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Science盤點(diǎn): 7月材料領(lǐng)域重大進(jìn)展

2017-08-10 09:49:29 作者：本網(wǎng)整理來源：材料人分享至：

1、Science: 納米晶銅膜從不平滑

來自愛爾蘭都柏林大學(xué)的John J. Bolan教授（通訊作者）等人使用掃描隧道顯微鏡研究了銅納米晶膜（111）面的低角度晶界（LAGBs）。晶界的存在致使膜上產(chǎn)生了由刃位錯(cuò)組成的“谷”和不全位錯(cuò)重組形成的“脊”。幾何分析和模擬表明，面外晶粒旋轉(zhuǎn)使晶界能量降低產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力，正是這種驅(qū)動(dòng)力促使“谷”和“脊”的形成。這些結(jié)果表明，一般來說不可能形成由銅以及其他層錯(cuò)能較小或位錯(cuò)線彈性場(chǎng)各向異性較高的金屬組成的平滑二維納米晶體薄膜。但是，如果能夠通過有效調(diào)控晶界摻雜從而改變層錯(cuò)能，或者膜與基體的相互作用，還是有希望能夠達(dá)到控制晶體旋轉(zhuǎn)和優(yōu)化納米晶體薄膜性能的目的。

文獻(xiàn)鏈接：Nanocrystalline copper films are never flat（Science,2017,DOI:10.1126/science.aan4797 ）

2、Science: 功能化無機(jī)納米材料的直接光學(xué)光刻

美國(guó)芝加哥大學(xué)的 Dmitri V. Talapin（通訊作者）課題組發(fā)明了一種稱之為功能化無機(jī)納米材料直接光學(xué)光刻（DOLFIN）的納米晶方法。這一新型處理方法結(jié)合了多種傳統(tǒng)光刻方法的優(yōu)點(diǎn)，能夠在不引入有機(jī)光刻膠和其他副產(chǎn)物的條件下高效圖案化無機(jī)納米材料和溶膠-凝膠試劑。而有機(jī)雜質(zhì)的消除有利于提高材料的電學(xué)和光學(xué)性能，利用該方法制備的光學(xué)圖案層在載流子遷移率、電介質(zhì)性能等方面可與溶液加工材料相媲美。因此文章所發(fā)明的方法可作為制備薄膜器件的替代方法。

文獻(xiàn)鏈接：Direct optical lithography of functional inorganic nanomaterials （Science, 2017, DOI: 10.1126/science.aan2958）

3、Science: 輪滑原理幫助解決鋰離子電池硅負(fù)極膨脹問題

韓國(guó)科學(xué)技術(shù)院（KAIST）的Ali Coskun和 Jang Wook Choi（共同通訊）等人報(bào)道了一種高彈性的粘結(jié)劑，通過形成酯鍵使傳統(tǒng)粘結(jié)劑PAA與多聚輪烷環(huán)組分交聯(lián)結(jié)合得到具有特殊結(jié)構(gòu)的雙組分PR-PAA粘結(jié)劑，形似“分子輪滑”，該“分子輪滑”的一部分環(huán)具有較強(qiáng)的粘結(jié)性能，一部分環(huán)具有特殊的自由滑動(dòng)性能，兩者有機(jī)結(jié)合，提高了粘結(jié)劑的彈性，很大程度上提高了硅負(fù)極在充放電過程中的穩(wěn)定性。

文獻(xiàn)鏈接：Highly elastic binders integrating polyrotaxanes for silicon microparticle anodes in lithium ion batteries （Science, 2017, DOI: 10.1126/science.aal4373）

