超硬材料網(wǎng)

　　1. 磁性異質(zhì)結(jié)構(gòu)拓?fù)浣^緣體
　　（A magneticheterostructure of topological insulators as a candidate for an axion insulator） 　　可以呈現(xiàn)奇異量子化磁電效應(yīng)的軸向絕緣體是三維拓?fù)浣^緣體（TI）最有趣的量子相位之一。軸向絕緣體狀態(tài)預(yù)期出現(xiàn)在磁性摻雜的 TIs中，并且磁化從相應(yīng)表面指向內(nèi)和向外。為了實(shí)現(xiàn)軸向絕緣體，Mogi 等人開發(fā)了一種 TI 異質(zhì)結(jié)構(gòu)，其中磁性離子（Cr）僅被調(diào)制摻雜在TI（(Bi,Sb）2Te3）膜的頂表面和底表面附近。兩個(gè)磁性層之間的分離層弱化了它們之間的層間耦合，使得能夠?qū)崿F(xiàn)各個(gè)層的磁化反轉(zhuǎn)。在電傳輸特性中，通過觀察到零霍爾平臺(tái)（ZHP）（其中霍爾和縱向電導(dǎo)率變?yōu)榱悖瑥亩C明了軸絕緣體的實(shí)現(xiàn)，并排除了其它可能的ZHP 起因。軸向絕緣體的表現(xiàn)可以引領(lǐng)對拓?fù)湮镔|(zhì)中新型磁電響應(yīng)的新研究階段。（Nature Materials DOI: 10.1038/NMAT4855）

　　2.可控手性水平碳納米管陣列的生長
　　（Arrays ofhorizontal carbon nanotubes of controlled chirality grown using designedcatalysts） 　　半導(dǎo)體工業(yè)越來越認(rèn)為，摩爾定律（預(yù)測單個(gè)微處理器芯片的晶體管數(shù)目每兩年翻一倍）趨勢快要結(jié)束了。因此，對用于納米電子器件（包括單壁碳納米管（SWNT））的替代半導(dǎo)體材料的追尋正在繼續(xù)。水平納米管陣列因?yàn)閮?yōu)化了電流輸出，對于技術(shù)應(yīng)用來說特別有吸引力。然而，能夠適用于更廣泛應(yīng)用并確保器件均勻性的、可控手性的水平SWNT 陣列的直接生長尚無法實(shí)現(xiàn)。Zhang 等人報(bào)導(dǎo)了通過控制活性催化劑表面的對稱性，可在固體碳化物催化劑的表面生長水平排列的金屬SWNT陣列。他們獲得了平均密度大于 20 管/微米的水平排列的金屬 SWNT 陣列，其中 90％ 的納米管具有（12,6）的手性指數(shù)，還獲得了半導(dǎo)體 SWNT 陣列，其平均密度大于 10 管/微米，其中 80％ 的納米管具有（8,4）的手性指數(shù)。納米管是利用均勻大小的 Mo2C 和 WC 固體催化劑生長的。熱力學(xué)上，SWNT 是通過使其結(jié)構(gòu)對稱性和直徑與催化劑的結(jié)構(gòu)對稱性和直徑相匹配，從而選擇性成核的。Zhang 等人生長的納米管手性指數(shù)為（2m，m）（其中 m 是正整數(shù)），可以通過提高碳的濃度從而使化學(xué)氣相沉積工藝中的動(dòng)力學(xué)生長速率最大化來增加其產(chǎn)率。與以前報(bào)道的方法，如克隆、晶種和特定結(jié)構(gòu)匹配生長相比，Zhang 等人控制熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)的策略提供了更高的自由度，使得可以調(diào)節(jié)陣列中生長SWNT 的手性，并且還可以用于預(yù)測實(shí)現(xiàn)所需手性的生長條件。（Nature DOI: 10.1038/nature21051）

