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       1. 大面積鈣鈦礦薄膜用于高效太陽能模塊的無溶劑和無真空方法

       （A solvent- and vacuum-free route to large-area perovskite films for efficient solar modules）
       有機-無機混合鈣鈦礦用于光電子學的最新進展十分迅速，對于鈣鈦礦太陽能電池，有報導的功率轉換效率已高達 22％。穩定性的改進也使得它們能夠在數千小時的時間范圍內進行測試。但是，這種電池想要大規模部署需要生產大面積均勻高品質鈣鈦礦薄膜的能力。有一個關鍵的挑戰是要克服當小型設備放大時功率轉換效率的顯著降低：當約 0.1 平方厘米的通用孔徑面積增加到超過 25 平方厘米時，發現轉換效率會從 20％ 減少到約 10％。Chen 等人報導了一種不依賴于普通溶劑或真空使用的甲基銨鹵化鉛鈣鈦礦膜的新型沉積途徑：相反，它依賴于胺絡合物前驅體快速轉化為鈣鈦礦膜，然后接著是加壓步驟。這樣沉積的鈣鈦礦薄膜沒有小孔且高度均勻。更重要的是，新的沉積方法可以在低溫空氣中進行，有利于大面積鈣鈦礦器件的制造。對于介孔 TiO2 基鈣鈦礦太陽能模塊架構，達到了 12.1％ 的功率轉換效率，其中開孔面積為 36.1 平方厘米。（Nature DOI: 10.1038/nature23877）

         

       2.直接觀測確定催化活性表面位點
       （Direct instrumental identification of catalytically active surface sites）
       反應過程中直接監測和確定異相催化的活性位點有助于實際應用中異相催化和電催化劑的發展。掃描隧道顯微鏡（STM）和電化學STM的發明很有希望應用于直接成像，有利于在原子尺度理解異相催化。盡管STM已經應用于表面反應的探測和激發，并且可以使某些系統的局域反應活性測量成為可能，但是，通常認為STM并不適合在反應過程中直接確定催化活性位點。Pfisterer等人演示了通常的STM能夠容易地實現催化表面活性的高分辨成像：通過檢測隧道電流噪聲的相對變化、能夠根據這些位點產氫反應或氧還原反應的活性以接近量化的形式區分活性位點。這些數據使得研究人員可以直接評估不同的缺陷或者位點對于總體催化活性的重要性和貢獻。這一方法預期有利于合理設計異相催化劑。（Nature,DOI：10.1038/nature23661）

       3. 光學晶格中的超冷原子量子模擬
       （Quantum simulations with ultracold atoms in optical lattices ）
       量子模擬作為量子計算中的一個分支，可以為物理或化學中困難的量子問題提供有價值的見解。光學晶格中的超冷原子代表了模擬量子多體問題的理想平臺。在這種情況下，量子氣體顯微鏡可以在大的樣品中進行單原子觀察和操作。已經有使用基于超冷原子的量子模擬器來探測量子磁學，實現和檢測拓撲量子物質，并研究具有受控遠程相互作用的量子系統。不平衡的多體系統的實驗也提供了最先進的超級計算機難以獲得的結果。Gross 等人回顧了近期在這一領域的實驗進展，并評論了未來的發展方向。（Science DOI: 10.1126/science.aal3837）

       4. 以桌面規模實驗探索粒子物理學的前沿
       （Probing the frontiers of particle physics with tabletop-scale experiments）
       粒子物理領域正處于特殊的狀態。粒子理論的標準模型成功描述了實驗室觀察到的每個基本粒子和力，但未能解釋宇宙的性質，如：暗物質的存在、暗能量的數量以及物質在反物質之上的優勢。不斷增加規模和成本的龐大實驗仍在繼續尋找可能解釋這些現象的新的粒子和力。不過，這些前沿科學也在某些較小的實驗室規模的“桌面”實驗中進行了探索。這種方法使用來自原子、量子和凝聚態物理學的精密測量技術和器件來檢測由于新的粒子或力產生的微小信號。基礎物理學的發現很可能來自這種類型的小規模實驗。DeMille 等人對以上內容進行了回顧綜述。（Science DOI: 10.1126/science.aal3003）

