超硬材料網(wǎng)

　　1. 用于超高倍率儲(chǔ)能的三維多孔石墨烯/鈮復(fù)合結(jié)構(gòu)
　　（Three-dimensional holey-graphene/niobia composite architectures for ultrahigh-rate energy storage） 　　納米結(jié)構(gòu)材料對(duì)于電化學(xué)儲(chǔ)能具有非凡的前景，但由于較厚的電極中離子擴(kuò)散限制的增加，通常將其限制于只有相當(dāng)?shù)唾|(zhì)量負(fù)載（約 1 毫克每平方厘米）的電極。Sun 等人報(bào)導(dǎo)了在實(shí)際質(zhì)量負(fù)載水平大于10 毫克每平方厘米時(shí)實(shí)現(xiàn)超高速能量?jī)?chǔ)存的三維（3D）多孔-石墨烯/氧化鈮（Nb2O5）復(fù)合材料的設(shè)計(jì)。3D 結(jié)構(gòu)中高度互連的石墨烯網(wǎng)絡(luò)提供了優(yōu)異的電子傳輸特性，而其分層多孔結(jié)構(gòu)則有助于離子快速傳輸。通過(guò)系統(tǒng)地調(diào)整多孔石墨烯骨架中的孔隙率，并優(yōu)化復(fù)合結(jié)構(gòu)中的電荷傳輸，可以在高質(zhì)量負(fù)載下提供高面積容量和高速率能力。（Science DOI: 10.1126/science.aam5852）

　　2. 自下而上的構(gòu)造超結(jié)構(gòu)
　　(Bottom-up construction of a superstructure in a porous uranium-organic crystal) 　　從簡(jiǎn)單的構(gòu)筑單元自下而上地構(gòu)造高度復(fù)雜的超結(jié)構(gòu)一直是化學(xué)中非常具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)之一。Li等人報(bào)導(dǎo)了一種由簡(jiǎn)單的起始材料構(gòu)造地結(jié)構(gòu)復(fù)雜的介孔鈾-基金屬有機(jī)框架（MOF）。這一結(jié)構(gòu)有10個(gè)鈾節(jié)點(diǎn)和7個(gè)三羧基配合物構(gòu)成，形成了一個(gè)173.3埃的立方結(jié)構(gòu)單元，從而形成了816個(gè)鈾節(jié)點(diǎn)和816個(gè)有機(jī)鏈接物——目前非生物材料中最大的單胞。截半立方體組合成五邊形和六邊形的棱柱形二級(jí)結(jié)構(gòu)，然后形成四變形和鉆石型四次拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，具有前所未有的復(fù)雜性。這種組合分別形成了內(nèi)部直徑5.0nm和6,2nm的兩種空腔，最終產(chǎn)生了迄今為止最低密度的MOF。（Science DOI：10.1126/science.aam7851）

　　3. 極端溫度下非化學(xué)計(jì)量的氧化物薄膜的動(dòng)力學(xué)化學(xué)膨脹
　　（Dynamic chemical expansion of thin-film non-stoichiometric oxides at extreme temperatures） 　　致動(dòng)器要在越來(lái)越極端和遠(yuǎn)程的條件下運(yùn)行，需要能夠在高溫和一定范圍的氣體環(huán)境中可靠地感測(cè)和啟動(dòng)的材料。這種材料的設(shè)計(jì)將依靠高溫、高分辨率的方法來(lái)原位表征材料的致動(dòng)。Swallow 等人演示了一種基于典型材料 PrxCe1-xO2-δ（PCO） 的新型高溫低壓機(jī)電控制氧化物致動(dòng)器。化學(xué)應(yīng)變和界面應(yīng)力是由電化學(xué)泵浦氧氣進(jìn)入或離開(kāi) PCO 膜而產(chǎn)生的，從而導(dǎo)致了由于化學(xué)膨脹產(chǎn)生的可測(cè)量的膜體積變化。在 650℃ 時(shí)，要實(shí)現(xiàn) >0.1％ 的納米尺度位移和應(yīng)變，所需的電偏壓值 <0.1V，比壓電驅(qū)動(dòng)的致動(dòng)器還要低，由應(yīng)力引起的結(jié)構(gòu)撓度應(yīng)變放大了五倍。在次級(jí)時(shí)間分辨率下對(duì)膜“呼吸”的現(xiàn)場(chǎng)原位測(cè)量，也使得能夠詳細(xì)地識(shí)別該反應(yīng)的控制動(dòng)力學(xué)，并且可以在極端溫度下擴(kuò)展到其它電化學(xué)機(jī)械耦合的氧化膜。（Nature Materials DOI: 10.1038/NMAT4898）

