1、點月Science：銅酸鹽高溫超導體的材料材料動態電荷密度波
由于其層狀結構的準二維性和大的電子-電子排斥，銅酸鹽高溫超導體（HTSs）偏離了朗道費米液體理論。領域摻雜（p）-溫度（T）相圖，進展在低T處的點月反鐵磁和超導順序，并且在較高的材料材料T處包括贗能隙區域，其特征在于一些狀態的領域準粒子密度的減小。盡管它們始終在相圖的進展低摻雜區和相對較低的溫度下被發現，但它們在多大程度上影響了這些電荷密度系統的點月不尋常性質仍不清楚。
今日，材料材料在意大利米蘭理工大學R. Arpaia教授和G. Ghiringhelli教授團隊（共同通訊作者）帶領下，領域與瑞典查爾姆斯理工大學、進展意大利CNR-ISC、點月意大利羅馬大學、材料材料歐洲同步輻射光源、領域意大利CNR-SPIN、意大利那不勒斯費德里科二世大學、北京大學合作，使用共振X射線散射，確定了幾種摻雜水平下YBa2Cu3O7-δ和Nd1+xBa2-xCu3O7-δ中隨溫度變化的電荷密度波。除了已知的準臨界電荷密度波之外，團隊還分離了短程動態電荷密度波。它們持續遠高于贗隙溫度T*，以幾毫伏電子伏特的能量為特征，并在相圖中占據很大的區域。相關成果以題為“Dynamical charge density fluctuations pervading the phase diagram of a Cu-based high-Tc superconductor”發表在了Science上。
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Dynamical charge density fluctuations pervading the phase diagram of a Cu-based high-Tcsuperconductor（Science，2019，?DOI:10.1126/science.aav1315）
2、Nature: 陰離子交換驅動的高效分子摻雜
π鍵共軛材料的化學摻雜涉及到主體與摻雜劑之間的氧化還原反應。在這一過程中，整數電子通過基態電子遷移從主體遷移到摻雜劑上。例如，聚合物半導體通過化學摻雜可以實現提高電荷載流子密度的目的，而這一摻雜效率的提升主要取決于π鍵共軛聚合物與摻雜劑之間的電化學氧化還原電勢。因此，反應一方的電子親附性與另一方的電離電位的對應程度可以有效影響摻雜效果，為優化分子摻雜提供指導。
近期，東京大學的S. Watanabe（通訊作者）等人報道發現了一種可以提高摻雜水平的新型過程。研究人員稱這一新型過程為“陰離子交換”。在這一過程中，以離子液體溶劑作為介質，典型的p型摻雜劑陰離子可以與另一種由離子液體提供的陰離子進行即時交換，這一過程不僅可以克服氧化還原過程的局限性，其陰離子交換效率還可以接近達到100%。如此一來，在這一“陰離子交換”過程中，可以實現“一個電荷/單體單元”的摻雜水平。研究認為，這一新型陰離子交換摻雜過程高效穩定，是促進分子電子學發展的有力工具。2019年08月28日，相關成果以題為“Efficient molecular doping of polymeric semiconductors driven by anion exchange”的文章在線發表在Nature上。
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Efficient molecular doping of polymeric semiconductors driven by anion exchange
（Nature, 2018, DOI: 10.1038/s41586-019-1504-9）
3、Nature: 定量鋰金屬電池中的非活性鋰成分
鋰金屬負極通常能夠提供較高的理論容量（可達約3860mAh/g），但是基于此類負極的可充電電池常常會出現枝晶生長以及低庫侖效率的問題，對其商品化發展造成困難。一般認為，通過消耗電解質和活性鋰金屬的固體電解質界面（SEI）連續修復過程是造成庫侖效率降低的重要原因。然而，定量研究因形成SEI而造成的容量損失到目前為止還鮮有報道，阻礙著對容量衰減機制的深入研究。
美國加州大學圣地亞哥分校的孟穎（Ying Shirley Meng）（通訊作者）等人基于氣相色譜建立了定量非反應金屬Li0的方法。通過定量分析，文章驗證了非反應金屬Li0才是非活性鋰的主要來源和容量衰減的主要原因，而非在SEI中電化學形成的Li+。在低溫電子顯微鏡的幫助下，研究人員將對反應金屬Li0局部微納結構的觀測和其含量進行聯合分析，建立惡非活性鋰在不同類型電解質中的形成機制，并且確定了鋰金屬負極在充放電過程中出現低庫倫效率的原因。該文章認為，通過建立上述定量觀測方法，可以為鋰金屬負極的進一步發展奠定基礎。2019年08月21日，相關成果以題為“Quantifying inactive lithium in lithium metal batteries”的文章在線發表在Nature上。
