1. Nature Mater.：實現量子反?；魻栃?拓撲霍爾效應共存于磁性拓撲絕緣體三明治結構
量子反?；魻栃≦AHE）源于動量空間中非零的貝利（Berry）曲率。量子反常霍爾絕緣體在無外磁場存在下具有零損耗的手性邊緣態。然而，拓撲霍爾效應（THE）——手性自旋結構的標志，則源于真實空間的貝利曲率。
最近，賓州州立大學常翠祖、Moses H. W. Chan、Nitin Samarth等人發現，將拓撲絕緣體（TI）層插入兩磁性TI層之間（形成三明治結構），在此基礎上，通過電場柵控可實現QAHE和THE的共存。THE通過體載流子測得，QAHE則通過手性邊緣態反映。其中，量子反?；魻柦^緣體系中的THE來源于手性磁疇壁（注：手性磁疇壁來源于柵誘導的Dzyaloshinskii–Moriya相互作用），且該THE發生于磁性TI三明治結構的磁化反轉過程。作者認為，手性邊緣態和手性自旋結構的共存為實現零耗散自旋電子應用提供了平臺。
圖1. TI三明治異質結構中的QAHE。
圖2. 在TI三明治異質結構中實現QAHE和THE的共存。
Jiang, J.,Xiao, D., Wang, F. et al. Concurrence of quantum anomalous Hall and topologicalHall effects in magnetic topological insulator sandwich heterostructures. Nat.Mater. (2020). https://doi.org/10.1038/s41563-020-0605-z
https://www.nature.com/articles/s41563-020-0605-z
2. Nature Mater.：室溫下，在少層半金屬MoTe2中同時實現經典/平面自旋霍爾效應
自旋霍爾效應（SHE）通常在具有大量自旋軌道耦合（SOC）的高對稱性晶體中以體效應的形式存在。在這之中，對稱的自旋軌道場使得自旋霍爾角（θSH）和自旋擴散長度（Lsf）之間存在權衡，且自旋極化、自旋電流和荷電流（外部電流）三者之間相互正交。
最近，新加坡國立大學Kian Ping Loh、Vitor M. Pereira和臺北中研院物理所Hsin Lin等人發現，低對稱性少層半金屬MoTe2在室溫下可實現高達0.32的 θSH和2.2μm的Lsf，十分有望用于同步的自旋生成、傳輸以及檢測。此外，作者發現面外極化的縱向自旋電流既可由橫向的荷電流產生，也可由垂直方向的荷電流產生，分別源于傳統SHE和新發現的平面SHE。該研究表明對晶體對稱性和SOC的調控能實現新型電荷-自旋轉換和自旋-軌道轉矩，在自旋電子應用中存在一定前景。
圖1. 塊體/少層半金屬MoTe2的晶體對稱性。
圖2. MoTe2中傳統的SHE。
Song, P.,Hsu, C., Vignale, G. et al. Coexistence of large conventional and planar spinHall effect with long spin diffusion length in a low-symmetry semimetal at roomtemperature. Nat. Mater. (2020). https://doi.org/10.1038/s41563-019-0600-4
https://www.nature.com/articles/s41563-019-0600-4
3. Nature Nano.：波導集成型范德華異質結光電探測器，在通訊頻段下高速高響應性工作
由于具有獨特的材料性質和強烈的物質-光相互作用，過渡金屬硫族化合物（TMDCs）被廣泛用于構建新型光電器件。其中，響應大且速度快的光電探測器具有廣闊的應用領域，例如在標準通訊波段運行的高速率傳輸互連線。然而，TMDCs的本征載流子遷移率較小，成為發展高速傳輸裝置的瓶頸。
有鑒于此，蘇黎世聯邦理工學院Lukas Novotny、Juerg Leuthold?、Ping Ma等人提出了一種在硅光子平臺上集成的基于垂直范德華異質結的高性能光電探測器。垂直的MoTe2-石墨烯異質結構使得TMDCs中的載流子渡越路徑最短，并在中等偏壓下（–3V）實現了高達24 GHz的帶寬紀錄值。通過施加更高偏壓或采用更薄的MoTe2片，帶寬能進一步增加到50 GHz。同時，該器件在1300 nm波長的入射光下實現了高達0.2AW–1的外響應值。
該研究闡明了高性能光電探測器的性能權衡與設計方針。作者認為，將二維異質結與波導納米光子器件結合是實現高性能光電器件（例如，光電探測器，發光器件，電光調制器）的有效平臺。
圖：MoTe2-石墨烯垂直異質結構光電探測器。
Fl?ry, N.,Ma, P., Salamin, Y. et al. Waveguide-integrated van der Waals heterostructurephotodetector at telecom wavelengths with high speed and high responsivity.Nat. Nanotechnol. 15, 118–124 (2020).https://doi.org/10.1038/s41565-019-0602-z
https://www.nature.com/articles/s41565-019-0602-z
4. Nature Electron.：基于范德華異質結的場效應晶體管
依賴于量子隧穿的半導體器件在邏輯，存儲器和射頻領域應用廣泛。具有負差分電阻的隧穿器件通常遵循以下工作原理：隧穿電流直接影響驅動電流。有鑒于此，華中科技大學吳燕慶教授團隊及其合作者報道了一種基于黑磷/ Al2O3 /黑磷范德華異質結構制成的隧穿場效應晶體管。
其中，隧穿電流相對于驅動電流為橫向。通過靜電效應，該隧穿電流會引起輸出電流的急劇變化，從而實現可調節的負差分電阻，在室溫下其峰谷比大于100。除此之外，所設計的器件還具有可開關特性，在較寬的溫度范圍內，其柵極電壓相對于表面電勢的相對變化是傳統晶體管玻耳茲曼極限的十分之一。
XiongXiong et al. A transverse tunnelling field-effect transistor made from a vander Waals heterostructure. Nature Electronics 2020.
