1. 理想 Weyl 點(diǎn)和人造光子晶體結(jié)構(gòu)中的螺旋面狀態(tài)

       （Ideal Weyl points and helicoid surface states in artificial photonic crystal structures）

       材料名稱：人造光子晶體

       研究團(tuán)隊(duì)：英國(guó)伯明翰大學(xué)、深圳大學(xué)和中國(guó)科學(xué)院物理所

       Weyl 點(diǎn)是三維晶體線性分散能帶的交叉點(diǎn)，它為探索各種奇妙的現(xiàn)象，如拓?fù)浔Ｗo(hù)的表面狀態(tài)和手性異常等提供了機(jī)會(huì)。但是，Weyl 點(diǎn)全部以相同的能量存在并與任何其它能帶分離的理想 Weyl系統(tǒng)仍然比較缺乏，這對(duì) Weyl物理學(xué)和潛在應(yīng)用的進(jìn)一步發(fā)展構(gòu)成了嚴(yán)重的限制。通過(guò)對(duì)馬鞍形金屬螺圈微波光子晶體的實(shí)驗(yàn)表征，Yang 等人通過(guò)對(duì)稱操作觀察到了彼此相關(guān)的理想 Weyl 點(diǎn)，以及展現(xiàn)出螺旋結(jié)構(gòu)的拓?fù)浔砻鏍顟B(tài)。這一系統(tǒng)為探索理想 Weyl 系統(tǒng)和開(kāi)發(fā)可能的拓?fù)湓O(shè)備提供了一個(gè)光子平臺(tái)。（Science DOI: 10.1126/science.aaq1221）

       2. 對(duì)氣體填充蛋白質(zhì)納米結(jié)構(gòu)的聲學(xué)調(diào)制磁共振成像

       （Acoustically modulated magnetic resonance imaging of gas-filled protein nanostructures）

       材料名稱：氣體填充蛋白質(zhì)納米結(jié)構(gòu)

       研究團(tuán)隊(duì)：加州理工學(xué)院Shapiro研究組

       非侵入式生物成像所需要的材料，要能夠與深度滲透形式的能量（例如磁場(chǎng)和聲波）產(chǎn)生相互作用。Lu 等人展示了一種氣囊（GV），一種獨(dú)特的氣體填充蛋白質(zhì)納米結(jié)構(gòu)，相對(duì)于水具有微分磁化率，可以在亞納摩爾濃度下產(chǎn)生強(qiáng)烈的磁共振成像（MRI）對(duì)比度，并且該對(duì)比度可利用原位超聲消去，從而實(shí)現(xiàn)無(wú)背景成像。在體外、細(xì)胞內(nèi)以及三種體內(nèi)場(chǎng)景，證明了這些納米結(jié)構(gòu)作為遺傳編碼報(bào)導(dǎo)者的能力。GV 的不同遺傳變異體的磁性或機(jī)械表型不同，從而能夠利用參數(shù)化 MRI 和微分聲學(xué)敏感性進(jìn)行多路復(fù)用成像。此外，聚類誘導(dǎo)的 MRI 對(duì)比度變化使得動(dòng)態(tài)分子傳感器的設(shè)計(jì)成為了可能。通過(guò)結(jié)合 MRI 和超聲波的互補(bǔ)物理學(xué)，這種納米材料具有特殊優(yōu)勢(shì)和能力的獨(dú)特分子成像方式。（Nature Materials DOI: 10.1038/s41563-018-0023-7）

       3.通過(guò)分析 n-摻雜 C60 和 ZnPc 中的態(tài)密度來(lái)了解有機(jī)半導(dǎo)體的摻雜效率

       (Insight into doping efficiency of organic semiconductors from the analysis of the density of states in n-doped C60 and ZnPc)