4、東南大學(xué)熊仁根團(tuán)隊(duì)Science: 具備超高壓電響應(yīng)性能的有機(jī)-無機(jī)鈣鈦礦鐵電體

東南大學(xué)的熊仁根教授與游雨蒙教授，美國(guó)托萊多大學(xué)的Yanfa Yan教授以及中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院的李江宇教授（共同通訊作者）報(bào)道發(fā)現(xiàn)了一種單相有機(jī)-無機(jī)鈣鈦礦壓電體Me3NCH2ClMnCl3（TMCM-MnCl3）。這鐵電晶體展現(xiàn)出了優(yōu)異的壓電響應(yīng)性能（d33 =185 pC/N），與BTO的壓電系數(shù)（d33 =190 pC/N）十分接近。而其相變溫度Tc也達(dá)到了406K，可在室溫合成并且無毒性金屬成分，這些特點(diǎn)都使得該種鐵電晶體在醫(yī)學(xué)、微機(jī)械等領(lǐng)域擁有廣闊的應(yīng)用前景。

文獻(xiàn)鏈接：An organic-inorganic perovskite ferroelectric with large piezoelectric response（Science, 2017, DOI: 10.1126/science.aai8535）

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5、Science: 石墨烯超晶格中重復(fù)布洛赫狀態(tài)引起的高溫量子振蕩

來自曼徹斯特大學(xué)A. K. Geim和V. I. Fal,ko（共同通訊）等人利用由石墨烯超晶格得到的多端霍爾棒設(shè)備來進(jìn)行傳輸測(cè)量。實(shí)驗(yàn)中將單層石墨烯置于六方氮化硼（hBN）晶體頂部，使它們的晶軸對(duì)準(zhǔn)并具有超過2°的精度。為了確保電荷載流子具有高遷移率，使用了第二個(gè)hBN晶體封裝石墨烯，并相對(duì)于石墨烯軸有意地偏離約15°。雖然第二個(gè)hBN層也導(dǎo)致了莫爾圖案，但具有較短的周期性。因此，任何超晶格效應(yīng)只能在高載流子濃度n或超高B處出現(xiàn)。第二個(gè)hBN作為惰性層，以原子級(jí)平坦覆蓋有效保護(hù)了石墨烯不受外界環(huán)境影響。文中還研究了六個(gè)超晶格器件，并顯示出一致的行為。

文獻(xiàn)鏈接： High-temperature quantum oscillations caused by recurring Bloch states in graphene superlattices（Science, 2017, DOI: 10.1126/science.aal3357）

6、Science: 氧化物基反鐵磁性材料重大進(jìn)展！

中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)吳文彬教授（通訊作者），第一作者陳斌斌博士與團(tuán)隊(duì)成員克服了氧化物反鐵磁性設(shè)計(jì)的難題，最新報(bào)道了將超薄但具鐵磁性的La2/3Ca1/3MnO3層與絕緣的CaRu1/2Ti1/2O3墊片結(jié)合實(shí)現(xiàn)反鐵磁性層間交換耦合（AF-IEC）。這種層狀磁開關(guān)結(jié)構(gòu)導(dǎo)致階梯狀的磁滯回線，磁化平臺(tái)則取決于這種雙層結(jié)構(gòu)的堆垛重復(fù)數(shù)。同時(shí)這種磁化結(jié)構(gòu)能在好幾百個(gè)奧斯特的磁場(chǎng)下有效調(diào)制轉(zhuǎn)換。另外，用La2/3Sr1/3MnO3作為磁性層構(gòu)成的AF-IEC具有近于室溫的居里溫度。該研究將為具有氧化物界面的電子設(shè)備增加研究基礎(chǔ)。

文獻(xiàn)鏈接：All-oxide–based synthetic antiferromagnets exhibiting layer-resolved magnetization reversal（Science，2017，DOI: 10.1126/science.aak9717）

7、Science: 遇濕亦強(qiáng)的新型粘結(jié)劑

哈佛大學(xué)D. J. Mooney（通訊作者）等人基于仿生原理設(shè)計(jì)了一種新型的粘結(jié)劑，該粘結(jié)劑有兩層，粘結(jié)表面和耗散基底，前者基于靜電作用、共價(jià)鍵或是物理吸附是其與基底粘結(jié)，或者則是通過滯后放大能量耗散。兩者間的相互協(xié)同作用使粘結(jié)劑在潮濕的表面較只有單一層的粘結(jié)劑具有更高的粘結(jié)能。因此，該粘結(jié)劑可以在血管粘結(jié)、修復(fù)等領(lǐng)域大顯身手。