　　4.钚固態(tài)化合物中的初始II類混合價(jià)
　　（Incipient class II mixed valency in a plutonium solid-state compound） 　　混合價(jià)過(guò)渡金屬絡(luò)合物、簇合物以及材料中的電子轉(zhuǎn)移在天然體系和合成體系中都是普遍存在的。發(fā)生價(jià)間電荷轉(zhuǎn)移（IVCT）的程度取決于離域的程度，這將其置于了 II 類或 III 類 Robin-Day 體系。因?yàn)閮r(jià)電子的局域化和金屬與配體軌道之間較差的空間重疊，f 嵌段元素的化合物與 d 嵌段相反，通常表現(xiàn)出 I 類特性（無(wú)IVCT）。Cary 等人報(bào)導(dǎo)了在混合價(jià) PuIII/PuIV 固態(tài)化合物 Pu3(DPA)5(H2O)2（DPA = 2,6-吡啶二羧酸酯）中 5f 電子離域的計(jì)算和實(shí)驗(yàn)證據(jù)。該化合物的性質(zhì)由純 PuIII 和 PuIV 吡啶二羧酸鹽絡(luò)合物 [PuIII(DPA)(H2O)4]Br 和 PuIV(DPA)2(H2O)3•3H2O 以及落入 I 類的第二混合價(jià)化合物 PuIII[PuIV(DPA)3H0.5]2 來(lái)作為衡量標(biāo)準(zhǔn)。金屬到配體的電荷轉(zhuǎn)移涉及 Pu3(DPA)5(H2O)2 的形成和 IVCT。（Nature Chemistry DOI: 10.1038/NCHEM.2777）

　　5. 反鐵磁疇的多激勵(lì)操縱
　　（Multi-stimuli manipulation of antiferromagnetic domains assessed by second-harmonic imaging） 　　在自然界中可用的各種磁織構(gòu)中，反鐵磁因?yàn)榇_切消除了交錯(cuò)的內(nèi)部磁化而成為了其中最“離散的”之一。因此，對(duì)其進(jìn)行探索的話是很有挑戰(zhàn)性的。但是，它對(duì)外部磁性擾動(dòng)的不敏感性以及內(nèi)在的亞皮秒動(dòng)力學(xué)使其對(duì)于未來(lái)的信息技術(shù)來(lái)說(shuō)非常有吸引力。因此，了解控制反鐵磁疇的微觀機(jī)制從而實(shí)現(xiàn)精確的操縱和控制是至關(guān)重要的。Chauleau 等人使用光學(xué)二次諧波（一種獨(dú)特的實(shí)驗(yàn)室可用的工具），成功地以亞微米分辨率對(duì)多鐵磁性 BiFeO 模型中的電子和反鐵磁順序進(jìn)行了成像。利用亞矯頑電場(chǎng)和亞皮秒光脈沖，可以以低功耗操縱反鐵磁疇。有趣的是，反鐵磁和鐵電疇可以單獨(dú)表現(xiàn)出來(lái)，從而揭示了磁電耦合可以導(dǎo)致兩種磁序的各種排布。（Nature Materials DOI: 10.1038/NMAT4899）

