1. EPFL 最新Nat. Nanotech.：超薄金屬態(tài)PtSe2中的缺陷誘導(dǎo)和層調(diào)制磁性
缺陷在固體中普遍存在，并且經(jīng)常引入原始材料中不存在的新特性。這些晶體缺陷提供的機(jī)會(huì)之一是外在誘導(dǎo)的遠(yuǎn)程磁性排序，這是理論研究的長(zhǎng)期主題。固有的二維（2D）磁性材料因其獨(dú)特的性質(zhì)而受到越來越多的關(guān)注，其中包括依賴于層的磁性和電場(chǎng)調(diào)制。然而，將磁性吸引到其他非磁性2D材料中仍然是一個(gè)挑戰(zhàn)。洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院的Ahmet Avsar和Andras Kis團(tuán)隊(duì)研究了超薄PtSe2晶體的磁傳輸特性，并顯示出意想不到的磁性。研究表明，存在鐵磁或反鐵磁基態(tài)排序，這取決于這種超薄材料中的層數(shù)。施加~25 mT磁場(chǎng)時(shí)器件電阻的變化高達(dá)400 Ω，磁阻值為5％。理論計(jì)算表明，由Pt空位的存在引起的表面磁性和穿過PtSe2的超薄膜的Ruderman-Kittel-Kasuya-Yosida（RKKY）交換耦合是觀察到的層依賴性磁性的原因。鑒于二維材料中存在這種不可避免的與生長(zhǎng)有關(guān)的空位，該發(fā)現(xiàn)可以將二維鐵磁體的范圍擴(kuò)大到原本會(huì)被忽視的材料中。
Defect induced, layer-modulated magnetism in ultrathin metallic PtSe2，Nature Nanotechnology，2019
https://www.nature.com/articles/s41565-019-0467-1
2. Nature Electronics：超薄氟化鈣絕緣體，用于二維場(chǎng)效應(yīng)晶體管
二維半導(dǎo)體可用于制造規(guī)模化的場(chǎng)效應(yīng)晶體管和超過摩爾納米電子器件。 前提是必須有適當(dāng)?shù)臇艠O絕緣體可以擴(kuò)展到納米范圍。然而，通常使用的氧化物如SiO2、Al2O3和HfO2是非晶的，不具有可擴(kuò)展性；同時(shí)2D六方氮化硼表現(xiàn)出過多的柵極漏電流。奧地利維也納微電子研究所Yury Yu. Illarionov 和Tibor Grasser等人研究表明，外延氟化鈣（CaF2），可以形成與2D半導(dǎo)體的準(zhǔn)范德華界面，可以作為2D器件的超薄柵極絕緣體?；诖?，制備的可擴(kuò)展的雙層MoS2場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其中CaF2絕緣體厚度約2 nm，其對(duì)應(yīng)于小于1 nm的等效氧化物厚度。該器件具有低漏電流和優(yōu)異的器件性能特性，包括低至90 mV dec-1的亞閾值擺幅，高達(dá)107的開/關(guān)電流比和較小回滯。
Illarionov, Y. Y., Banshchikov, A. G. et al. Ultrathin calcium fluoride insulators for two-dimensional field-effect transistors. Nature Electronics, 2019
Doi:10.1038/s41928-019-0256-8.
