2020年已經拉開帷幕，從元旦開始的最近10天內，由中國科研單位作為通訊單位和第一單位，中國學者領導的一系列研究取得重大突破，發表于Science和Nature雜志。另外，由中國高校作為通訊單位重點合作的研究，或者應邀撰寫的述評文章，也發表在Science或Nature雜志。其中至少包括：
1. Nature：首次實現二維冰的邊界和生長結構的高分辨成像
經過近百年的探索，冰的各種三維冰相已被相繼發現。那么，冰在二維極限下是否能獨立穩定存在呢？有鑒于此，北京大學江穎，徐莉梅，王恩哥與美國內布拉斯加大學林肯分校曾曉成等通過精確控制溫度和水壓，成功在疏水的金襯底（Au(111)）上生長出了一種單晶二維冰結構，首次實現二維冰的邊界和生長結構的高分辨成像，用強有力的證據回答了這個爭議百年的問題。
參考文獻：
RunzeMa, Duanyun Cao, Chongqin Zhu, Ye Tian, Xiao Cheng Zeng*, Li-Mei Xu*, En-GeWang,* Ying Jiang*, et al.Atomic imaging of the edge structure and growth of atwo-dimensional hexagonal ice. Nature, 2019
https://www.nature.com/articles/s41586-019-1853-4
2. Nature：發展了一種超平滑石墨烯薄膜的CVD制備方法
CVD是生長高品質石墨烯的重要方法，已經發展了十年之久。問題在于，石墨烯與生長基地之間結合牢固，導致往往不可避免地產生大量褶皺，極大地影響了石墨烯的最終應用效果。那么，這些褶皺到底對石墨烯性能有多大影響？能否做出沒有褶皺的石墨烯呢？
有鑒于此，南京大學高力波教授課題組給出了肯定的回答。他們采用一種質子輔助的CVD方法，實現了無褶皺的超平滑石墨烯薄膜的制備。通過質子的滲透和復合形成氫，也可以減少傳統CVD策略中石墨烯的褶皺。由于范德華相互作用的耦合，以及和生長表面之間的距離，很多褶皺都消失不見。由此生長得到的超平滑石墨烯電子能帶結構表現出V形的狄拉克錐和線性色散，從而證明了石墨烯與基底之間的去耦合作用。這種超平滑特性使得石墨烯通過濕法轉移后，保持清潔的表面，保留其固有性能，并有望用于其他二維材料的制備中，為二維材料的制備提供了新的解決方案。
參考文獻：
GuowenYuan Proton-assisted growth of ultra-flat graphene films. Nature 2020, 577, 204–208.
https://www.nature.com/articles/s41586-019-1870-3
3. Science：首次實驗實現，具有兩個獨立合成維度的單個光學腔
合成維度的概念為實現有效的規范勢和拓撲物理學提供了多功能平臺。近年來，從超冷原子物理學到光子學，合成維度引起了許多科學領域的關注。有鑒于此，斯坦福大學Shanhui Fan和上海交大Luqi Yuan等人首次在實驗上實現，在單個光學腔內人工合成兩個獨立的物理維度。該系統由一個時間調制的環形諧振器組成，該諧振器在順時針和逆時針模式之間具有空間耦合，沿著頻率和偽自旋自由度為光子在環中傳播創建了一個合成霍爾梯。研究人員還觀察到光場等效磁規范勢、拓撲單項邊界流等物理現象，這些信號合成維度上得到明顯體現。這樣研究表明，利用合成維度的概念可以在簡單的系統中研究高維物理，并未光場操縱提供了新的思路。
4. Science：甲烷直接低溫制甲醇轉化率極限突破！
甲烷直接催化氧化制甲醇一直是催化科學和工業界的一個難點問題。這主要是因為，由于甲烷的C-H鍵強度高、電子親和能小和極化率低，直接轉化過程十分困難。此外，甲醇比甲烷更容易氧化，通常在反應條件下導致合成的甲醇被氧化。有鑒于此，浙江大學肖豐收教授、王亮研究員等人提出了分子圍欄的概念，通過在硅酸鋁沸石晶體中固定AuPd合金納米粒子，再用有機硅烷修飾沸石的外表面，設計制備了一種在溫和溫度(70°C)下通過原位生成過氧化氫來提高甲烷氧化中甲醇產率的多相催化劑。硅烷可以使氫、氧和甲烷擴散到催化劑活性位點，同時將生成的過氧化氫限制在活性位點附近提高局部富集濃度，從而大大提高了反應效率和選擇性，甲烷轉化率高達17.3%時，甲醇選擇性可達92%，是當前的最高水平。
參考文獻：
Zhu Jin, etal. Hydrophobic zeolite modification for insitu peroxide formation in methaneoxidation to methanol. Science, 2020.
DOI:10.1126/science.aaw1108
https://science.sciencemag.org/content/367/6474/193?rss=1
5. Science：鐵基超導中發現馬約拉納零能模定量證據
量子位是構建大型可拓展量子計算機的基本單元，而形成量子位的關鍵在于：穩定且不受外界噪音干擾的量子態系統。超導材料中可能存在的馬約拉納零能模為實現穩定的量子位提供了可行的方案，但是始終沒有直接的證據證明馬約拉納模型的存在。有鑒于此，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FeTe0.55Se0.45超導體中磁通渦旋束縛態的隧穿電導。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。綜合以上，作者認為，所觀測到的零能模電導平臺是支撐FeTe0.55Se0.45中存在MZMs的有力證據。
參考文獻：
Shiyu Zhu et al. Nearly quantized conductance plateau of vortex zero mode in aniron-based superconductor. Science 2020, 367, 189-192.
DOI:10.1126/science.aax0274
https://science.sciencemag.org/content/367/6474/189
6. Science：NaCl表面吸附CO——正著可以，反著也行！
固體表面吸附CO分子是基礎表面科學領域一個經典模型。復旦大學吳施偉課題組應邀在Science發表文章，對德國哥廷根大學Alec M. Wodtke團隊最新成果進行述評。在之前的多數研究中，雙原子分子CO沿表面的法向方向吸附，C原子在內，O原子在外——這種構型稱為“C-down”吸附結構。研究人員在NaCl(100)表面發現了相反的構型——“O-down”吸附結構（即O在內，C在外）。“C-down”與“O-down”結構的共存揭示了凝聚態中異構雙井量子系統的存在。這兩種構型都與NaCl(100)表面之間存在明顯的相互作用——在Na+吸附位點，“C-down”構型是吸引作用，而“O-down”構型是排斥作用。總之，該項研究豐富了CO分子的吸附模型，也為凝聚態量子異構化的理論研究提出了更高的要求。
參考文獻：
1.Shiwei Wu. Flipping carbon monoxide on a salt surface. Science, 2020.
DOI:10.1126/science.aba1100
https://science.sciencemag.org/content/367/6474/148
2.Jascha A. Lau, Arnab Choudhury, Li Chen, Dirk Schwarzer, Varun B. Verma, AlecM. Wodtke. Observation of an isomerizing double-well quantum system in thecondensed phase. Science, 2020.
https://science.sciencemag.org/content/367/6474/175
文章不是唯一，文章也不代表一切，但是首先你得有。希望在2020年，我們的科研實力能夠得到進一步增強，無論在基礎研究還是應用研究領域，都能涌現出更多有特色的、突破性的、甚至變革性的科研成果。