　　3.接觸鈍化實(shí)現(xiàn)高效穩(wěn)定的溶液處理平面鈣鈦礦太陽能電池
　　（Efficient andstable solution-processed planar perovskite solar cells via contact passivation） 　　完全通過低溫（<150℃）下溶液處理來制造的平面鈣鈦礦太陽能電池（PSC），為制造簡單、具有柔性襯底兼容性和基于鈣鈦礦的串聯(lián)裝置提供了前景。但是，這些 PSC 需要經(jīng)過類似處理還能表現(xiàn)良好的電子選擇層。Tan 等人報(bào)告了一種接觸鈍化策略，該方法使用端基氯代 TiO2 膠體納米晶體膜減輕了界面重組并改善了低溫平面太陽能電池中的界面鍵合。通過低溫溶液處理，分別制作了有效面積為 0.049 平方厘米和 1.1 平方厘米、實(shí)證效率為 20.1％ 和 19.5％ 的太陽能電池。該效率大于 20％ 的太陽能電池，在 1 太陽光照射下（其中 1 太陽光照射被定義為 AM1.5 ，或1 千瓦/平方米的標(biāo)準(zhǔn)照射），以最大功率點(diǎn)在室溫下連續(xù)工作 500 小時(shí)后性能可保持 90%（經(jīng)暗恢復(fù)后為 97％）。（Science DOI: 10.1126/science.aai9081）

　　4. Wigner-Huntington 轉(zhuǎn)化實(shí)現(xiàn)原子金屬氫
　　（Observation ofthe Wigner-Huntington transition to metallic hydrogen） 　　生產(chǎn)金屬氫是凝聚態(tài)物理學(xué)中的一個(gè)巨大挑戰(zhàn)。金屬氫可以作為室溫超導(dǎo)體，并且壓力釋放后可以是亞穩(wěn)態(tài)的，還對能源和火箭學(xué)具有重要的影響。Dias 等人在低溫下和一定壓力下對固體分子氫進(jìn)行了研究。在 495 吉帕斯卡的壓力下，氫變成了金屬性的，具有高達(dá) 0.91 的反射率。Dias 等人使用 Drude 自由電子模型擬合反射率，確定了在5.5 開爾文的溫度下 32.5±2.1 電子伏特的等離子體頻率，相應(yīng)的電子載流子密度為每立方厘米 7.7±1.1×1023 個(gè)粒子，該結(jié)果與原子密度的理論估計(jì)相一致。性質(zhì)是原子金屬的性質(zhì)。而且他們已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)室中產(chǎn)生了Wigner-Huntington 轉(zhuǎn)化到原子金屬氫。（Science DOI: 10.1126/science.aal1579）

　　5. 同步聚合、結(jié)晶和自組裝實(shí)現(xiàn)均勻一維納米顆粒
　　（Scalable and uniform1D nanoparticles by synchronous polymerization, crystallization and self-assembly） 　　在商用規(guī)模上利用溶液處理技術(shù)，制備基于軟物質(zhì)的納米顆粒，是一項(xiàng)非常重要的挑戰(zhàn)。嵌段共聚物選擇性地使其中一個(gè)鏈段溶劑化的自組裝，為實(shí)現(xiàn)具有廣泛潛在用途的核-電暈納米顆粒（膠束）提供了很有前景的途徑。即使如此，這種方法也還存在顯著的局限性。例如，嵌段共聚物的溶液處理一般遵循單獨(dú)合成步驟，并通常在高稀釋度下進(jìn)行。此外，有望用于諸多應(yīng)用中的非球形膠束通常難以實(shí)現(xiàn)，因?yàn)闃悠肥嵌喾稚⒌模豢赡芫_控制尺寸。Boott 等人證實(shí)了經(jīng)由一鍋合成法（由單體啟動(dòng)-結(jié)合聚合誘導(dǎo)和結(jié)晶驅(qū)動(dòng)自組裝）形成濃度高達(dá) 25％的薄片圓柱形膠束的固體。在小種子膠束存在下，該過程可以規(guī)模化合成長度達(dá)到三微米的圓柱形膠束的低分散度的樣品。（Nature Chemistry DOI: 10.1038/NCHEM.2721）

　　6. 三角烯（triangulene）的合成與表征
　　（Synthesis andcharacterization of triangulene） 　　三角烯triangulene，是最小的三重基態(tài)聚苯（也稱為克拉的烴），自從它首次被假設(shè)存在以來一直是很神秘的分子。盡管含有偶數(shù)個(gè)碳原子（22，在六個(gè)稠合的苯環(huán)），但整個(gè)分子卻不可能得出Kekulé共振結(jié)構(gòu)：任何嘗試都會(huì)導(dǎo)致兩個(gè)未成對的價(jià)電子。雖然加入取代基可以實(shí)現(xiàn)triangulene芯的穩(wěn)定與合成，通過電子順磁共振確定triangulene 的三重基態(tài)，但是由于它具有極高反應(yīng)活性，使得對未取代的triangulene的合成的和表征都尚未實(shí)現(xiàn)。Pavli?ek 等人展示了由六個(gè)稠合苯環(huán)組成的未取代triangulene的表面形成，以及使用掃描隧道顯微鏡和原子力顯微鏡（STM / AFM）的組合尖端使前體分子脫氫。STM 測量結(jié)合密度泛函理論（DFT）計(jì)算證實(shí)了triangulene在表面上保持其自由分子性質(zhì)，而AFM 測量解析了其平面的三重對稱分子結(jié)構(gòu)。這種非Kekulé 烴的獨(dú)特拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)導(dǎo)致了開殼π-共軛石墨烯碎片，其產(chǎn)生高自旋基態(tài)，可能用于有機(jī)自旋電子器件中。Pavli?ek 等人這種合成方法使得多重實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蛟趩畏肿铀窖芯縯riangulene和相關(guān)的開殼碎片。（Nature Nanotechnology DOI: 10.1038/NNANO.2016.305）