https://www.nature.com/articles/s41928-019-0256-8
3. Nature Communications：彈性納米粒子介導(dǎo)的力驅(qū)動(dòng)的可逆氣-液相變
在納米孔材料中的納米封閉空間內(nèi)，往往會(huì)產(chǎn)生異常的物理化學(xué)現(xiàn)象。盡管包括金屬-有機(jī)骨架在內(nèi)的大多數(shù)納米孔材料具有很好的機(jī)械強(qiáng)度，但是石墨烯基納米孔材料具有顯著的彈性，就像納米海綿一樣，能夠在力驅(qū)動(dòng)下實(shí)現(xiàn)客體分子的液-氣相變。有鑒于此，日本東北大學(xué)Hirotomo Nishihara和日本信州大學(xué)Hideki Tanaka等人發(fā)現(xiàn)納米海綿介導(dǎo)的力驅(qū)動(dòng)的液相-氣相轉(zhuǎn)變，可能適用于高效率的熱量管理。與形狀記憶金屬中力驅(qū)動(dòng)的固-固相變相反，納米海綿的壓縮和自由膨脹可以分別在蒸發(fā)時(shí)提供冷卻以及冷凝時(shí)提供加熱。該機(jī)理可應(yīng)用于H2O、醇類等綠色制冷劑，其有效潛伏熱至少可達(dá)到192 kJ kg?1。使用這種納米材料的冷卻系統(tǒng)可以通過降低納米材料的楊氏模量來獲得高的性能系數(shù)。
Keita Nomura, Hirotomo Nishihara, Masanori Yamamoto, Atsushi Gabe, Masashi Ito, Masanobu Uchimura, Yuta Nishina, Hideki Tanaka, Minoru T. Miyahara & Takashi Kyotani. Force-driven reversible liquid–gas phase transition mediated by elastic nanosponges. Nature Communications. 2019
DOI: 10.1038/s41467-019-10511-7
https://www.nature.com/articles/s41467-019-10511-7
4. 廈門大學(xué)Sci. Adv.：強(qiáng)電場(chǎng)選擇性調(diào)控特定化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)速率
單分子裂結(jié)技術(shù)能夠直接觀察單個(gè)分子的反應(yīng)路徑和中間態(tài)，有望通過定向外部電場(chǎng)(OEEFs)實(shí)現(xiàn)對(duì)單個(gè)分子乃至單個(gè)化學(xué)反應(yīng)的操縱和調(diào)控。然而從實(shí)驗(yàn)上實(shí)現(xiàn)單分子尺度上實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和調(diào)控化學(xué)反應(yīng)的活性和選擇性仍具有挑戰(zhàn)。近日，廈門大學(xué)洪文晶，程俊，劉俊揚(yáng)等多團(tuán)隊(duì)合作，自主研發(fā)精密科學(xué)儀器，將單個(gè)有機(jī)分子定向連接在兩個(gè)末端尺寸為原子級(jí)的電極之間，解決了化學(xué)反應(yīng)中分子取向控制的問題，通過電極對(duì)單個(gè)分子施加了高達(dá)108~9 V/m的定向電場(chǎng)和對(duì)反應(yīng)的分子計(jì)數(shù)，精確測(cè)量了兩步連續(xù)反應(yīng)中每步的反應(yīng)速率。在納米尺度反應(yīng)器內(nèi)，若施加電場(chǎng)于反應(yīng)軸垂直，電場(chǎng)對(duì)化學(xué)反應(yīng)沒有影響；如果電場(chǎng)在反應(yīng)軸方向有分量，電場(chǎng)可以使反應(yīng)速率提升超過一個(gè)數(shù)量級(jí)。理論計(jì)算結(jié)果證實(shí)了定向電場(chǎng)可以有效地穩(wěn)定化學(xué)反應(yīng)的過渡態(tài)，從而降低反應(yīng)能壘。
Xiaoyan Huang, Chun Tang, Jieqiong Li, Li-Chuan Chen, Junyang Liu,* Jun Cheng,* Wenjing Hong,* et al. Electric field–induced selective catalysis of single-molecule reaction. Sci. Adv., 2019
DOI: 10.1126/sciadv.aaw3072
https://advances.sciencemag.org/content/5/6/eaaw3072
5. Nature Communications：一種用于聲音識(shí)別的超薄振動(dòng)響應(yīng)電子皮膚
