1. 羅徹斯特大學(xué)Nature Nanotech.：基于應(yīng)變的室溫非揮發(fā)性MoTe2鐵電相變晶體管
目前，幾乎所有晶體管的主要操作機(jī)制依賴于半導(dǎo)體溝道中的電場(chǎng)效應(yīng)，以將其導(dǎo)電性從導(dǎo)通“導(dǎo)通”狀態(tài)調(diào)節(jié)到非導(dǎo)通“截止”狀態(tài)。隨著晶體管繼續(xù)縮小以提高計(jì)算性能，納米級(jí)場(chǎng)效應(yīng)操作的物理限制開(kāi)始引起不可避免的漏電，這對(duì)計(jì)算性能是不利的。美國(guó)羅徹斯特大學(xué)Stephen M. Wu采用了一種全新的操作機(jī)制。通過(guò)薄膜和鐵電體的納米級(jí)應(yīng)變工程，過(guò)渡金屬二硫化物MoTe2可以在場(chǎng)效應(yīng)晶體管幾何結(jié)構(gòu)中，通過(guò)1T'-MoTe2（半金屬）相與半導(dǎo)體MoTe2之間的電場(chǎng)誘導(dǎo)應(yīng)變可逆地切換。這種用于晶體管切換的替代機(jī)制避開(kāi)了傳統(tǒng)場(chǎng)效應(yīng)晶體管中的所有靜態(tài)和動(dòng)態(tài)功耗問(wèn)題。研究人員在室溫下實(shí)現(xiàn)了溝道電導(dǎo)率的大的非易失性變化（Gon/Goff≈107對(duì)比對(duì)照組中的Gon/Goff≈0.04）。鐵電器件有可能在atoujoule/bit級(jí)別達(dá)到亞納秒級(jí)非易失性應(yīng)變切換，可應(yīng)用于超快低功耗非易失性邏輯和存儲(chǔ)器。
Hou, W., Azizimanesh, A. et al. Strain-based room-temperature non-volatile MoTe2 ferroelectric phase change transistor. Nat. Nanotechnol., 2019
Doi:10.1038/s41565-019-0466-2.
https://www.nature.com/articles/s41565-019-0466-2
2. Nature Photonics：用于無(wú)透鏡近場(chǎng)光學(xué)納米檢測(cè)的高效率納米聚焦
近場(chǎng)掃描光學(xué)顯微鏡探頭，特別是高分辨率探頭，需要復(fù)雜的光學(xué)器件，但只能集中少于10-3的入射光，這限制了其應(yīng)用。加州大學(xué)河濱分校Ming Liu 和 Ruoxue Yan等人報(bào)道了一種兩步順序?qū)拵Ъ{米聚焦技術(shù)，在光纖耦合納米線掃描探針的幾乎所有可見(jiàn)光范圍內(nèi)具有約50％的外部納米聚焦效率，該探針能夠進(jìn)行光傳輸和光譜收集，具有納米級(jí)空間分辨率。通過(guò)將其與便攜式掃描隧道顯微鏡相結(jié)合，展示了無(wú)透鏡尖端增強(qiáng)拉曼光譜，并實(shí)現(xiàn)了1 nm的空間分辨率?；诠饫w的納米聚焦技術(shù)提供的高性能和廣泛的多功能性，這使得納米光學(xué)顯微鏡易于結(jié)合到各種現(xiàn)有的測(cè)量平臺(tái)。
Kim, S., Yu, N. et al. High external-efficiency nanofocusing for lens-free near-field optical nanoscopy. Nat. Photonics, 2019
Doi:10.1038/s41566-019-0456-9.
https://www.nature.com/articles/s41566-019-0456-9
3. Nature Commun.：原子范德華異質(zhì)結(jié)構(gòu)的多鐵性
同時(shí)具有鐵磁性和鐵電性的材料 - 多鐵性 - 有望控制不同的鐵電序，從而導(dǎo)致微波磁電應(yīng)用和下一代自旋電子學(xué)的技術(shù)進(jìn)步。單相多鐵性受到兩種鐵質(zhì)體所施加的相反d軌道占據(jù)的挑戰(zhàn)，并且非均質(zhì)納米復(fù)合材料多鐵性要求成分與所得多鐵性僅在材料間邊界處的結(jié)構(gòu)相容性。近日，加州大學(xué)伯克利分校Xiang Zhang聯(lián)合蔚山國(guó)立科學(xué)技術(shù)研究院Ceunsik Lee通過(guò)堆疊鐵磁性Cr2Ge2Te6和鐵電In2Se3的原子層來(lái)提出二維異質(zhì)結(jié)構(gòu)多鐵性，從而實(shí)現(xiàn)全原子多鐵性。通過(guò)第一性原理密度泛函理論計(jì)算，研究人員發(fā)現(xiàn)當(dāng)In2Se3反轉(zhuǎn)其極化時(shí)，Cr2Ge2Te6的磁性被切換，并且相應(yīng)地In2Se3由于鄰近效應(yīng)而變成可切換的磁性半導(dǎo)體。這種前所未有的多鐵性對(duì)偶性（即可切換的鐵磁體和可切換的磁性半導(dǎo)體）使得兩層都能用于邏輯應(yīng)用。范德瓦爾斯異質(zhì)結(jié)構(gòu)多鐵性為探索基于人工超晶格的低維磁電物理和自旋電子應(yīng)用打開(kāi)了大門。
Gong, C. Lee, C. Zhang, X. et al. Multiferroicity in atomic van der Waals heterostructures. Nat. Commun. 2019.