       材料名稱：有機(jī)半導(dǎo)體

       研究團(tuán)隊(duì)：德國(guó)德累斯頓工業(yè)大學(xué)Ortmann研究組

       摻雜在半導(dǎo)體物理學(xué)中起著至關(guān)重要的作用，其中 n-摻雜由雜質(zhì)相對(duì)于導(dǎo)帶邊緣的電離能所控制。在有機(jī)半導(dǎo)體中，高效摻雜主要受到目前尚未充分了解的各種效應(yīng)的影響。Gaul 等人利用正向和反向光電子能譜的模擬和實(shí)驗(yàn)測(cè)量了原型材料 C60 和由高效苯并咪唑啉基（2-Cyc-DMBI）進(jìn)行 n-摻雜的酞菁鋅的狀態(tài)密度和費(fèi)米能級(jí)位置。他們還研究了摻雜引起的間隙態(tài)的作用，特別是研究了未摻雜材料的電子親和力與其摻雜對(duì)應(yīng)物的電離勢(shì)之間的差 Δ1 的作用。研究表明了這個(gè)參數(shù)對(duì)于自由載流子的產(chǎn)生非常關(guān)鍵且會(huì)影響摻雜膜的導(dǎo)電性。調(diào)整 Δ1 可能能夠?yàn)閮?yōu)化有機(jī)半導(dǎo)體的電子性質(zhì)提供替代策略。（Nature Materials DOI: 10.1038/s41563-018-0030-8）

       4. 對(duì)振動(dòng)激發(fā)分子在金屬表面吸附和解吸的觀測(cè)

       (Observation of the adsorption and desorption of vibrationally excited molecules on a metal surface)

        材料名稱：金

       研究團(tuán)隊(duì)：德國(guó)哥廷根大學(xué)Wodtke研究組

       催化表面化學(xué)最常見(jiàn)的機(jī)制是 Langmuir 和 Hinshelwood （LH）。在 LH 機(jī)理中，先是反應(yīng)物吸附，然后隨表面熱化，既而反應(yīng)。對(duì)吸附在金屬表面的分子測(cè)得的振動(dòng)（弛豫）壽命都是在幾皮秒的范圍內(nèi)。因此，除了通過(guò)分子物理吸附中間體時(shí)發(fā)生的 LH 反應(yīng)之外，很少觀察到對(duì) LH 化學(xué)的振動(dòng)促進(jìn)。Shirhatti 等人對(duì)從 Au（111）表面振動(dòng)激發(fā)的 CO 分子的吸附和隨后的解吸進(jìn)行了直接檢測(cè)。結(jié)果表明，CO（v = 1）在 Au（111）表面上存在了約 1×10-10s。金屬表面上吸附物如此長(zhǎng)的振動(dòng)壽命非常出人意料，這對(duì)當(dāng)前對(duì)金屬表面上的振動(dòng)能量耗散的理解提出了有趣的挑戰(zhàn)。這也表明表面化學(xué)的振動(dòng)促進(jìn)可能比一般認(rèn)為的更普遍。（Nature Chemistry DOI: 10.1038/s41557-018-0003-1） 

       5. 由溶劑促成的對(duì)生物質(zhì)衍生化合物液相反應(yīng)反應(yīng)性的控制

       (Solvent-enabled control of reactivity for liquid-phase reactions of biomass-derived compounds)

       材料名稱：生物質(zhì)衍生化合物

       研究團(tuán)隊(duì)：威斯康辛大學(xué)麥迪遜分校Dumesic研究組

       在生物質(zhì)轉(zhuǎn)化反應(yīng)中使用有機(jī)溶劑可以實(shí)現(xiàn)高速率和高選擇性。Mellmer 等人闡明了有機(jī)溶劑混合物和水，對(duì)與生物質(zhì)轉(zhuǎn)化相關(guān)的酸催化脫水反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的影響。基于反應(yīng)動(dòng)力學(xué)研究的結(jié)果，結(jié)合經(jīng)典和從頭算分子動(dòng)力學(xué)模擬，表明了通過(guò)改變這些催化過(guò)程的初始和過(guò)渡態(tài)的溶劑化程度，可以提高液相中酸催化反應(yīng)的速率。隨著反應(yīng)物中鄰位羥基或含氧基團(tuán)數(shù)量的增加，這些效應(yīng)的程度也隨之增加，從醇（丁醇）轉(zhuǎn)移到二醇（1,2-丙二醇），轉(zhuǎn)變?yōu)樘妓衔铮ü牵?。?duì)這些溶劑效應(yīng)的理解，可用于優(yōu)化從果糖生產(chǎn)生物質(zhì)平臺(tái)分子羥甲基糠醛的速率和選擇性。（Nature Catalysis DOI: 10.1038/s41929-018-0027-3）

