1. Science：觀測一維Wigner晶體
電子之間總是傾向于互相排斥。但當被限制在一個小空間時，電子可以形成有序的晶體狀態，稱為Wigner晶體。觀察Wigner晶體非常棘手，需要在極端條件下進行——低溫和低密度，以及微創探針。最近，以色列魏茨曼科學研究所S. Ilani團隊以單根碳納米管作為研究對象，采用另一根碳納米管作為探針對其電子密度進行成像。結果顯示，所測電子密度與理論預測的一維方向的六電子Wigner晶體是一致的。
圖1. 對強相互作用電子進行成像的實驗平臺。
圖2. 單個限域電子密度分布的真實空間成像。
圖3. 多電子態的差分密度成像。
圖4. 少電子態的多體隧穿。
I. Shapir, A. Hamo, S. Pecker, C. P. Moca, ?. Legeza, G. Zarand, S. Ilani. Imaging the electronic Wigner crystal in one dimension. Science, 2019.
DOI: 10.1126/science.aat0905
https://science.sciencemag.org/content/364/6443/870
2. Science：介電超表面實現超快光脈沖整形
在之前的研究中，納米結構超表面已被研究人員賦予無源光學元件的功能。最近，美國國家標準與技術研究院Amit Agrawal團隊和Henri J. Lezec團隊證明超表面也可作為時變有源光學元件。作者使用介電納米結構陣列形成的超表面，通過控制頻率分量的相位和振幅，實現了近紅外區超快（飛秒級）光脈沖整形。該研究為開發用于時變微型化光學元件的動態超表面提供了一條新的途徑。
圖：利用介電超表面的超快光脈沖整形。
Shawn Divitt, Wenqi Zhu, Cheng Zhang, Henri J. Lezec, Amit Agrawal. Ultrafast optical pulse shaping using dielectric metasurfaces. Science, 2019.
DOI: 10.1126/science.aav9632
https://science.sciencemag.org/content/364/6443/890
3. Nature Mater.：遠場熱發射器的納米光子工程
熱發射是一種普遍存在的基本過程，通過該過程，非零溫度下的所有物體都會輻射電磁能量。 我們通常認為該過程在空間和時間上都不相干，導致朝向遠場的寬帶全向光發射，具有與普朗克定律相關的發射器溫度的譜密度。 在過去的二十年中，在使用納米結構材料設計熱發射光的光譜，方向性，偏振和時間響應方面取得了相當大的進展。 近日，威斯康星大學麥迪遜分校Mikhail A. Kats研究團隊發表長篇綜述，總結了熱發射的基本物理特性，列出了各種納米光子方法來設計遠場熱輻射，并重點介紹了幾種應用，包括能量收集，照明和輻射冷卻。
Baranov, D. G. Kats, M. A. et al. Nanophotonic engineering of far-field thermal emitters. Nature Materials 2019.
DOI:10.1038/s41563-019-0363-y
https://www.nature.com/articles/s41563-019-0363-y
4. 張翔Nature Photonics：單分子層半導體中的能谷光力學
將納米力學與光子學、基于電荷/自旋的電子學相結合的研究，不僅改變了信息技術，而且促進了量子-經典過渡的基礎研究。谷電子學利用電子谷自由度作為一種信息載體，近年來已成為計算和通信領域一個很有前景的平臺。到目前為止，谷電子學主要涉及光電和磁方面的研究。最近，加州大學伯克利分校張翔團隊實現了單分子層MoS2半導體諧振腔的能谷-機械耦合，并將谷信息轉化為機械運動狀態。具體而言，作者利用具有磁場梯度的能谷載流子的磁矩來實現耦合。實驗通過光學手段控制能谷狀態，采用激光干涉法觀測由此產生的機械驅動。在此基礎上，通過調節泵浦激光、磁場梯度和溫度，實現了對能谷-機械相互作用的控制。總之，該工作為實現谷驅器件和雜化谷量子系統打下了基礎。
圖1. 原理圖：單層MoS2的谷控機械運動。
圖2. 單層MoS2組裝的能谷-機械耦合器件。
圖3. 能谷驅動機械運動的實驗觀測。
Hao-Kun Li, King Yan Fong, Hanyu Zhu, Quanwei Li, Siqi Wang, Sui Yang, Yuan Wang & Xiang Zhang. Valley optomechanics in a monolayer semiconductor. Nature Photonics, 2019.