https://www.nature.com/articles/s41928-019-0364-5
5. Nature Commun.：光子回收在鈣鈦礦發光二極管中的作用
最近，鈣鈦礦發光二極管打破了外部量子效率的20％壁壘。這些高效率不能用光耦合的經典模型來解釋。劍橋大學Dawei Di,Felix Deschler & Neil C. Greenham 團隊分析了光子回收（PR）在協助鈣鈦礦發光二極管的發光中的作用?？臻g分辨的光致發光和電致發光測量與光學建模研究表明，當輻射效率足夠高時，捕獲在基板和波導模式中的光子的重復性重吸收和重發射顯著增強了光提取。通過這種方式，PR可以占總發光的70％以上，這與最近報道的高效率相一致。雖然PR的理論上外耦合效率為100％，但由于從電極吸收的寄生吸收損耗顯示出限制了當前器件結構中的實際效率。為了克服當前的限制，研究人員提出了一種未來的配置，該配置具有減小的注入電極面積，以將效率提高到100％。
The roleof photon recycling in perovskite light-emitting diodes, Nature Communications,2020
https://www.nature.com/articles/s41467-020-14401-1
6. Matter：諾獎得主新發現：顛覆傳統認知，單分子器件迎來新突破！
當分子器件的尺寸縮小至納米尺度時，宏觀體系下的歐姆定律不再適用，而是表現為電子通過分子時多個分立軌道透射系數的疊加，即單分子電輸運的量子干涉效應，類似于光的雙縫干涉現象。當透射系數的疊加高于分子前線軌道的貢獻時，會產生相增量子干涉效應（Constructive Quantum Interference, CQI），提升單分子電輸運能力；反之，會產生相消量子干涉效應（Destructive Quantum Interference，DQI），降低單分子電輸運能力。量子干涉效應作為分子在量子尺度下的獨特特性，對于設計和制備高性能的單分子電學器件具有重要意義。
然而，根據傳統的量子疊加規則，中性雙平行通道分子體系的電導理論上僅比單通道體系的電導大4倍，因此如何發展一種簡便、可行的調控策略以進一步提升雙通道體系的電輸運效率是現階段研究量子干涉效應的核心挑戰。
近日，美國西北大學的J. FraserStoddart教授課題組與廈門大學洪文晶教授課題組和麥吉爾大學郭鴻教授課題組合作，借助具有飛安級電學測量精度和亞納米級位移控制靈敏度的單分子電學測量技術，開展了基于帶電大環分子體系的量子干涉效應研究，并提出了一種全新的自門控（self-gating）的量子干涉機制，實現了超過50倍的單分子電導調控。
Hongliang Chen, et al. Giant ConductanceEnhancement of Intramolecular Circuits throughInterchannel Gating. Matter(2020).
DOI: 10.1016/j.matt.2019.12.015
https://www.sciencedirect.com
7. AM綜述：纖維和紡織電子的應用挑戰
基于人們出行和生活的廣泛需求，小型化、可穿戴的電子設備得到廣泛認同和重視。但是，纖維和紡織電子設備的發展也面臨諸多問題，包括低性能、難規?；瘮U大生產和安全性差等?；诖耍?strong style="margin: 0px; padding: 0px;">復旦大學的Peining Chen, Bingjie Wang和Huisheng Peng團隊近日在材料領域頂級期刊Advanced Materials發表綜述論文，討論了一維纖維和紡織電子器件所面臨的一系列應用挑戰，包括從單纖維器件到連續擴展制造，再到封裝和測試以及應用模式探索等方面。其次，作者總結了纖維和紡織電子的發展現狀和趨勢。最后，強調了促進其商業化應重點關注的未來研究方向。這篇綜述可幫助對纖維和紡織電子感興趣的科研人員對該領域有更全面的了解。
Lie Wang Xuemei Fu and Jiqing He et al. ApplicationChallenges in Fiber and Textile Electronics. 2020.32(5): 1901971.
