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上個月，國內(nèi)這些成果登上了Nature/Science

2022-06-06 11:55:48 作者：材料人來源：材料人分享至：

回望五月，有哪些研究進(jìn)展讓你印象深刻？材料人為您精選五月以來材料領(lǐng)域中，中國學(xué)者（或通訊單位為國內(nèi)機(jī)構(gòu)）發(fā)表在頂級期刊Nature和Science上的優(yōu)秀工作。

1. 通過可規(guī)模化的一步化學(xué)氣相沉積（CVD）策略合成的外延MoS2/WS2異質(zhì)雙層中意外觀測到了OOP鐵電性和壓電性

香港理工大學(xué)的劉樹平、中國人民大學(xué)的季威和劍橋大學(xué)的Manish Chhowalla（共同通訊作者）等人合作發(fā)表了最新工作，在通過可規(guī)模化的一步化學(xué)氣相沉積（CVD）策略合成的無扭曲、相稱（commensurate）和外延MoS2/WS2異質(zhì)雙層中，意外觀測到了OOP鐵電性和壓電性。研究顯示，該雙層的d33壓電常數(shù)為1.95-2.09皮米/伏，比單層In2Se3的自然OOP壓電常數(shù)還要大6倍左右。通過改變MoS2/WS2異質(zhì)雙層的極化狀態(tài)，研究還證明了相應(yīng)鐵電隧道結(jié)器件中隧穿電流可進(jìn)行約三個數(shù)量級調(diào)制的行為。進(jìn)一步的密度泛函理論顯示，一步化學(xué)氣相沉積策略可交替堆疊MoS2/WS2層，從而可在無需扭曲角或者摩爾疇的前提下進(jìn)行對稱打破和層間滑動，最終獲得鐵電/壓電性能。香港理工大學(xué)的Lukas Rogée和中國人民大學(xué)的Lvjin Wang為共同第一作者，2022年5月26日，相關(guān)成果以題為“Ferroelectricity in untwisted heterobilayers of transition metal dichalcogenides”的文章發(fā)表在Science上。

2. 由芯上分布式反饋激光器（distributed feedback laser, DFB）直接泵浦的絕緣層上鋁砷化鎵（AlGaAsOI）微諧振器

北京大學(xué)王興軍教授和美國加州大學(xué)圣巴巴拉分校John E. Bowers（共同通訊作者）等人報道了由芯上分布式反饋激光器（distributed feedback laser, DFB）直接泵浦的絕緣層上鋁砷化鎵（AlGaAsOI）微諧振器，生成了一個暗脈微梳，其具有最先進(jìn)的效率、操作簡單和長期穩(wěn)定性。這種相干梳用于驅(qū)動基于CMOS鑄造的SiPh引擎，該引擎包含多種功能，應(yīng)用廣泛。在這種方法的基礎(chǔ)上，針對兩個主要的集成光子學(xué)領(lǐng)域進(jìn)行了系統(tǒng)級演示。作為通信演示，作者展示了一種基于微梳SiPh收發(fā)器的數(shù)據(jù)鏈路，具有100-Gbps脈沖幅度四級調(diào)制（pulse-amplitude four-level modulation, PAM4）傳輸和2-Tbps數(shù)據(jù)中心總速率。對于微波光子學(xué)，通過片上多抽頭延遲線處理方案展示了具有數(shù)十微秒級重構(gòu)速度的緊湊型微波濾波器，其可調(diào)帶寬和靈活的中心頻率能夠支持第五代（5G）、雷達(dá)和片上信號處理。該工作為全面集成廣泛的光學(xué)系統(tǒng)鋪平了道路，并將顯著加速下一代集成光子學(xué)的微梳SiPh技術(shù)的發(fā)展。研究成果以題為“microcomb-driven silicon photonic systems”發(fā)布在國際著名期刊Nature上。

3. 通過實施鏈行走催化從易于獲得的取代亞甲基環(huán)己烷模塊化合成具有優(yōu)異動力學(xué)立體控制的二取代環(huán)己烷的一般策略

武漢大學(xué)高等研究院陰國印教授團(tuán)隊該研究報告了通過實施鏈行走催化從易于獲得的取代亞甲基環(huán)己烷模塊化合成具有優(yōu)異動力學(xué)立體控制的二取代環(huán)己烷的一般策略。從機(jī)理上講，最初引入與環(huán)己烷相鄰的空間要求高的硼酯基團(tuán)是指導(dǎo)立體化學(xué)結(jié)果的關(guān)鍵。這種方法的合成潛力在復(fù)雜生物活性分子的后期修飾以及與當(dāng)前交叉偶聯(lián)技術(shù)的比較中得到了強(qiáng)調(diào)。即利用“金屬遷移”策略，解決了環(huán)己烷合成領(lǐng)域長期存在的難題。具體的成果以“Modular access to substituted cyclohexanes with kinetic stereocontrol”為題發(fā)布在Science上。西班牙拉里奧哈大學(xué)的博士后Ignacio Funes-Ardoiz為共同通訊作者，高等研究院2018級博士研究生李陽陽為第一作者。