DOI:10.1038/s41467-019-10693-0
https://www.nature.com/articles/s41467-019-10693-0.pdf
4. 吳長(zhǎng)征JACS：具有二維超導(dǎo)性的立方ZrN單晶薄膜
自支撐的二維（2D）晶體具有高晶體質(zhì)量和宏觀連續(xù)性。目前研究主要限于范德華（vdW）層狀材料，而關(guān)于如何從非層狀塊狀晶體獲得2D材料的研究鮮有報(bào)道。中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)吳長(zhǎng)征團(tuán)隊(duì)報(bào)道了vdW立方ZrN單晶的合成，并研究了受限電子在穩(wěn)定二維極限的原子結(jié)構(gòu)中的重要作用。此外，剝離的幾納米厚ZrN單晶膜表現(xiàn)出新興的2D超導(dǎo)性，與Pauli順磁極限之外的非常規(guī)上臨界場(chǎng)的尺寸交叉效應(yīng)。該研究表明了尺寸受限的超導(dǎo)體的配對(duì)機(jī)制中的尺寸效應(yīng)。
Guo, Y., Peng, J. et al. Freestanding Cubic ZrN Single-crystalline Films with Two-dimensional Superconductivity. J. Am. Chem. Soc., 2019
Doi:10.1021/jacs.9b05114.
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.9b05114
5. UNC最新JACS：2D供體-受體異質(zhì)結(jié)構(gòu)中的準(zhǔn)鍵
調(diào)控原子間距離是材料設(shè)計(jì)中最重要的方案之一，然而，控制2D材料堆疊中的層間距離仍然是一個(gè)挑戰(zhàn)。北卡羅來(lái)納大學(xué)教堂山分校Scott C. Warren課題組研究了堆疊電子駐極體（一種新型的電子供給2D材料）與其他2D材料。所得的供體-受體異質(zhì)結(jié)構(gòu)的層間距離小于范德華（vdW）層狀材料，但比共價(jià)鍵或離子鍵高1?。這就產(chǎn)生一類具有普通化學(xué)鍵和范德華相互作用特征的準(zhǔn)鍵（quasi-bonds）。研究發(fā)現(xiàn)，準(zhǔn)鍵具有可調(diào)極性和強(qiáng)度，2D供體-受體異質(zhì)結(jié)構(gòu)的幾種特性，包括超潤(rùn)滑性、超低功函數(shù)以及提高鋰離子電池電壓。
Woomer, A. H., Druffel, D. L., Sundberg, J. D., Pawlik, J. T. & Warren, S. C. Bonding in 2D donor-acceptor heterostructures. J. Am. Chem. Soc., 2019
Doi:10.1021/jacs.9b03155.
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.9b03155
6. 南洋理工大學(xué)AM：溶液制備的PbI2，用于太赫茲光子器件的超快全光開(kāi)關(guān)
溶液處理的碘化鉛（PbI2）具有獨(dú)特的光學(xué)和超敏感光響應(yīng)特性，而這些特性尚未完全開(kāi)發(fā)。南洋理工大學(xué)Tze Chien Sum和Ranjan Singh等人研究了溶液處理的PbI2薄膜的光物理和超快載流子動(dòng)力學(xué)。開(kāi)發(fā)出了一種PbI2集成的超材料光子器件，具有可切換的皮秒時(shí)間響應(yīng)和極低的光激發(fā)能量。研究表明，對(duì)于不同厚度的PbI2薄膜，明顯限制太赫茲場(chǎng)引起的靈敏度和超材料共振的切換時(shí)間。同時(shí)，PbI2也可應(yīng)用于其他的光學(xué)可切換光子器件。
Manjappa, M., Solanki, A., Kumar, A., Sum, T. C., Singh, R., Solution‐Processed Lead Iodide for Ultrafast All‐Optical Switching of Terahertz Photonic Devices. Adv. Mater. 2019, 1901455.