　　7. 超導(dǎo)體渦旋蠕變的普遍下限
　　（Universallower limit on vortex creep in superconductors） 　　超導(dǎo)是用來研究渦旋、拓?fù)浼ぐl(fā)、液晶和 Bose-Einstein 冷凝物的良好測試平臺(tái)。渦旋運(yùn)動(dòng)可以是破壞性的：它可以引起相變、脈沖星自轉(zhuǎn)突變，以及超導(dǎo)微波電路中的損耗，并且它還限制了超導(dǎo)體的載流能力。理解渦旋動(dòng)力學(xué)在基礎(chǔ)科學(xué)上和技術(shù)上都很重要，并且由材料無序所定義的熱能和能壘之間的競爭尚未完全被理解。具體來說，對鐵基超導(dǎo)體中熱激活渦旋運(yùn)動(dòng)（蠕變）的早期測量揭示了與YBa2Cu3O7-δ 的測量結(jié)果相當(dāng)?shù)目焖俾剩⊿）。這是令人困惑的，因?yàn)镾 被認(rèn)為與 Ginzburg 數(shù)（Gi）有某種關(guān)系，并且 Gi 在大多數(shù)鐵基超導(dǎo)體中明顯低于 YBa2Cu3O7-δ 中的數(shù)值。Eley 等人報(bào)導(dǎo)了 BaFe2(As0.67P0.33)2 薄膜中有非常緩慢的蠕變，并提出普遍最小可實(shí)現(xiàn) S～Gi1/2(T/Tc)（Tc是超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度）的存在，已經(jīng)在他們的薄膜和少數(shù)其他材料中實(shí)現(xiàn)。這一限制為利用緩慢蠕變以及材料參數(shù)與渦動(dòng)力學(xué)之間相互作用來設(shè)計(jì)材料提供了新的線索。（Nature Materials DOI: 10.1038/NMAT4840）
　　　析氫反應(yīng)（HER）是電解水的關(guān)鍵一步，需要高效、穩(wěn)定且廉價(jià)的電催化劑。催化劑必須以最小的過電勢引發(fā)質(zhì)子還原，且具有快速的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。酸性溶液中最有效的催化劑是基于Pt的，因?yàn)镻t-H鍵的強(qiáng)度與HER的快速反應(yīng)速率有關(guān)。然而，Pt的使用涉及成本和穩(wěn)定性的問題。最近，非貴金屬基催化劑的研究報(bào)導(dǎo)也很多，但是這類催化劑對于酸腐蝕非常敏感，而且與Pt基催化劑相比性能略差，表現(xiàn)出較高的過電勢和低穩(wěn)定性。相對于Pt，Ru與H成鍵時(shí)具有與Pt-H類似的鍵強(qiáng)（~65 kcal/mol），但是將其作為HER催化劑的研究很少。韓國的Baek小組，報(bào)導(dǎo)了Ru基催化劑在酸性和堿性環(huán)境中對于HER的催化性能。這種催化劑是將Ru納米顆粒分散于氮化的含孔二維碳結(jié)構(gòu)（Ru@C2N）。這一催化劑在25mV表現(xiàn)出高的轉(zhuǎn)化頻率（在0.5MH2SO4中為0.67 H2/s；1.0M KOH種為0.75 H2/s），和10 mA/cm2電流密度下很小的過電勢（在0.5M H2SO4中為13.5 mV；1.0M KOH種為17 mV）以及很好的穩(wěn)定性。這一性能與商用Pt/C相媲美甚至更好。（Nature Nanotechnology, DOI:10.1038/NNANO.2016.304）