4. 使用可擴(kuò)展的制造技術(shù)展示高效的全鈣鈦礦串聯(lián)太陽能模塊

南京大學(xué)譚海仁教授與牛津大學(xué)Henry J. Snaith課題組合作，使用可擴(kuò)展的制造技術(shù)展示了一種高效的全鈣鈦礦串聯(lián)太陽能模塊。通過系統(tǒng)地調(diào)整不含甲基銨的1.8電子伏特混合鹵化物鈣鈦礦的銫比例，本工作提高了大面積刀片涂層薄膜的結(jié)晶均勻性。本工作在互連子電池之間引入導(dǎo)電共形的‘擴(kuò)散勢壘’，以提高全鈣鈦礦串聯(lián)太陽電池組件的功率轉(zhuǎn)換效率（PCE）和穩(wěn)定性。本工作的串聯(lián)模塊實現(xiàn)了21.7%的認(rèn)證PCE，孔徑面積為20平方厘米，在模擬1-太陽光照下連續(xù)運(yùn)行500小時后仍保持了75%的初始效率。相關(guān)論文以題為“Scalable processing for realizing 21.7%-efficient all-perovskite tandem solar modules”發(fā)表在Science上。

5. 探索可轉(zhuǎn)移的超高κ單晶鈣鈦礦鍶鈦氧化物膜作為二維場效應(yīng)晶體管的柵極電介質(zhì)

香港大學(xué)Lain-Jong Li教授團(tuán)隊聯(lián)合澳大利亞新南威爾士大學(xué)Sean Li教授團(tuán)隊探索可轉(zhuǎn)移的超高κ單晶鈣鈦礦鍶鈦氧化物膜作為二維場效應(yīng)晶體管的柵極電介質(zhì)。所制造的鈣鈦礦膜表現(xiàn)出理想的亞一納米級CET，具有低漏電流（在2.5兆伏/厘米時小于10-2?安培/平方厘米）。研究發(fā)現(xiàn)，鍶鈦氧化物電介質(zhì)和二維半導(dǎo)體之間的范德華間隙減輕了由于使用超高κ電介質(zhì)而導(dǎo)致的不利邊緣誘導(dǎo)的勢壘降低效應(yīng)。由化學(xué)氣相沉積和氧化鍶鈦電介質(zhì)制成的可擴(kuò)展二硫化鉬薄膜的典型短溝道晶體管表現(xiàn)出陡峭的亞閾值擺幅低至每十倍頻約 70 毫伏，開/關(guān)電流比高達(dá)107，符合最新的《國際設(shè)備和系統(tǒng)路線圖》建議的低功耗規(guī)格。具體的成果以“High-κ perovskite membranes as insulators for two-dimensional transistors”為題發(fā)布在Nature。

6. 突破性的設(shè)計：鈦硅分子篩負(fù)載金鈀合金催化劑

卡迪夫大學(xué)卡迪夫催化中心（Cardiff University, Cardiff Catalysis Institute）的Graham Hutchings，Richard J. Lewis和上海交通大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院物質(zhì)科學(xué)原位中心的劉晰，陳立桅及其他單位合作，突破性的設(shè)計了鈦硅分子篩負(fù)載金鈀合金催化劑，實現(xiàn)在接近工業(yè)過氧化氫氨氧化條件（相同類型反應(yīng)器和反應(yīng)條件）下，直接從氫氣，氧氣，碳酸氫銨和環(huán)己酮一步法高選擇性制備環(huán)己酮肟，得到近100%的環(huán)己酮選擇性，近100%的氨選擇性和67%的氫氣選擇性，其環(huán)己酮肟產(chǎn)率與工業(yè)過氧化氫氨氧化獲取產(chǎn)率相同，驗證了原位H2O2合成與氨氧化耦合實現(xiàn)綠色化工生產(chǎn)的新路徑。

在這項工作中，研究者證明了AuPd合金與鈦硅分子篩（TS-1）作為雙功能催化劑的核心作用：優(yōu)化金屬比例與載量的AuPd合金能夠有效的在加熱和弱堿性環(huán)境下生成H2O2，而TS-1可以有效利用原位生成的H2O2完成氨氧化反應(yīng)。單組分Au對于該反應(yīng)沒有催化活性，單組分Pd顯示一定的轉(zhuǎn)化率但是比較低的選擇性，簡單物理混合的催化劑也沒有催化活性，但是一旦形成AuPd合金之后，反應(yīng)活性得到了極大的提升。負(fù)載AuPd合金有著優(yōu)異的催化H2/O2生成H2O2的催化活性，但是沒有氨氧化催化能力；而TS-1在使用商業(yè)H2O2溶液作為氧化劑的時候能夠催化生成環(huán)己酮肟，但是選擇性較差。兩種催化劑的簡單物理混合卻得到了非常優(yōu)異的催化表現(xiàn)，這證明可以利用原位生成H2O2的方式來高效，方便的完成這種重要聚合物單體的催化制備。

相關(guān)研究成果以“Highly efficient catalytic production of oximes from ketones using in situ-generated H2O2”為題發(fā)表在Science上。Richard J. Lewis，劉晰，Graham J. Hutchings為共同通訊作者，工作得到了上海交通大學(xué)物質(zhì)科學(xué)原位中心和變革性分子前沿科學(xué)中心的大力支持。

7. 厘米級雙層MoS2制備

南京大學(xué)電子科學(xué)與工程學(xué)院李濤濤、王欣然和東南大學(xué)物理學(xué)院通過調(diào)控原子梯級高度，在藍(lán)寶石基底的c面上，利用外延生長，然后將形成的TMDs區(qū)域融合，實現(xiàn)了99%的均勻成核，制備了厘米級二硫化鉬薄膜。由此制備的短溝道場效應(yīng)晶體管（FET）遷移率可達(dá)122.6 cm2·V?1·s?1，短溝道FET開態(tài)電流可達(dá)1.27 mA·μm?1。通過邊緣成核和外延生長法，作者首次在藍(lán)寶石基板上制備了大規(guī)模、高度取向的MoS2薄膜，對應(yīng)的FET性能遠(yuǎn)超單層MoS2器件。該成果以“Uniform nucleation and epitaxy of bilayer molybdenum disulfide on sapphire”發(fā)表在Nature。