文獻(xiàn)鏈接：Tough adhesives for diverse wet surfaces（Science，2017，Doi: 10.1126/science.aah6362）

8、Science: FeSe超導(dǎo)體中具有軌道選擇性的庫(kù)珀電子對(duì)

康奈爾大學(xué)J. C. Séamus Davis（通訊作者）等人使用Bogoliubov準(zhǔn)粒子干涉成像測(cè)量了FeSe在Γ 和X 點(diǎn)附近電子帶的費(fèi)米面結(jié)構(gòu)以及相應(yīng)的超導(dǎo)能隙。結(jié)果顯示Γ 和X 帶隙表現(xiàn)為各向異性、沒有節(jié)點(diǎn)、且在動(dòng)量空間中正交。帶隙的排布結(jié)構(gòu)揭示了FeSe中具有軌道選擇性的庫(kù)珀對(duì)的存在。

文獻(xiàn)鏈接：Discovery of orbital-selective Cooper pairing in FeSe（Science，2017，DOI: 10.1126/science.aal1575）

9、Science: FeSe超導(dǎo)體的飛秒量級(jí)電子-聲子“鎖相”測(cè)量

斯坦福大學(xué)W.-S. Lee1、 P. S. Kirchmann和Z.-X. Shen（共同通訊作者）等人利用X射線衍射和光電子發(fā)射光譜定量測(cè)量了FeSe中的電子-聲子耦合強(qiáng)度，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明電子關(guān)聯(lián)效應(yīng)是電子-聲子耦合加強(qiáng)的原因。電子-聲子耦合對(duì)材料的超導(dǎo)性有著很大的影響，本研究進(jìn)一步揭示了電子-電子和電子-聲子的聯(lián)合效應(yīng)在鐵基材料超導(dǎo)性中的重要地位。

文獻(xiàn)鏈接：Femtosecond electron-phonon lock-in by photoemission and x-ray free-electron laser（Science，2017，DOI: 10.1126/science.aak9946）

10、Science: 高溫量子自旋霍爾材料候選者：碳化硅襯底上生長(zhǎng)單層鉍

量子自旋霍爾材料能夠防止自旋電流散逸，但由于其能隙小，因此需在低溫情況下才能實(shí)現(xiàn)。維爾茨堡大學(xué)J. Sch?fer（通訊作者）等人揭示了具有較寬能隙的室溫量子自旋霍爾材料理論上可以獲得，并結(jié)合理論計(jì)算和掃描隧道顯微實(shí)驗(yàn)測(cè)得在絕緣的碳化硅SiC（0001）襯底上覆蓋的一層蜂窩狀鉍（Bi）晶格的帶隙為~0.8eV并帶有導(dǎo)電邊緣態(tài)。因此通過在碳化硅襯底上生長(zhǎng)單層鉍可以成為高溫量子自旋霍爾材料候選者。

文獻(xiàn)鏈接：Bismuthene on a SiC substrate: A candidate for a high-temperature quantum spin Hall material（Science，2017，DOI: 10.1126/science.aai8142）

11、Science: FeH5的合成：具氫原子平面的層狀結(jié)構(gòu)

法國(guó)CEA-DAM-DIF的C. M. Pépin和P. Loubeyre（共同通訊作者）等人通過在激光加熱的金剛石反應(yīng)池中和130吉帕斯卡的壓強(qiáng)下，利用鐵和氫氣直接合成了五氫化鐵（FeH5）。FeH5由準(zhǔn)立方FeH3單元和稀薄的氫原子的四平面構(gòu)成。鐵原子與氫原子間存在價(jià)電子連接，但氫原子間沒有連接，這使其表現(xiàn)出二維金屬特性。該發(fā)現(xiàn)為低壓合成氫原子體積稠密的材料提供了途徑。

文獻(xiàn)鏈接：Synthesis of FeH5: A layered structure with atomic hydrogen slabs（Science，2017，DOI: 10.1126/science.aan0961

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