https://doi.org/10.1002/adma.201901455
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201901455
7. AM綜述：原位透射電鏡用于能源材料和器件研究
可充電電池、燃料電池和太陽(yáng)能電池等能源設(shè)備是為可再生、移動(dòng)和電氣化的未來(lái)提供動(dòng)力的核心。要發(fā)展這些裝置，需要對(duì)與能量轉(zhuǎn)換過(guò)程相關(guān)的復(fù)雜化學(xué)反應(yīng)、物質(zhì)轉(zhuǎn)換和電流有基本的了解。原位透射電子顯微鏡(TEM)是一種強(qiáng)大的工具，可在原子尺度上原位直接可視化這些復(fù)雜的過(guò)程。近日，深圳大學(xué)Yumeng Shi，加州大學(xué)洛杉磯分校黃昱、段鑲鋒，燕山大學(xué)Jianyu Huang等多團(tuán)隊(duì)合作，綜述了原位TEM在能源材料和器件方面的應(yīng)用最新進(jìn)展。作者首先綜述了利用TEM研究納米電池從開(kāi)路電池結(jié)構(gòu)到閉路電池結(jié)構(gòu)再到全電池結(jié)構(gòu)的演化過(guò)程。然后利用原位TEM探究了在實(shí)際運(yùn)行環(huán)境中的充電離子電池，以及應(yīng)用原位TEM直接觀察電催化劑形成、演變等。最后，介紹了TEM和冷凍電鏡在探測(cè)清潔能源材料方面的最新進(jìn)展，并討論了能源材料和器件原位TEM研究中出現(xiàn)的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。
Zheng Fan, Yumeng Shi,* Jianyu Huang,* Yu Huang,* Xiangfeng Duan*, et al. In Situ Transmission Electron Microscopy for Energy Materials and Devices. Adv. Mater. 2019,
DOI: 10.1002/adma.201900608
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201900608
8. Angew：受生物啟發(fā)的自發(fā)可再生水凝膠
海綿動(dòng)物的再生能力很強(qiáng)，在被分解成無(wú)數(shù)塊后，還可以恢復(fù)到原來(lái)的樣子，并能夠自動(dòng)恢復(fù)自身的功能。具有類似這種性能的材料一直以來(lái)都是科研人員所期待的，但卻很難實(shí)現(xiàn)。有鑒于此，深圳大學(xué) Liu Zhou、Han Zhang、Tiantian Kong等人制備出了一種受海綿動(dòng)物啟發(fā)的可再生粒狀粉末，通過(guò)簡(jiǎn)單的水化作用，這些粉末可以再生成具有機(jī)械性能的雙網(wǎng)狀水凝膠。粉末到凝膠的轉(zhuǎn)化可以重復(fù)多次，反之亦然。在多次再生循環(huán)過(guò)后仍然能夠保持再生能力和機(jī)械性能，這高度類似于海綿動(dòng)物的再生。該策略使雙網(wǎng)狀水凝膠在儲(chǔ)存和成型方面具有顯著的優(yōu)勢(shì)。這項(xiàng)工作對(duì)涂料和粘合劑再生材料的開(kāi)發(fā)具有一定的指導(dǎo)意義。
Gang Qu,Yang Li,Yafeng Yu,Yuxing Huang,Wei Zhang,Liu Zhou*,Han Zhang*,Tiantian Kong*. Bio‐inspired spontaneously regenerative tough hydrogels. Angew. Chem. Int. Ed., 2019
DOI：10.1002/anie.201904932
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201904932
9. Optics Letters：?jiǎn)螌覯oS2與等離子體Au納米天線的超快非線性吸收增強(qiáng)
單層過(guò)渡金屬硫族化物，如MoS2，雖然有著獨(dú)特的激子特性和強(qiáng)的光與物質(zhì)相互作用，但是，其非線性吸收(NLA)仍然不夠強(qiáng)，不能直接用于光開(kāi)關(guān)、超短脈沖產(chǎn)生、光限幅等應(yīng)用中。因此，對(duì)其非線性吸收特性的提升仍有著很大的需求。近期，國(guó)防科技大學(xué)江天聯(lián)合湖南大學(xué)段輝高通過(guò)將單層MoS2材料與周期金納米天線構(gòu)成異質(zhì)結(jié)，對(duì)非線性吸收增強(qiáng)進(jìn)行了微區(qū) I掃描實(shí)驗(yàn)研究，并結(jié)合微區(qū)超快泵浦探測(cè)技術(shù)對(duì)其增強(qiáng)機(jī)理進(jìn)行了研究。具體來(lái)說(shuō)，其線性吸收系數(shù)在1.85 eV時(shí)增長(zhǎng)為之前的13倍，雙光子吸收系數(shù)在1.65 eV時(shí)增長(zhǎng)8倍，吸收的增強(qiáng)是由于激子-等離激元耦合共振和熱電子轉(zhuǎn)移引起的。1. 研究人員通過(guò)穩(wěn)定的光致發(fā)光實(shí)驗(yàn)證明了激子-等離激元的耦合效應(yīng)。2. 此外，研究人員通過(guò)超快光譜測(cè)量，發(fā)現(xiàn)激子壽命從18.5 ps(純MoS2)縮短到了1.84 ps（異質(zhì)結(jié)），熱電子轉(zhuǎn)移導(dǎo)致的激子壽命縮短會(huì)有效的增強(qiáng)非線性吸收過(guò)程。該發(fā)現(xiàn)為調(diào)制非線性光學(xué)響應(yīng)和提高非線性光子器件的性能提供了一個(gè)新的方向。
Miao, R. Duan, H. Jiang, T. et al. Ultrafast nonlinear absorption enhancement of monolayer MoS2 with plasmonic Au nanoantennas. Optics Letters 2019.
DOI:10.1364/OL.44.003198
https://www.osapublishing.org/ol/abstract.cfm?uri=ol-44-13-3198