DOI：10.1002/adma.201901971
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.201901971
8. AM：交流光伏效應
為了人類文明的可持續發展，尋找可再生和清潔能源迫在眉睫。光伏（PV）作為一種替代化石燃料的可持續能源，在太陽能電池中得到了廣泛的研究。基于p-n結模型的傳統光伏效應通過光吸收、載流子激發、空穴/電子分離、電荷傳輸和復合等過程將光能直接轉化為電能。眾所周知，光伏效應在太陽能照明下產生直流電（DC），這是由于在p-n結處光激發電荷載流子的定向分離造成的，空穴流向p側，電子流向n側。當材料暴露在光下時，還有一些其他的機制來產生電壓和電流。
佐治亞理工學院王中林教授發現除了傳統的p-n光伏效應產生的直流電外，還有一種新型的光伏效應，當光照周期性地照射在材料的結/界面時，會在非平衡狀態下生成交流電（AC）。在高開關頻率下，交流電的峰值電流比直流電的峰值電流大得多。交流電無法通過傳統光伏系統的既定機制來解釋。取而代之的是，由于在非平衡條件下與結/界面相鄰半導體的準費米能級之間的相對移動和重新排列，會導致外部電路中的電子來回流動，以平衡兩個電極之間的電位差。憑借這種效應，該器件可以作為一個高性能的寬帶光電探測器，在零偏置下具有極高的靈敏度；它也可以用作遠程電源，除了傳統的光伏效應外，還可提供額外的功率輸出。
HaiyangZou, Guozhang Dai, Aurelia Chi Wang, Xiaogan Li, Steven L. Zhang, Wenbo Ding,Lei Zhang, Ying Zhang, Zhong Lin Wang. Alternating Current PhotovoltaicEffect. Adv. Mater. 2020, 1907249.
DOI:10.1002/adma.201907249
https://doi.org/10.1002/adma.201907249
9. AM：超分子手性二維材料及其新興功能
近幾十年來，手性材料在化學、材料科學、生物學和物理學等領域引起了廣泛的關注，并在信號放大、非對稱合成和光學器件等領域顯示出巨大的發展潛力。一個典型的例子是通過手性催化劑直接合成或拆分外消旋混合物來獲得手性有機化合物，特別是手性藥物。
與分子水平上的均相催化劑不同，超分子手性結構的多相催化劑具有良好的可回收性，因此引起了廣泛的研究興趣。迄今為止，通過合理的結構單元和鍵合設計，已開發出一系列超分子手性結構，廣泛應用于手性催化、對映體分離和手性效應等領域。超分子概念創造的手性材料，由于其明確定義的支架和表面或骨架的精確功能化，可以為新興的光學性質提供一種見解。在各種超分子手性結構中，二維手性片層結構由于其極高的表面積以及許多獨特的化學和物理特性而成為特別令人感興趣的材料，從而為新一代光學活性系統和光電子器件功能材料提供了潛力。
然而，由于目前很難將分子手性引入到二維手性結構中，有關具有特定功能的二維手性材料的報道相對較少。在此，吉林大學Myongsoo Lee與高麗大學Yongju Kim綜述了手性超分子二維材料的結構及其功能的研究進展，并討論了二維手性的設計原理及其潛在的應用。
BowenShen, Yongju Kim, Myongsoo Lee. Supramolecular Chiral 2D Materials and EmergingFunctions. Adv. Mater. 2020, 1905669.
