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       1. 低溫電鏡揭示敏感電池材料和界面的原子結構

       （Atomic structure of sensitive battery materials and interfaces revealed by cryo–electron microscopy）

標準透射電子顯微鏡研究在操作后，無法保持化學反應性和電子束敏感性電池材料的原始化學反應狀態，這類材料在低溫條件下才能保持原始狀態。現在，利用固體電解質膜（SEI）實現單個鋰金屬原子及其界面進行原子級解析已經成為可能。Li 等人發現，在碳酸鹽類電解質中，枝晶會優先沿著 <111>、<110> 或 <211> 方向生長為具有明確晶面的單晶納米線，且在 <111> 方向最優先生長。在扭折的情況下，這些生長方向可能會發生變化，且沒有顯著的晶體缺陷。 此外，Li 等人還揭示了在不同電解質中形成的不同 SEI 的納米結構。（Science DOI: 10.1126/science.aam6014）

       2. 通過二元納米微粒超晶格的后組裝蝕刻制備可調諧多孔納米同素異形體

       （Tunable porous nanoallotropes prepared by post-assembly etching of binary nanoparticle superlattices）

已經有數百種不同的膠體晶體可以使用無機納米微粒自組裝來制備，但幾乎都限制于必須密集堆積。Udayabhaskararao 展示了可以通過選擇性去除構成二元納米微粒超晶格的兩個組分中的一個來制造非緊密堆積的納米微粒陣列。首先，在液-空界面處制備了多種二元納米微粒超晶格，其中包括此前未知的幾種。分子動力學模擬揭示了液體在照模板形成超晶格過程中的特殊作用，超晶格不能通過本體溶液中的自組裝實現。其次，在穩定之后，所有這些二元超晶格都可以轉化為具有相同化學成分但不同于其納米尺度結構的納米多孔材料，即“納米同素異形體”。（Science  DOI: 10.1126/science.aan6046） 

       3. 離子在埃尺度狹縫中傳輸的尺寸效應

       （Size effect in ion transport through angstrom-scale slits）

在納米流體領域，可控地制造接近小離子和水分子尺寸的毛細管，一直是個似乎很遙遠的終極目標。Esfandiar 等人介紹了通過極其狹窄的狹縫進行的離子傳輸，這些狹縫是通過從塊狀晶體中有效地去除單原子平面而制造得出的。這種原子級平坦的埃尺度縫隙表現出極低的表面電荷，并可以通過位阻效應予以解釋。Esfandiar 等人還發現盡管流動性降低，但水合直徑大于狹縫尺寸的離子仍然可以滲透。狹縫的限制同時也使得尺寸相當的陰陽離子在該通道中表現出顯著不對稱的遷移速率。這一研究結果為研究納米流體、分子分離和其它納米技術發展所必需的埃尺度約束效應提供了平臺。（Science  DOI: 10.1126/science.aan5275）

       4. 基于 MoTe2 的發光二極管和光電探測器

       （A MoTe2-based light-emitting diode and photodetector for silicon photonic integrated circuits）

光子學當前的挑戰之一，是開發高速、高功率、芯片集成的光通信設備，以解決高速計算系統中的互連瓶頸。硅光子學已經呈現出領先的架構，部分原因在于許多組件（如波導、耦合器、干涉儀和調制器）可以直接集成到硅基的處理器上。但是，光源和光電探測器卻正面臨著挑戰。常見用作光源的方法包括基于 III-V 族材料的一個或幾個片外或晶片結合的激光器，但是近來的系統架構研究顯示了在發射器位置處使用多個直接調制光源的優點。硅光子工藝中最先進的光電探測器是基于鍺，但這需要額外的鍺生長，而這樣則增加了系統成本。新興的二維過渡金屬二硫化物（TMD）為光學互連器件提供了一條途徑，可通過后端工藝處理，與硅光子學和互補金屬氧化物半導體（CMOS）進行集成。Bie 等人演示了基于雙層 MoTe2 的 p-n 結的硅波導集成光源和光電探測器（具有紅外能帶的 TMD 半導體）。這種最先進的制造技術為集成光電系統提供了新的機會。（Nature Nanotechnology DOI: 10.1038/NNANO.2017.209）