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Quantifying inactive lithium in lithium metal batteries（Nature, 2019, DOI: 10.1038/s41586-019-1481-z）
4、Science：穩固結構柔弱的鈣鈦礦半導體異質結
鈣鈦礦太陽能電池作為一種新型光伏技術，具有成本低、效率高的特點，目前世界最高光電轉化效率紀錄已達到25%。作為一種半導體異質結結構光電器件，鈣鈦礦太陽能電池通過鈣鈦礦光吸收層、電荷傳輸層等半導體材料組成的異質結結構來有效分離和提取光生電荷，實現由光能到電能的轉換。但是，鈣鈦礦電池異質結結構并不穩固，一旦異質結結構被破壞，電池性能就會顯著降低。究其主要原因，由離子組成的鈣鈦礦半導體天生結構“柔弱”，工作條件下受光照、電場、溫度、水氧等作用的影響會產生大量結構缺陷，導致半導體材料發生結構改變甚至分解；分解逃逸出來的離子還會進入到電荷傳輸層或者電極層，進一步破壞異質結的光電轉換功能，造成整體器件效率的顯著降低。因此，如何穩固鈣鈦礦太陽能電池中“柔弱”的異質結結構，保護光生電荷的分離和提取過程，成為解決穩定性難題的一個重要研究方向。
上海交通大學的楊旭東教授和韓禮元教授（共同通訊作者）為解決上述穩定性問題，設計制備了具有穩固結構的鈣鈦礦異質結結構。該結構主要包含一層表面富鉛鈣鈦礦半導體薄膜，并在薄膜表面沉積氯化氧化石墨烯薄膜，通過形成氯-鉛鍵、氧-鉛鍵，將兩層薄膜結合在一起。光學、電學等表征實驗結果表明，該異質結結構穩定，可以有效減少鈣鈦礦半導體薄膜的分解和缺陷的產生，同時也減少了逃逸離子對電荷傳輸層功能性的破壞。具有該異質結結構的鈣鈦礦太陽能電池，在一個標準太陽光光強和60℃條件下連續工作1000小時的后，仍然保有初始效率的90%，而且電池的穩態輸出效率通過了國際公認電池評測機構-日本產業技術綜合研究所（AIST）光伏技術研究中心的認證。2019年8月16日，相關成果以題為“Stabilizing heterostructures of soft perovskite semiconductors”的文章在線發表在Science上。
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https://science.sciencemag.org/content/sci/365/6454/687.full.pdf
5、Science：應變黑相CsPbI3薄膜的熱不平衡
在室溫下，相對于黃色非鈣鈦礦相，高溫全無機CsPbI3鈣鈦礦黑相是亞穩態的。由于只有黑相具有光學活性，這就阻礙了CsPbI3在光電器件中的應用。
今日，在魯汶大學Julian A. Steele教授和Johan Hofkens教授（共同通訊作者）帶領下，與歐洲同步輻射設施、美國西華盛頓大學、比利時根特大學、加拿大多倫多大學、西班牙卡斯蒂利亞-拉曼恰大學、西班牙同步輻射光源和南京大學合作，報道了利用襯底夾緊和雙軸應變使黑相CsPbI3薄膜在室溫下保持穩定。采用同步色散、掠入射、廣角x射線散射等方法，跟蹤了黑色CsPbI3薄膜在330℃退火后冷卻時，晶體畸變的引入和應變驅動紋理的形成。黑色CsPbI3薄膜的熱穩定性通過應變界面得到極大改善，并通過ab initio熱力學建模進行了驗證。相關成果以題為“Thermal unequilibrium of strained black CsPbI3?thin films”發表在了Science上。
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Thermal unequilibrium of strained black CsPbI3?thin films（Science，2019，DOI:10.1126/science.aax3878）
6、Science:超高能量密度的介電薄膜
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基于介電材料的電容器因其獨特的超高功率密度（超快充放電速率），高電壓持續時間以及良好的可靠性而在電子器件以及電能系統中扮演著至關重要的角色。然而，介質電容器的能量存儲能力比較低，一直是阻礙其繼續發展的主要困難。隨著新型電子電學系統不斷集成化和微型化，尋求提高介質電容器的能量密度也成為了介電材料領域亟待解決的問題。
清華大學的林元華教授和南策文教授（共同通訊作者）等人發表文章報道發現在BiFeO3-BaTiO3-SrTiO3固溶體中存在能夠顯著提升能量密度的納米疇結構。研究人員利用相場模擬的方法，首先合成了無鉛BiFeO3-BaTiO3-SrTiO3固溶體薄膜，并使得菱方晶系和正方晶系的納米疇能夠同時存在。隨后，研究人員發現在這種材料中維持高極化的同時還能夠最小化滯后現象，其能量密度可高達112焦耳每立方厘米，能量轉化效率也達到了80%左右。該研究認為，通過操縱構建納米尺度疇結構能夠為設計高性能介電材料以及其他功能化材料提供新型思路。2019年08月09日，相關成果以題為“Ultrahigh–energy density lead-free dielectric films via polymorphic nanodomain design”的文章在線發表在Science上。
