SnS）晶體中三個(gè)獨(dú)立能帶在不同溫度下的相互作用，得出了三個(gè)能帶對(duì)溫度的依賴性規(guī)律。并且利用該規(guī)律，作者同時(shí)實(shí)現(xiàn)了有效質(zhì)量（m*）和載流子遷移率（μ）之間的協(xié)同優(yōu)化，并且通過摻雜硒（Se）使熱電性能進(jìn)一步增強(qiáng)。研究發(fā)現(xiàn)，該熱電材料在300 K時(shí)功率因子由30 Mw cm^-1 K^-2（SnS）提高到53 mW cm^-1 K^-2（SnS_0.91Se_0.09），同時(shí)向SnS中摻雜Se導(dǎo)致材料的熱導(dǎo)率下降。在SnS_0.91Se_0.09晶體中，在873 K時(shí)獲得最高的品質(zhì)因數(shù)（ZTmax）為1.6，在300-873 K時(shí)獲得平均ZT（ZTave）為1.25。該工作不僅為優(yōu)化熱電性能提供了新途徑，而且使以高性能SnS晶體為代表的熱電材料向低成本且含量豐富的環(huán)保熱電邁出重要一步。

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High thermoelectric performance in low-cost SnS0.91Se0.09crystals

(Science, 2019, DOI: 10.1126/science.aax5123)