       6. 通過(guò)插層電子實(shí)現(xiàn)二維 SnS2 的空間可控?fù)诫s

       (Spatially controlled doping of two-dimensional SnS2 through intercalation for electronics)

       材料名稱：二維SnS2

       研究團(tuán)隊(duì)：斯坦福大學(xué)崔屹研究組

       摻雜半導(dǎo)體是現(xiàn)代電子器件最重要的構(gòu)建元素。在硅基集成電路中，可以在不引入高電阻接口的情況下實(shí)現(xiàn)這些材料簡(jiǎn)易、可控的制造與集成。此外，二維（2D）材料的出現(xiàn)使得原子級(jí)薄集成電路得以實(shí)現(xiàn)。但是，這些材料的 2D 特性阻礙了使用傳統(tǒng)離子注入技術(shù)進(jìn)行的載流子摻雜，并進(jìn)一步阻礙了器件的開(kāi)發(fā)。Gong 等人展示了一種基于溶劑的插層方法，用以在原子級(jí)極限下在同一母材中實(shí)現(xiàn) p-型摻雜，n-型摻雜和簡(jiǎn)并摻雜半導(dǎo)體。與自然生長(zhǎng)的 n-型 S-空位 SnS2 相反，通過(guò)該技術(shù)獲得的 Cu 插層雙層 SnS2 表現(xiàn)出約 40cm2V-1s-1 的空穴場(chǎng)效應(yīng)遷移率，并且所獲得的 Co-SnS2 表現(xiàn)出金屬化特性，表面電阻與幾層石墨烯相當(dāng)。將這種插層技術(shù)與光刻技術(shù)相結(jié)合，可以進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)空間和尺寸精確控制的原子級(jí)無(wú)縫 p-n 金屬結(jié)，這使得面內(nèi)異質(zhì)結(jié)具有了用于集成器件和其它 2D 材料的實(shí)際可用性。由此，這種插入方法提供了將集成電路和原子級(jí)薄材料兩個(gè)不同的世界連接到一起的新途徑。（Nature Nanotechnology DOI: 10.1038/s41565-018-0069-3）

       7. 框架化學(xué)在二氧化碳還原催化劑設(shè)計(jì)中的作用

       (The role of reticular chemistry in the design of CO2 reduction catalysts)

       材料名稱：框架化合物

       研究團(tuán)隊(duì)：加州大學(xué)伯克利分校Yaghi研究組

       當(dāng)前最先進(jìn)的用于二氧化碳光電還原或電還原的催化劑仍存在的問(wèn)題，在于沒(méi)有一個(gè)單獨(dú)的系統(tǒng)可以獨(dú)立控制并由此優(yōu)化活性、選擇性和效率之間的相互影響?？蚣芑瘜W(xué)被認(rèn)為能夠以原子精度控制多孔結(jié)晶材料的化學(xué)和結(jié)構(gòu)特征（活性和選擇性）以及輸出光電子性質(zhì)（效率）。選擇框架化學(xué)家工具箱中的分子構(gòu)建模塊能夠合理地設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，框架化學(xué)用以整合催化活性組分，并且這些構(gòu)建模塊的連接方式賦予了期望材料具有的光電特性。這些方面可以獨(dú)立進(jìn)行微調(diào)的這一事實(shí)證明了框架化學(xué)的發(fā)展前景，有助于下一代二氧化碳還原催化劑的設(shè)計(jì)。（Nature Materials DOI: 10.1038/s41563-018-0033-5）