為了開發(fā)可穿戴語音識(shí)別電子設(shè)備，柔性、可連接到皮膚上的振動(dòng)傳感器一直是科研人員研究的熱點(diǎn)。然而，開發(fā)具有平坦的頻率響應(yīng)，高靈敏度的振動(dòng)傳感器來準(zhǔn)確識(shí)別人類的聲音是目前面臨的主要挑戰(zhàn)。有鑒于此，韓國浦項(xiàng)科技大學(xué)Kilwon Cho以及Yoonyoung Chung等人提出了一個(gè)超薄的，可以實(shí)現(xiàn)振動(dòng)響應(yīng)的電子皮膚，可以用來檢測(cè)與聲音壓力直接相關(guān)的皮膚加速度。該裝置由交聯(lián)超薄聚合物薄膜和孔狀膜片結(jié)構(gòu)組成，對(duì)語音展現(xiàn)出優(yōu)異的靈敏度。此外,這種超薄設(shè)備(< 5μm)展現(xiàn)出優(yōu)異的皮膚貼合性，使語音識(shí)別更精確。該設(shè)備適可以用于多種語音識(shí)別系統(tǒng)，如安全認(rèn)證、遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)等。
Siyoung Lee, Junsoo Kim, Inyeol Yun, Geun Yeol Bae, Daegun Kim, Sangsik Park, Il-Min Yi, Wonkyu Moon, Yoonyoung Chung & Kilwon Cho. An ultrathin conformable vibration-responsive electronic skin for quantitative vocal recognition. Nature Communications. 2019
DOI: 10.1038/s41467-019-10465-w
https://www.nature.com/articles/s41467-019-10465-w
6. 武漢理工大學(xué)AM綜述：可拉伸透明導(dǎo)體：從微/宏觀力學(xué)到應(yīng)用
可拉伸透明導(dǎo)體（STC）通常由導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)和可拉伸透明彈性體組成，即使在大的拉伸應(yīng)變下也能保持穩(wěn)定的導(dǎo)電性和透明性。STC是可伸縮/可穿戴電子設(shè)備中必不可少的部件，適用于不規(guī)則的3D表面。武漢理工大學(xué)Jianguo Guan團(tuán)隊(duì)概述了導(dǎo)電元件-基底相互作用與導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的系統(tǒng)相關(guān)性，以及STC的特性和器件應(yīng)用。首先，STC是用于拉伸基板上的導(dǎo)電元件的微觀力學(xué)，包括機(jī)械不匹配、界面剪切應(yīng)力的分布/水平，以及導(dǎo)電元件在基底上的變形行為。然后，從滲透網(wǎng)絡(luò)的滑動(dòng)/優(yōu)選取向，彎曲結(jié)構(gòu)的展開，以及納米網(wǎng)格的單位晶胞畸變/分布式破裂，進(jìn)一步說明用于在基底上拉伸導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的宏觀機(jī)械。最后，總結(jié)了結(jié)構(gòu)相關(guān)的特性以及STC的最新應(yīng)用。
Chen, Z. H., Fang, R., Li, W., Guan, J., Stretchable Transparent Conductors: from Micro/Macromechanics to Applications. Adv. Mater. 2019, 1900756. https://doi.org/10.1002/adma.201900756
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.201900756
7. 馬里蘭大學(xué)AM：分離出10μm長(zhǎng)的單壁碳納米管
單壁碳納米管(SWCNTs)是一類具有優(yōu)異的電學(xué)和光學(xué)性能的一維納米材料。然而，它們的許多基礎(chǔ)研究和實(shí)際應(yīng)用都因樣品的多分散性而受阻。近日，馬里蘭大學(xué)YuHuang Wang等多團(tuán)隊(duì)合作，發(fā)現(xiàn)可以通過溶液相“自排序”從短的SWCNTs中分離出超長(zhǎng)(> 10μm)的 SWCNTs。機(jī)理研究表明，這種自排序分離是由剛性棒的長(zhǎng)度依賴溶液相行為驅(qū)動(dòng)的。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，用分離的長(zhǎng)半導(dǎo)體SWCNTs制備薄膜晶體管載流子遷移率高達(dá)90 cm2 V?1 s?1，高出短半導(dǎo)體SWCNTs的10倍，且遠(yuǎn)超過其它已知的有機(jī)半導(dǎo)體材料，如聚合物(< 1 cm2 V?1 s?1)，非晶硅(≈1 cm2 V?1 s?1)和納米晶體硅(≈50 cm2 V?1 s?1)。
Peng Wang, YuHuang Wang*, et al. Self‐Sorting of 10‐μm‐Long Single‐Walled Carbon Nanotubes in Aqueous Solution. Adv. Mater. 2019,
DOI: 10.1002/adma.201901641
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201901641
8. 東京大學(xué)AM綜述：快速發(fā)展的石墨炔世界