       5. 利用仿貽貝的鐵-鄰苯二酚配合物來增加彈性體韌性

       （Toughening elastomers using mussel-inspired iron-catechol complexes）

材料經常表現出在剛度和延展性之間的折衷；例如，通過增加其交聯密度來增強彈性體會導致脆化和韌性降低。受海洋貽貝 byssi 表皮的啟發，Filippidi 等人通過將犧牲性可逆鐵-鄰苯二酚交聯連接到干燥、松散交聯的環氧網絡中來規避這一固有的折衷。與其無鐵前驅體相比，含鐵網絡的剛度、拉伸強度和拉伸韌性提高了兩到三個數量級，同時獲得了可恢復的滯后能量耗散并保持了其原始的可擴展性。與以前在水凝膠中的這種化學實驗相比，含鐵網絡自身的干燥特性使得性能有所提高，這主要由于可逆鐵-鄰苯二酚配合物提供的增強交聯密度和它們形成的限制鏈的離聚物納米團的協同作用。（Science  DOI: 10.1126/science.aao0350）   

       6.凝聚態物質的拓撲狀態

       （Topological states of condensed matter）

量子物質的拓撲狀態近年來在材料科學和凝聚態物理學中得到了深入的研究。這一領域的爆炸式發展很大程度上是由于精確的理論預測，能夠實現良好控制的材料加工和新興的表征技術。在本篇前瞻性（Perspective）文章中，Wang 等人對拓撲絕緣體，量子反?；魻栃?，手性拓撲超導體，螺旋拓撲超導體和 Weyl 半金屬的近期進展進行了回顧綜述。（Nature Materials  DOI: 10.1038/NMAT5012） 

       7. 對量子材料的需求特性

       （Towards properties on demand in quantum materials）

過去十年來，量子材料領域的爆炸式增長，以對相關電子系統中新型朗道對稱破缺相的預測和發現，具有強自旋軌道耦合的系統中的拓撲階相，以及基于二維范德華晶體的超可操縱材料平臺為重點。發現通過實驗實現物質量子相并對其屬性進行控制的途徑是現代凝聚態物理學的核心目標，實現這一目標則有希望實現新一代目前無法實現和可能難以想象其功能的電子/光子器件。在本篇綜述中，Basov 等人描述了選擇性擾動微觀相互作用參數的新興策略，可用于將材料轉化為期望的量子態。接下來重點討論了最近通過利用強場、脈沖電磁刺激和納米結構工程或界面工程來定制電子交互參數所取得的成功上。這些方法一起勾畫出了一個需求量子現象時代的潛在路線圖。（Nature Materials  DOI: 10.1038/NMAT5017） 

       8.多面體金屬-有機骨架顆粒自組裝成為三維有序超結構

       （Self-assembly of polyhedral metal–organic framework particles into three-dimensional ordered superstructures）

將粒子自組裝成長城、三維、有序超結構對于設計各種材料（包括等離子體傳感材料，能量或氣體存儲系統、催化劑和光子晶體）至關重要。Avci 等人結合實驗和模擬數據顯示，金屬-有機骨架（MOF）ZIF-8 的截角菱形十二面體顆?？梢宰越M裝成毫米尺寸的超結構，其具有表現為光子晶體的基本三維菱形晶格。這些超結構具有可通過控制 ZIF-8 微粒尺寸，或微孔中吸附的客體物質，來進行調節的光子帶隙。另外，也可以通過調整 ZIF-8 納米微粒的截角程度，或者使用八面體 Uio-66 MOF 微粒，來組裝成具有不同晶格的超結構。這些有序的亞微米尺寸超結構材料可能最終有助于設計用于感測應用的三維光子材料。（Nature Chemistry DOI: 10.1038/NCHEM.2875）