作為國際上最為知名的年N牛兩大綜合性學術期刊，Nature和Science旨在發表原創性強、高校觀點新穎、材料材料影響廣泛，領域并且對整個科學發展具有推動作用的大招突破性發現。由于競爭激烈，年N牛所有投稿至這兩大期刊的高校原創文章中僅有不足8%被接受和發表。因此N&S發表的材料材料論文一定程度上代表著學科領域內的最高水平，而N&S發文數也是領域比較國家和機構科研產出質量的重要指標之一。

本文統計了我國國內高校2020年作為通訊作者單位（含共同通訊作者單位）在《自然》Nature、大招《科學》Science期刊上發表的年N牛情況。數據統計截至2020年11月30日。高校并在發文總數前三的材料材料高校中分別選取了一個在材料學領域的代表性成果進行簡介。

今年我國內地高校在N&S發表論文總數前三的領域高校分別是中國科學院、清華大學和北京大學。大招我國發表總數前十的高校開展的科研活動和涉及領域主要集中在生物學、物理學、醫學和化學。

中國內地高校N&S論文數

一、中國科學院Science：鐵基超導體中渦旋零模的近量子化電導平臺^[1]

中科院物理所高鴻鈞、丁洪和張余洋等人通過隧穿耦合強度可變的掃描隧道譜（STS）研究了FeTe_0.55Se_0.45超導體中磁通渦旋束縛態的隧穿電導，為鐵基超導中馬約拉納零能模的存在提供了定量新證據。相關成果以“Nearly quantized conductance plateau of vortex zero mode in an iron-based superconductor”為題于2020年1月10日發表在Science上。

在一種可能具有馬約拉納模型的特殊超導材料中，量子信息被限域于其表面或邊緣，從而為實現穩定的量子位提供了可行的方案。問題在于，雖然已經存在這樣那樣的間接證據，但是始終沒有直接的證據證明馬約拉納模型的存在。實驗中，作者觀測了電導平臺隨隧穿耦合強度的變化，發現電導能接近甚至達到量子電導值2e²/h。相比之下，在有限能量渦旋束縛態，或是超導帶隙外的電子態連續區，實驗并未觀測到電導平臺。作者認為，所觀測到的零能模電導平臺是支撐FeTe_0.55Se_0.45中存在MZMs的有力證據。

圖1. 在FeTe_0.55Se_0.45上觀察到零偏電導平臺

二、清華Science：超耐久性的超長碳納米管^[2]

清華大學化工系魏飛教授和張如范副教授團隊在碳納米管耐疲勞性能研究方面取得重大突破，首次以實驗形式測試了厘米級長度單根碳納米管的超耐疲勞性能。相關成果以“超耐久性的超長碳納米管”(Super-durable Ultralong Carbon Nanotubes)為題，于8月28日在線發表于Science上。

超強超韌和超耐疲勞性能的材料在航空航天、軍事裝備、防彈衣、大型橋梁、運動器材、人造肌肉等眾多領域都面臨巨大的需求。碳納米管是典型的一維納米材料，也是目前已知的力學強度最高和韌性最好的材料，其宏觀強度和韌性均比目前廣泛使用的碳纖維和芳綸等材料高出一個數量級以上。然而，由于其小尺寸特性以及難以被測試的特點，單根碳納米管的疲勞行為以及疲勞破壞機制研究是該領域長期未能搞清楚的重大難題。由于疲勞可以在應力水平遠低于靜態斷裂強度的情況下發生，探究疲勞行為和潛在的破壞機制對于新材料的長期可靠性評估及應用具有極為重要的意義。

該研究發現，碳納米管在大應變循環拉伸測試條件下，單根碳納米管可以被連續拉伸上億次而不發生斷裂，并且在去掉載荷后，其依然能保持初始的超高抗拉強度，耐疲勞性優于目前所有工程纖維材料。與一般傳統材料的疲勞損傷累積機制不同，其疲勞破壞呈現出整體破壞性，不存在損傷累積過程，初始缺陷的生成對碳納米管的疲勞壽命起主導作用。此外，其耐疲勞性受到溫度影響，表現出隨著溫度升高而下降的特點。這項工作揭示了超長碳納米管用于制造超強超耐疲勞纖維的光明前景，同時為碳納米管在許多領域應用的壽命設計提供了重要的參考依據。

圖2. 超長碳納米管的耐疲勞性能.（A-E）厘米級超長碳納米管樣品；（F-G）非接觸式聲學共振測試系統機理示意圖;（H-I）超長碳納米管的耐疲勞性能。

三、北大Nature:原子級成像揭示二維冰層的生長及其邊緣結構^[3]

北京大學的江穎、王恩哥、徐莉梅以及美國內布拉斯加大學林肯分校的曾曉成（共同通訊作者）等人報道展示了利用非接觸原子力顯微學對在金(111)表面進行生長的二維雙層冰的邊緣結構實現了成像觀察。相關成果以題為“Atomic imaging of the edge structure and growth of a two-dimensional hexagonal ice” 于2020年01月01日在線發表在Nature上。

研究發現，二維六方晶系的冰在生長過程中，不僅存在Z型邊緣結構（常見于二維六方晶體），還有扶手椅型邊緣結構與其共存。冷凍觀察和進一步的模擬實驗還揭示了二維冰的生長機制，其中Z型邊緣結構參與涉及了從水分子演變到邊緣結構的過程（集體性橋接機制），而扶手椅結構的中間產物則參與了局部的晶種生成和邊緣重構過程。這些現象和機制研究為研究二維材料的生長機制提供了新穎的觀察角度。

圖3.?二維冰層的實驗觀測及其STM、AFM圖像

圖4.?Z型和扶手椅型邊緣結構的生長過程

參考文獻：

[1]Shiyu Zhu, Lingyuan Kong, Lu Cao, Hui Chen, Micha? Papaj, Shixuan Du, Yuqing Xing, Wenyao Liu, Dongfei Wang, Chengmin Shen, Fazhi Yang, John Schneeloch, Ruidan Zhong, Genda Gu, Liang Fu, Yu-Yang Zhang, Hong Ding, Hong-Jun Gao, Nearly quantized conductance plateau of vortex zero mode in an iron-based superconductor, Science, 2020 (367) 189-192.

[2]Yunxiang Bai, Hongjie Yue, Jin Wang, Boyuan Shen, Silei Sun, Shijun Wang, Haidong Wang, Xide Li, Zhiping Xu, Rufan Zhang, Fei Wei, Super-durable ultralong carbon nanotubes, Science, 2020 (369) 1104-1106.

[3]Runze Ma, Duanyun Cao, Chongqin Zhu, Ye Tian, Jinbo Peng, Jing Guo, Ji Chen, Xin-Zheng Li, Joseph S. Francisco, Xiao Cheng Zeng, Li-Mei Xu, En-Ge Wang, Ying Jiang, Atomic imaging of the edge structure and growth of a two-dimensional hexagonal ice, Nature, 2020 (577) 60-63.

本文由春春供稿。

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