　　6. 量子臨界性的多維熵圖譜
　　（Multidimensional entropy landscape of quantum criticality） 　　熱力學(xué)第三定律指出，任何平衡系統(tǒng)的熵，在絕對(duì)零溫度下必須為零。另一方面，在非零溫度下，物質(zhì)預(yù)計(jì)會(huì)在量子臨界點(diǎn)附近累積熵，它會(huì)在這個(gè)點(diǎn)處經(jīng)歷從一個(gè)基態(tài)到另一個(gè)基態(tài)的連續(xù)過(guò)渡。Grube 等人基于一般的熱力學(xué)原理確定了熵 S 在量子臨界點(diǎn)附近的空間維度分布及其在相應(yīng)的多維應(yīng)力空間中的最陡下降。他們?cè)诘湫偷牧孔优R界化合物 CeCu6-xAux 的反鐵磁順序起始的附近證明了這種分布，而且能夠?qū)?S 的定向應(yīng)力依賴性與先前確定的量子臨界波動(dòng)的幾何形狀聯(lián)系起來(lái)。Grube 等人對(duì)多維熵圖譜的展示，為了解量子臨界性如何使新的相成為核心（如高溫超導(dǎo)體）提供了基礎(chǔ)。（Nature Physics DOI: 10.1038/NPHYS4113）

　　7. Sr2RuO4 準(zhǔn)一維能帶中的準(zhǔn)粒子干涉和強(qiáng)電子耦合
　　（Quasiparticle interference and strong electron–mode coupling in the quasi-one-dimensional bands of Sr2RuO4） 　　單層釕酸鹽 Sr2RuO4 作為潛在的自旋-三重態(tài)超導(dǎo)體，具有可能會(huì)以 Majorana 零模破壞時(shí)間反轉(zhuǎn)不變性和主體半量子化旋渦的有序參數(shù)。盡管超導(dǎo)狀態(tài)的實(shí)際性質(zhì)仍是個(gè)爭(zhēng)議性的問(wèn)題，但是通常認(rèn)為由常規(guī)費(fèi)米液體所描述的金屬狀態(tài)凝結(jié)而來(lái)。Wang 等人結(jié)合了傅里葉變換掃描隧道光譜（FT-STS）和動(dòng)量分辨電子能量損耗光譜（M-EELS）探測(cè)了正常狀態(tài) Sr2RuO4 中的相互作用效應(yīng)。高分辨率 FT-STS 數(shù)據(jù)顯示出了具有明顯準(zhǔn)一維（1D）性質(zhì)的 β 波段的特征。能帶色散顯示出驚人的強(qiáng)相互作用效應(yīng)，使費(fèi)米速度顯著歸一化，這表明 Sr2RuO4 的正常態(tài)是“相關(guān)金屬”的正常態(tài)，相關(guān)性被能帶的準(zhǔn) 1D 性質(zhì)加強(qiáng)了。此外，在能量約為 10meV、38meV 和 70meV 處觀察到了扭結(jié)。他們通過(guò)比較 STM 和 M-EELS 數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)兩種較高的能量特征是源于集體模式的耦合。準(zhǔn)1D能帶的強(qiáng)關(guān)聯(lián)效應(yīng)和扭結(jié)可以為理解超導(dǎo)狀態(tài)提供重要信息。（Nature Physics DOI: 10.1038/NPHYS4107）

　　8.MoSe2波導(dǎo)中激子-極化激元傳輸成像
　　（Imaging exciton–polariton transport in MoSe2 waveguides） 　　激子-極化激元（EP），是一種半光、半物質(zhì)的準(zhǔn)粒子，它可能是未來(lái)光子和量子技術(shù)的重要元素。它提供了與能量或信息傳輸相關(guān)應(yīng)用所需的強(qiáng)的光-物質(zhì)相互作用和長(zhǎng)距離傳播。最近，在范德華（vdW）材料中，已經(jīng)由強(qiáng)結(jié)合的激子證實(shí)了室溫下的強(qiáng)耦合腔 EP。Hu 等人報(bào)告了 MoSe2（典型 vdW 半導(dǎo)體）中波導(dǎo) EP 的納米光學(xué)成像研究。測(cè)量得到的 EP 傳播長(zhǎng)度對(duì)激發(fā)光子能量敏感，且能達(dá)到 12μm。通過(guò)控制波導(dǎo)厚度，極化子波長(zhǎng)可以很方便地從 600nm 改變到 300nm。此外，還發(fā)現(xiàn)了靠近激子共振的有趣的反向彎曲極化激元的彌散。在 vdW 半導(dǎo)體中觀察到的 EP 可用于在近紅外到可見(jiàn)光譜區(qū)域中運(yùn)行的未來(lái)的納米光子電路中。（Nature Photonics DOI: 10.1038/NPHOTON.2017.65）