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Ultrahigh–energy density lead-free dielectric films via polymorphic nanodomain design（Science, 2019, DOI: 10.1126/science.aaw8109）
7、Science:更加廉價的熱電器件
熱電材料具有強大的Peltier效應，能夠在固態冷卻領域有所應用。目前，雖然在中、高絕對溫度范圍內，熱電材料的制冷研究已取得不少的進展，但是可供熱電模塊在室溫水平進行運作的熱電材料依然非常有限。在過去幾十年里，只有n型碲化鉍基材料在固態冷卻領域有相對成熟的應用。盡管碲化鉍基熱電材料的研究已經持續了很長一段時間，但是高昂的成本和巨大的接觸電阻一直阻礙著這類材料作為制冷器件的深入發展。
美國休斯頓大學的任志鋒教授和麻省理工學院的陳剛教授（共同通訊作者）等人系統性地發展了更加廉價的鉍化鎂基熱電材料。研究首先構建了由n型Mg3.2Bi1.498Sb0.5Te0.002以及p型?Bi0.5Sb1.5Te3組成的熱電模塊，并測量了其制冷性能。通過施加電流，在Peltier效應作用下，熱量可從溫度較低的頂端轉移至溫度較高的底端，并導致這兩端的絕對溫度產生差異。隨著電流的增大，這一溫度差異也相應增大直至在91K左右，而此時高溫端的溫度可達到350K，經過研究人員測算該類材料的ZT值高達0.9左右。這一實驗錄得的溫度差異已經高于相應的商用產品數據。除此之外，研究人員還發現，相較于納米構造的Bi2Te3-xSex材料，鉍化鎂基材料與鐵和鎳形成良好的接觸，有效解決接觸電阻的問題。由于減少了碲元素的含量，降低了鉍化鎂基材料的價格，使得由此類材料構成的熱電模塊器件成本大幅下降同時還拓寬了其在制冷領域的應用前景。2019年08月02日，相關成果以題為“High thermoelectric cooling performance of n-type?Mg3Bi2?-based?materials”的文章在線發表在Science上。
導讀鏈接：今日華人Science:更加廉價的熱電器件
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https://science.sciencemag.org/content/365/6452/495
8、Nature：在雙層CrI3中的層狀反鐵磁性中發現超強的c型SHG。
二次諧波產生（SHG）是將相同頻率的兩個光子轉換成兩倍基頻的一個光子的非線性光學過程。SHG不僅對非線性光學器件非常重要，而且是研究與對稱相關物理現象的有力工具，而這些物理現象在其他方面都具有挑戰性。該方法的優點在于電偶極子近似、SHG不消失的前提下，對反轉對稱性破壞很敏感。因此，對于沒有晶格反轉對稱性的系統，SHG是允許電偶極子的且被認為是時間不變的或i型的過程。在晶格反轉對稱性存在下，若存在一個破壞時空反轉對稱性的磁結構，則也可以允許SHG。這種允許電偶極子的SHG為時間不變或不可逆的，表示為c型。但是c型SHG不常見且往往響應較弱。因此，對于能產生c型SHG的二維（2D）材料的報道非常少。
今日，復旦大學的吳施偉教授和美國華盛頓大學的Xiaodong Xu（共同通訊作者）聯合報道了一種雙層CrI3中出現不可逆、非線性二次光學效應。觀察到的二次諧波產生（SHG）比已知磁化誘導的SHG大幾個數量級，與目前研究的二維非線性光學材料的最佳SHG相當。實驗結果表明，雖然雙層CrI3的母體晶格是中心對稱但對SHG信號沒有貢獻，但是觀測到的巨大且不可逆SHG僅來源于層狀反鐵磁有序，它破壞了空間和時間反轉對稱性。此外，偏振分辨測量揭示了潛在的C2h晶體對稱性，從而說明雙層CrI3是單斜層堆疊，為層狀反鐵磁性的微觀起源提供了關鍵的結構信息。研究成果以題目為“Giant nonreciprocal second-harmonic generation from antiferromagnetic bilayer CrI3”發表在國際頂級期刊Nature上。
導讀鏈接：炎炎烈日，也阻擋不了科研人員的步伐！國內再添一篇Nature
文獻連接：
Giant nonreciprocal second-harmonic generation from antiferromagnetic bilayer CrI3?(Nature,?2019, DOI: 10.1038/s41586-019-1445-3)