DOI: 10.1038/s41566-019-0428-0
https://www.nature.com/articles/s41566-019-0428-0#article-info
5. Nature Rev. Phys.：斷裂結中的單分子量子輸運現象
單分子結是一種通過兩個電極將單分子進行電連接的裝置，能夠在室溫下研究各類量子輸運現象。這些量子特性與分子軌道和自旋（谷）自由度有關，反映于可通過化學和物理手段調諧的各種能量特征：能級間距、電荷能、隧穿耦合、交換能、振動能和Kondo關聯能。這些不同能量尺度之間的競爭導致了豐富多樣的過程，而現今研究人員也逐漸成功控制和調諧這些過程。在這篇技術評論中，代爾夫特理工大學Herre S. J. van der Zant團隊從量子輸運的角度介紹了分子電子學領域的現狀，重點介紹了近年來使用斷裂結器件(包括掃描探針顯微鏡斷裂結、機械可控斷裂結，電遷移金/石墨烯斷裂結)獲得的實驗結果。
圖：測量技術和輸運機制。
Pascal Gehring, Jos M. Thijssen & Herre S. J. van der Zant. Single-molecule quantum-transport phenomena in break junctions. Nature Reviews Physics, 2019.
DOI: 10.1038/s42254-019-0055-1
https://www.nature.com/articles/s42254-019-0055-1#article-info
6. Nature Electron.：通過觸點轉移制備高質量二維晶體管
2D半導體具有許多有價值的特性，可用于制造新型電子器件。然而，構建具有良好接觸和穩定性能的2D器件十分具有挑戰性。有鑒于此，哥倫比亞大學James T. Teherani團隊發展了一種觸點（由嵌入絕緣六方BN的金屬制成）轉移工藝，結合干式轉移到二維半導體，可以用來制造高質量的二維晶體管。該方法避免了直接蒸鍍引起的損傷，并可完全在手套箱內進行，為制造2D器件提供了一個干凈、穩定和無損傷的平臺。利用這種方法，作者用雙層p型二硒化鎢(WSe2)制作了具有高空穴遷移率和低接觸電阻的場效應晶體管(FETs)。所制造的器件在兩個多月的測試中表現出高電流和穩定性。此外，該工藝的低接觸電阻和潔凈溝道允許創造一個近乎理想的頂柵p-FET，其亞閾值擺幅在290 K下為64 mV/decade。
圖1. 觸點轉移工藝與傳統觸點工藝。
圖2. 觸點轉移工藝搭建的雙層WSe2器件的電學性質（295 K）。
Younghun Jung, Min Sup Choi, Ankur Nipane, Abhinandan Borah, Bumho Kim, Amirali Zangiabadi, Takashi Taniguchi, Kenji Watanabe, Won Jong Yoo, James Hone & James T. Teherani. Transferred via contacts as a platform for ideal two-dimensional transistors. Nature Electronics, 2019.
DOI: 10.1038/s41928-019-0245-y
https://www.nature.com/articles/s41928-019-0245-y
7. 復旦大學Nature Nanotech.：用于光開關邏輯和原位存儲器的小尺寸晶體管
對硅晶體管進行連續尺寸縮小的需求推動了工業發展的戰略。原子厚度的二維材料具有實現高面積效率晶體管的巨大潛力。復旦大學Wei Zhang和Peng Zhou報道了一種基于二維材料的晶體管，可以在單個單元中實現光開關邏輯（OR，AND）計算。與傳統的晶體管工作機制不同，二維材料的邏輯晶體管具有兩個表面溝道。此外，材料厚度可以改變邏輯行為，并靈活地擴展架構。最終在同一設備中實現邏輯計算和數據存儲的原位存儲器。
Liu, C., Chen, H. et al. Small footprint transistor architecture for photoswitching logic and in situ memory. Nat. Nanotechnol., 2019
Doi:10.1038/s41565-019-0462-6.
https://www.nature.com/articles/s41565-019-0462-6
8. 賓夕法尼亞大學Science Adv.：碳摻雜WS2單層：減小帶隙和p型摻雜運輸
化學摻雜構成了改變二維過渡金屬二硫族化物（2D-TMD）的電子，化學和光學性質的有效途徑。賓夕法尼亞大學Saptarshi Das，Susan B. Sinnott和Mauricio Terrones團隊使用等離子體輔助方法將碳氫（CH）單元引入WS2單層。研究發現，CH-基團是最穩定的摻雜劑，可將碳引入WS2，從而導致光學帶隙從1.98 eV降低到1.83 eV。研究表明，CH-基團并入WS2內的S空位，未摻雜的WS2表現出單極n型傳導。然而，隨著碳摻雜水平的增加，CH-WS2單層顯示出p-分支并逐漸變成完全p-型。因此，嵌入WS2晶格的CH基團調控其電子和光學特性。該路線可用于摻雜其他2D-TMD以用于更有效的電子設備。
Zhang, F., Lu, Y. et al. Carbon doping of WS2; monolayers: Bandgap reduction and p-type doping transport. Sci. Adv. 5, eaav5003, 2019
Doi:10.1126/sciadv.aav5003.