石墨炔(GDY)，石墨烯的二維同素異形體，于2010年首次合成，作為一種新型的低維碳材料而受到廣泛關(guān)注。近日，東京大學(xué)Ryota Sakamoto，Hiroshi Nishihara團(tuán)隊(duì)合作，調(diào)查了有關(guān)GDYs的文獻(xiàn)，綜述了石墨烯的發(fā)展歷史，包括與二維石墨炔碳的關(guān)系和年度出版趨勢(shì)。GDY是由分子單體六乙炔基苯編織而成的分子基納米片，它是由下向上法合成的，這就使得可以通過單體設(shè)計(jì)來改變GDY。作者還介紹了GDY及其合成方法。π共軛電子結(jié)構(gòu)是GDY和石墨烯的重要特性，而sp和sp2碳的共存是GDY不同于石墨烯的地方。這種差異產(chǎn)生了獨(dú)特的物理性質(zhì)，如高導(dǎo)電性和大的載流子遷移率。作者對(duì)這些性質(zhì)的理論和實(shí)驗(yàn)研究進(jìn)行了詳細(xì)的描述。并對(duì)GDYs可能的應(yīng)用做了假設(shè)，包括電催化劑和能源設(shè)備。最后，討論了GDY潛在的用途。
Ryota Sakamoto,* Hiroshi Nishihara*, et al. The Accelerating World of Graphdiynes. Adv. Mater. 2019,
DOI: 10.1002/adma.201804211
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201804211
9. AM綜述：用于近紅外光調(diào)控的納米換能器
光調(diào)節(jié)，即利用光來遠(yuǎn)程控制生物事件，它提供了一種精確的方法來解決生物學(xué)和醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的諸多問題。然而，這一方法往往受限于紫外/可見光的有限的組織穿透和光毒性等問題，而生物友好的近紅外(NIR)光具有較好的組織穿透效果，因此也更加適合應(yīng)用于光調(diào)節(jié)。但是由于目前很少有內(nèi)源性生物分子可以在近紅外區(qū)進(jìn)行吸收或發(fā)射，因此開發(fā)可以將近紅外光轉(zhuǎn)化為可調(diào)控生物事件的光的分子換能器就至關(guān)重要。而能夠?qū)⒔t外光轉(zhuǎn)化為紫外/可見光、熱或自由基的光學(xué)納米材料就非常適合這一類研究。新加坡南洋理工大學(xué)浦侃裔教授團(tuán)隊(duì)綜述了近年來納米光學(xué)傳感器在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用進(jìn)展；重點(diǎn)介紹了納米換能器的設(shè)計(jì)原理以及其在神經(jīng)活動(dòng)的光調(diào)控、基因表達(dá)、視覺系統(tǒng)以及光化學(xué)組織鍵合等新興領(lǐng)域當(dāng)中的應(yīng)用；最后討論了該領(lǐng)域目前面臨的挑戰(zhàn)和未來的展望。
Jingchao Li, Kanyi Pu. et al. Nanotransducers for Near-Infrared Photoregulation in Biomedicine. Advanced Materials. 2019
DOI: 10.1002/adma.201901607
https://doi.org/10.1002/adma.201901607
10. 廈門大學(xué)Angew：非傳統(tǒng)價(jià)鍵體系的量子干涉
量子效應(yīng)對(duì)于單分子器件的性能具有重要影響。近年來，作為納米尺度的獨(dú)特效應(yīng)的單分子尺度量子干涉效應(yīng)得到了高度關(guān)注，但是之前的大部分研究均是基于傳統(tǒng)兩中心-兩電子的價(jià)鍵體系。在這些體系中，量子干涉效應(yīng)被證明可以通過p鍵或s鍵的電荷輸運(yùn)所實(shí)現(xiàn)。而在這兩種化學(xué)鍵之外，量子干涉是否存在以及如何存在是一個(gè)重要但一直未解決的科學(xué)問題。近日，廈門大學(xué)洪文晶，夏海平等多團(tuán)隊(duì)合作，通過單分子電導(dǎo)測(cè)量技術(shù)研究了基于三中心-兩電子鍵的碳硼烷分子，首次在這一非傳統(tǒng)價(jià)鍵體系觀測(cè)到量子干涉效應(yīng)，并發(fā)現(xiàn)這一體系表現(xiàn)出比傳統(tǒng)價(jià)鍵體系更顯著的量子干涉特征。該工作不僅拓展了具有量子干涉的分子體系豐富性，而且為非傳統(tǒng)價(jià)鍵體系的量子干涉研究提供了重要參考。
Chun Tang, Lijue Chen, Haiping Xia*, Wenjing Hong*, et al. Multicenter Bonds Based Quantum Interference in the Charge Transport Through Single‐Molecule Carborane Junctions. Angew. Chem. Int. Ed., 2019
DOI: 10.1002/anie.201904521
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.201904521