       5. 冷分子：化學和量子物理在量子工程中的進展
       （Cold molecules: Progress in quantum engineering of chemistry and quantum matter）
       將原子冷卻到超低溫，這已經在基礎物理學，精密計量學和量子科學中產生了大量的機會。由于分子結構的復雜性，將復雜的冷卻技術應用于分子更具挑戰性，而現在已經開啟了精確控制分子內部和外部自由度以及由此產生的相互作用過程的長期目標的大門。這一研究領域可以利用基礎知識，了解分子如何相互作用和發展，以便能夠控制反應化學以及設計和實現一系列先進的量子材料。Bohn 等人對以上內容進行了綜述。（Science DOI: 10.1126/science.aam6299）

       6.量子多體系統的高效斷層掃描
       （Efficient tomography of a quantum many-body system）
       量子態斷層掃描是估量小系統量子態的標準技術。但是，由于所需資源隨規模增大而呈指數級增長，因此其對較大系統的應用很快就變得不切實際了。因此，已經有相當多的努力致力于開發量子多體狀態的新表征工具。Lanyon 等人演示了矩陣積態斷層掃描，理論上證明可以允許對廣泛的量子態進行有效和準確的估計。使用這種技術來重建捕獲離子量子模擬器的動態狀態，可以包括多達 14 個糾纏且單獨控制的自旋：遠遠超出量子態斷層掃描的實際極限。這一研究結果揭示了糾纏的動態增長，并描述了其復雜性隨相關性在淬滅期間發生擴散的關系：這是未來證明超過經典性能的必要條件。因此，矩陣積態斷層掃描應該能夠廣泛應用于大量子多體系統的研究和量子模擬器與計算機的基準測試和驗證。（Nature Physics DOI: 10.1038/NPHYS4244）

       7. 變形和分層工藝鋼材中由高位錯密度引起的較大延展性
       （High dislocation density–induced large ductility in deformed and partitioned steels）
       工業應用中都廣泛需要高強度和高延展性的材料。可惜，增加材料強度的策略，諸如加工過程中制造線缺陷（位錯），往往會降低材料的延展性。He 等人開發了一種策略能夠在廉價的中等錳鋼中規避這一問題。冷軋隨后進行低溫回火處理，開發出高度位錯的馬氏體基體內嵌有亞穩態奧氏體晶粒的鋼。這種變形和分層工藝（D&P）產生了位錯硬化，但是通過強化移動位錯的滑動和允許控制馬氏體轉變而保持了高延展性。D&P 策略應該也適用于具有變形誘發馬氏體轉變的任何其他合金，這為高強度、高延展性材料的開發提供了新途徑。（Science DOI: 10.1126/science.aan0177）

       8.輝碲鉍礦作為熱電和拓撲絕緣子
       （Tetradymites as thermoelectrics and topological insulators）
       輝碲鉍礦是以菱方結構結晶的 M2X3 型化合物，其中 M 為 V 族金屬，通常是 Bi 或 Sb，而 X 是 VI 族如 Te，Se 或 S 的陰離子。Bi2Se3，Bi2Te3 和 Sb2Te3 是典型的輝碲鉍礦。M 和 X 元素的其他混合物會產生常見的變體，如 Bi2Te2Se。由于輝碲鉍礦是基于重 p-塊元素，強自旋軌道耦合極大地影響了其表面和體電子性質。輝碲鉍礦的表面電子態是拓撲絕緣子相關前沿工作的基石。體能帶的特征在于能隙小、群速度高且有效質量小，并且在布里淵區域中心附近能帶反演。這些性能對于高效熱電材料是有利的，但也使得它難以獲得電絕緣體，而這是拓撲絕緣體的要求。Heremans 等人對近年來為了優化輝碲鉍礦材料同時作為熱電和拓撲絕緣子的性能，而在塊材和薄膜輝碲鉍礦材料方面取得的進展進行了回顧和綜述。（Nature Reviews Materials DOI: 10.1038/natrevmats.2017.49）