https://advances.sciencemag.org/content/5/5/eaav5003
9. Nature Commun.：范德瓦爾斯異質結構中俄歇散射層間激子的上轉換電致發光
影響發光器件操作的載流子 - 載流子相互作用的有趣物理學激發了對高激發載流子密度的半導體結構的研究。通過將載流子電注入到實際和k空間中間接的WSe2 / MoS2 II型異質結構中，我們建立了大量典型的光學靜音層間激子。近日，法國強磁場國家實驗室M. Potemski聯合曼徹斯特大學A. Kozikov揭示了它們的發射光譜，并表明發射能量可以通過施加的電場調節。當通過在WSe2和MoS2之間引入hBN間隔物來抑制輻射復合率來進一步增加群體時，俄歇型和激子 - 激子湮滅過程變得重要。通過觀察上轉換發射來追蹤這些過程，研究人員證明在非輻射俄歇過程中獲得能量的激子可以被回收并且以輻射方式重新組合。
Binder, J. Potemski, M. Kozikov, A. et al. Upconverted electroluminescence via Auger scattering of interlayer excitons in van der Waals heterostructures. Nat. Commun. 2019.
DOI:10.1038/s41467-019-10323-9
https://www.nature.com/articles/s41467-019-10323-9.pdf
10. 哈佛大學&加州伯克利Science Adv.：3D打印！鈣鈦礦納米線-嵌段共聚物墨水
具有高度各向異性光電特性的一維（1D）納米材料是能量收集、柔性電子和生物醫學成像設備的關鍵組件。精確局部控制的成分和取向的納米線的3D圖案化方法將使新的光電器件設計成為可能。哈佛大學Jennifer A. Lewis和加州大學伯克利分校A. Paul Alivisatos團隊開發納米復合材料墨水，并且3D打印出了多種器件。該墨水由懸浮在聚苯乙烯-聚異戊二烯-聚苯乙烯嵌段共聚物基質中的發光的膠體鈣鈦礦（CsPbX3，X = Cl，Br和I）納米線組成。納米線對準由程序化的印刷路徑限定，產生具有高度極化的吸收和發射性質的光學納米復合材料。已經生產了幾種器件以突出該方法的多功能性，包括光學存儲，加密，傳感和全色顯示器。
Zhou, N. et al. Perovskite nanowire–block copolymer composites with digitally programmable polarization anisotropy. Sci. Adv. 5, eaav8141, 2019
Doi:10.1126/sciadv.aav8141.
https://advances.sciencemag.org/content/5/5/eaav8141?rss=1
11. Chem. Soc. Rev.：印刷超級電容器—材料、印刷與應用
未來的電子器件正朝著柔性、便攜和高度集成等方向發展，超級電容器憑借著優異的功率密度、穩定性和循環壽命而受到了廣泛關注。印刷電子技術代表了超級電容器制造業的一種范式轉變，它為具有新型想結構（微結構、非對稱結構、柔性結構等）的超級電容器提供了一系列簡單、低成本、省時、多功能和環保的制造技術，從而為其在未來電子產品中電容醫用釋放出全部潛力。在本綜述中，南京郵電大學Wenyong Lai與西北工業大學Wei Huang等人首先對印刷超級電容器的結構特征進行了簡介，然后對包括電極、電解質、集流體和基底在內的相關材料進行了總結概括，然后作者討論了通過調控印刷技術對印刷超級電容器進行性能優化的策略。最后，作者對該領域的發展進行了總結與展望。
Yizhou Zhang, Wenyong Lai, Wei Huang et al, Printed supercapacitors: materials, printing and applications, Chem. Soc. Rev.,2019
DOI: 10.1039/C7CS00819H
https://pubs.rsc.org/en/Content/ArticleLanding/2019/CS/C7CS00819H#!divAbstract
12. Ali Morsali/周宏才Angew綜述：金屬-有機骨架“開關”的研究
近年來，金屬-有機框架(MOFs)由于其可調的孔隙結構和由不同有機連接體和金屬結構單元(SBUs)設計而來的幾乎無限的結構多樣性而成為研究熱點。最近科學家面臨的巨大挑戰包括可切換的MOFs及其相應的應用。可切換MOFs是一種智能材料，當暴露于外部刺激時，其結構會發生明顯的、可逆的化學變化，具有重要的技術適用性。雖然切換過程與靈活性有相似之處，但是專門針對切換的研究非常有限，而大量的研究報告和綜述都傾向于研究MOFs中的靈活性。有鑒于此，近日，塔比阿特莫達勒斯大學Ali Morsali與德州農工大學周宏才團隊合作，對可切換MOFs的特性和設計進行了總結。根據切換產生的原因：光、自旋交叉(SCO)、氧化還原、溫度和潤濕性對切換活性進行了描述。
Fahime Bigdeli, Christina T. Lollar, Ali Morsali*, Hong-Cai Zhou*. A Study on Switching in Metal-Organic Frameworks. Angew. Chem. Int. Ed., 2019
DOI: 10.1002/anie.201900666
