Science盘点: 7月材料领域重大进展
1、Science: 纳米晶铜膜从不平滑
来自爱尔兰都柏林大学的John J. Bolan教授（通讯作者）等人使用扫描隧道显微镜研究了铜纳米晶膜（111）面的低角度晶界（LAGBs）。晶界的存在致使膜上产生了由刃位错组成的“谷”和不全位错重组形成的“脊”。几何分析和模拟表明，面外晶粒旋转使晶界能量降低产生驱动力，正是这种驱动力促使“谷”和“脊”的形成。这些结果表明，一般来说不可能形成由铜以及其他层错能较小或位错线弹性场各向异性较高的金属组成的平滑二维纳米晶体薄膜。但是，如果能够通过有效调控晶界掺杂从而改变层错能，或者膜与基体的相互作用，还是有希望能够达到控制晶体旋转和优化纳米晶体薄膜性能的目的。
文献链接：Nanocrystalline copper films are never flat（Science,2017,DOI:10.1126/science.aan4797 ）
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2、Science: 功能化无机纳米材料的直接光学光刻
美国芝加哥大学的 Dmitri V. Talapin(通讯作者)课题组发明了一种称之为功能化无机纳米材料直接光学光刻（DOLFIN）的纳米晶方法。这一新型处理方法结合了多种传统光刻方法的优点，能够在不引入有机光刻胶和其他副产物的条件下高效图案化无机纳米材料和溶胶-凝胶试剂。而有机杂质的消除有利于提高材料的电学和光学性能，利用该方法制备的光学图案层在载流子迁移率、电介质性能等方面可与溶液加工材料相媲美。因此文章所发明的方法可作为制备薄膜器件的替代方法。
文献链接：Direct optical lithography of functional inorganic nanomaterials (Science, 2017, DOI: 10.1126/science.aan2958)
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3、Science: 轮滑原理帮助解决锂离子电池硅负极膨胀问题
韩国科学技术院(KAIST)的Ali Coskun和 Jang Wook Choi(共同通讯)等人报道了一种高弹性的粘结剂，通过形成酯键使传统粘结剂PAA与多聚轮烷环组分交联结合得到具有特殊结构的双组分PR-PAA粘结剂，形似“分子轮滑”，该“分子轮滑”的一部分环具有较强的粘结性能，一部分环具有特殊的自由滑动性能，两者有机结合，提高了粘结剂的弹性，很大程度上提高了硅负极在充放电过程中的稳定性。
文献链接：Highly elastic binders integrating polyrotaxanes for silicon microparticle anodes in lithium ion batteries (Science, 2017, DOI: 10.1126/science.aal4373)
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4、东南大学熊仁根团队Science: 具备超高压电响应性能的有机-无机钙钛矿铁电体
东南大学的熊仁根教授与游雨蒙教授，美国托莱多大学的Yanfa Yan教授以及中国科学院深圳先进技术研究院的李江宇教授（共同通讯作者）报道发现了一种单相有机-无机钙钛矿压电体Me3NCH2ClMnCl3(TMCM-MnCl3)。这铁电晶体展现出了优异的压电响应性能（d33 =185 pC/N），与BTO的压电系数（d33 =190 pC/N）十分接近。而其相变温度Tc也达到了406K，可在室温合成并且无毒性金属成分，这些特点都使得该种铁电晶体在医学、微机械等领域拥有广阔的应用前景。
文献链接：An organic-inorganic perovskite ferroelectric with large piezoelectric response（Science, 2017, DOI: 10.1126/science.aai8535）
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5、Science: 石墨烯超晶格中重复布洛赫状态引起的高温量子振荡
来自曼彻斯特大学A. K. Geim和V. I. Fal,ko（共同通讯）等人利用由石墨烯超晶格得到的多端霍尔棒设备来进行传输测量。实验中将单层石墨烯置于六方氮化硼（hBN）晶体顶部，使它们的晶轴对准并具有超过2°的精度。为了确保电荷载流子具有高迁移率，使用了第二个hBN晶体封装石墨烯，并相对于石墨烯轴有意地偏离约15°。虽然第二个hBN层也导致了莫尔图案，但具有较短的周期性。因此，任何超晶格效应只能在高载流子浓度n或超高B处出现。第二个hBN作为惰性层，以原子级平坦覆盖有效保护了石墨烯不受外界环境影响。文中还研究了六个超晶格器件，并显示出一致的行为。
文献链接： High-temperature quantum oscillations caused by recurring Bloch states in graphene superlattices（Science, 2017, DOI: 10.1126/science.aal3357）