DOI:10.1002/adma.201905669
https://doi.org/10.1002/adma.201905669
10. AM：二碲化釩中的多態自旋、電荷和晶格波
晶格畸變、自旋相互作用和過渡金屬雙氧族化合物(TMDs)中的維度交叉導致了有趣的量子相位，如電荷密度波(CDWs)和二維磁性。然而，在TMDs中，在多種因素的綜合作用下，例如自旋-軌道、電子-聲子、電子-電子等相互作用，使得單個量子相位能在一定的溫度和壓力下保持穩定，從而限制了原始器件在不同量子相位下的操作。
近日，韓國科學技術院Myung Joon Han，成均館大學Heejun Yang以及梨花女子大學Suyeon Cho等人報道了二碲化釩(VTe2)在室溫下的非平凡多態量子態，即CDW相，這在各種CDW體系中是獨一無二的；摻雜濃度決定了環境條件下VTe2中兩個CDW相的形成。這兩個CDW多態性顯示了不同的反鐵磁自旋序，其中釩原子產生了兩種不同的條紋圖案自旋波。第一原理計算表明，磁序與VTe2中相應的CDW是嚴格耦合的，這表明了一個豐富的相位圖與多態自旋，電荷，和晶格波都存在于一個固體中，打開了新概念量子態開關器件應用的一扇門。
DongyeunWon, Do Hoon Kiem, Hwanbeom Cho, Dohyun Kim, Younghak Kim, Min Yong Jeong,Changwon Seo, Jeongyong Kim, Je-Geun Park, Myung Joon Han, Heejun Yang, andSuyeon Cho. Polymorphic Spin, Charge, and Lattice Waves in VanadiumDitelluride. Adv. Mater. 2020.
DOI:10.1002/adma.201906578
https://doi.org/10.1002/adma.201906578
11. AM：具有增強溝谷分裂的Co摻雜MoS2單分子層的合成
研究表明，在MoS2單分子層中由摻雜劑誘導的內部磁矩是實現溝谷塞曼分裂(VZS)的一種新方法。近日，南洋理工大學的Weibo Gao & Zheng Liu和中國科學院大學的Zhen-GangZhu & Wu Zhou等人成功地合成了摻雜磁性元素Co的單分子層MoS2，并通過控制摻雜濃度來設計溝谷分裂的幅度。偏振分辨光致發光(PL)光譜顯示，在7 T時Co摻雜的MoS2中，當Co濃度分別為0.8%、1.7%和2.5%時，谷分裂依次為3.9、5.2和6.15 meV。原子分辨電子顯微鏡研究清楚地確定了在MoS2晶格中Co取代的磁性位點，形成了兩種不同的構型，即孤立的單摻雜和三摻雜簇。密度泛函理論(DFT)和模型計算表明，觀測到的增強VZS是由三摻雜團簇引起的內部磁場產生的，三摻雜團簇將載流子的自旋、原子軌道和谷磁矩從導帶和價帶耦合起來。本研究提出了一種利用半導體層狀材料中的磁性摻雜劑來控制溝谷贗自旋的新方法，為磁-光器件和自旋電子器件的發展奠定了基礎。
Jiadong Zhou,Junhao Lin, Hunter Sims, Chongyun Jiang, Chunxiao Cong, John A. Brehm, ZhaoweiZhang, Lin Niu, Yu Chen, Yao Zhou, Yanlong Wang, Fucai Liu, Chao Zhu, Ting Yu,Kazu Suenaga, Rohan Mishra, Sokrates T. Pantelides, Zhen-Gang Zhu, Weibo Gao,Zheng Liu, and Wu Zhou. Synthesis of Co-Doped MoS2 Monolayers withEnhanced Valley Splitting. Adv. Mater. 2020.
DOI:10.1002/adma.201906536
https://doi.org/10.1002/adma.201906536
12. Nano Energy：本征缺陷誘導單層金屬硫族化合物中彈性勢能波動的自激活
隨著具有獨特性質的二維（2D）石墨烯的發展，2D材料在納米電子和光電子領域的廣泛應用取得了巨大進展。為了進一步彌補石墨烯在超薄2D電子領域的應用，層狀金屬硫族化合物（LMC）成為具有各種性能和應用的層狀2D結構的主導群體。LMCs由金屬元素和硫屬原子組成，具有40多種不同的組合。這些層狀結構通常表現出強共價鍵與弱層內范德華（vDW）相互作用，其在未來功能光電器件具有獨特的潛力。對二維LMCs進行精確的結構識別是決定其獨特的電子和鐵電性質起源的關鍵因素。然而，In2Se3的復雜相變及其對固有缺陷的高靈敏度仍然需要先進的技術來識別非均勻電荷分布引起的面內和面外鐵電性。
基于此，香港理工大學BolongHuang等人進行了全面的理論研究，揭示了模擬掃描隧道顯微鏡（STM）圖像作為工具箱的實驗結果，以區分結構特征。此外，具有主要固有缺陷的α-In2Se3的相應電子聲子行為為解釋不同應用中獨特的面內和面外電子和鐵電性質提供了重要參考，這對優化未來電子器件用超薄二維LMCs材料的生長至關重要。
MingziSun, Bolong Huang. A full picture of intrinsic defects induced self-activationof elastic potential fluctuation within monolayered metal chalcogenide. NanoEnergy 2020, 70, 104530.
DOI:10.1016/j.nanoen.2020.104530
https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2020.104530