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6、Science: 氧化物基反铁磁性材料重大进展！
中国科学技术大学吴文彬教授（通讯作者），第一作者陈斌斌博士与团队成员克服了氧化物反铁磁性设计的难题，最新报道了将超薄但具铁磁性的La2/3Ca1/3MnO3层与绝缘的CaRu1/2Ti1/2O3垫片结合实现反铁磁性层间交换耦合（AF-IEC）。这种层状磁开关结构导致阶梯状的磁滞回线，磁化平台则取决于这种双层结构的堆垛重复数。同时这种磁化结构能在好几百个奥斯特的磁场下有效调制转换。另外，用La2/3Sr1/3MnO3作为磁性层构成的AF-IEC具有近于室温的居里温度。该研究将为具有氧化物界面的电子设备增加研究基础。
文献链接：All-oxide–based synthetic antiferromagnets exhibiting layer-resolved magnetization reversal（Science，2017，DOI: 10.1126/science.aak9717）
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7、Science: 遇湿亦强的新型粘结剂
哈佛大学D. J. Mooney（通讯作者）等人基于仿生原理设计了一种新型的粘结剂，该粘结剂有两层，粘结表面和耗散基底，前者基于静电作用、共价键或是物理吸附是其与基底粘结，或者则是通过滞后放大能量耗散。两者间的相互协同作用使粘结剂在潮湿的表面较只有单一层的粘结剂具有更高的粘结能。因此，该粘结剂可以在血管粘结、修复等领域大显身手。
文献链接：Tough adhesives for diverse wet surfaces（Science，2017，Doi: 10.1126/science.aah6362）
8、Science: FeSe超导体中具有轨道选择性的库珀电子对
康奈尔大学J. C. Séamus Davis（通讯作者）等人使用Bogoliubov准粒子干涉成像测量了FeSe在Γ 和X 点附近电子带的费米面结构以及相应的超导能隙。结果显示Γ 和X 带隙表现为各向异性、没有节点、且在动量空间中正交。带隙的排布结构揭示了FeSe中具有轨道选择性的库珀对的存在。
文献链接：Discovery of orbital-selective Cooper pairing in FeSe（Science，2017，DOI: 10.1126/science.aal1575）
9、Science: FeSe超导体的飞秒量级电子-声子“锁相”测量
斯坦福大学W.-S. Lee1、 P. S. Kirchmann和Z.-X. Shen（共同通讯作者）等人利用X射线衍射和光电子发射光谱定量测量了FeSe中的电子-声子耦合强度，实验结果表明电子关联效应是电子-声子耦合加强的原因。电子-声子耦合对材料的超导性有着很大的影响，本研究进一步揭示了电子-电子和电子-声子的联合效应在铁基材料超导性中的重要地位。
文献链接：Femtosecond electron-phonon lock-in by photoemission and x-ray free-electron laser（Science，2017，DOI: 10.1126/science.aak9946）
10、Science: 高温量子自旋霍尔材料候选者：碳化硅衬底上生长单层铋
量子自旋霍尔材料能够防止自旋电流散逸，但由于其能隙小，因此需在低温情况下才能实现。维尔茨堡大学J. Schäfer（通讯作者）等人揭示了具有较宽能隙的室温量子自旋霍尔材料理论上可以获得，并结合理论计算和扫描隧道显微实验测得在绝缘的碳化硅SiC（0001）衬底上覆盖的一层蜂窝状铋（Bi）晶格的带隙为~0.8eV并带有导电边缘态。因此通过在碳化硅衬底上生长单层铋可以成为高温量子自旋霍尔材料候选者。
文献链接：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：具氢原子平面的层状结构
法国CEA-DAM-DIF的C. M. Pépin和P. Loubeyre（共同通讯作者）等人通过在激光加热的金刚石反应池中和130吉帕斯卡的压强下，利用铁和氢气直接合成了五氢化铁（FeH5）。FeH5由准立方FeH3单元和稀薄的氢原子的四平面构成。铁原子与氢原子间存在价电子连接，但氢原子间没有连接，这使其表现出二维金属特性。该发现为低压合成氢原子体积稠密的材料提供了途径。
文献链接：Synthesis of FeH5: A layered structure with atomic hydrogen slabs（Science，2017，DOI: 10.1126/science.aan0961）
本文由材料人学术组大黑天供稿，材料牛编辑整理。
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