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材料名稱：多晶單層二硫化鉬

研究團隊：美國西北大學Hersam研究組

憶阻器是開發出來用于非易失性電阻式隨機存取存儲器的雙端無源電路元件，并且也可用于神經形態計算。憶阻器比閃存具有更高的耐用性和更快的讀寫速度，并且可以提供多位數據存儲。然而，盡管已經證明了雙端憶阻器具有用作基礎神經功能的能力，但人腦中的突觸超過了神經元的千倍以上，這意味著需要多端憶阻器來執行復雜功能，例如異質突觸可塑性。先前的試圖超越雙端憶阻器（例如三端子 Widrow-Hoff 憶阻器和具有納米離子門或浮柵的場效應晶體管）在晶體管中沒有實現憶阻切換。Sangwan 等人報導了通過在可擴展制造工藝中使用多晶單層二硫化鉬（MoS2），實驗實現了多端混合憶阻器和晶體管（即，記憶晶體管）。二維 MoS2 晶體管在單個電阻狀態下的柵極可調性提高了四個數量級，并且開關比大，循環耐久性高，且可以長期保持狀態。除了長期加強/抑制的常規神經學習行為之外，六端 MoS2 記憶晶體管具有可調節柵極功能的異質突觸功能，這是使用兩端憶阻器無法實現的。例如，通過將電壓脈沖施加到調制終端，一對浮動電極（前突觸和后突觸神經元）之間的電導變化可以達到約 10 倍。原位掃描探針顯微鏡、低溫電荷傳輸測量和器件模擬表明，偏置引起的 MoS2 缺陷的變化通過動態改變 Schottky 勢壘高度驅動了電阻切換。總體而言，將憶阻器和晶體管無縫集成到一個多端子器件中可以實現復雜的神經形態學習以及二維材料中缺陷動力學物理的研究。（Nature  DOI: 10.1038/nature25747） 

材料名稱：氮化硅微諧振器

研究團隊：德國卡爾斯魯厄理工學院（KIT）Koos和瑞士洛桑聯邦理工學院Kippenberg聯合研究組

光檢測和測距被廣泛使用在科學和工業中。在過去的十年中，光梳被證明具有光學測距的優勢，使得能夠實現高精度的快速距離采集。在工業傳感、無人機導航或自動駕駛等新興大量應用的推動下，現在對緊湊型測距系統的需求日益增長。Trocha 等人展示了在集成氮化硅微諧振器中生成孤子 Kerr 梳，這為高性能芯片尺寸測距系統提供了一條途徑。Trocha 等人演示了艾倫方差低至 12 納米的雙梳距離測量，即平均時間 13 微秒采集速率 100 兆赫下的超快測距，這使得能夠對以 150 米每秒移動的飛行中的槍射彈進行采樣。將集成的孤子梳測距系統與芯片級納米光子相控陣列相結合，可以為新興的大規模應用實現緊湊型超快測距系統。（Science  DOI: 10.1126/science.aao3924）

材料名稱：納米結構范德華材料，如：六方氮化硼

研究團隊：西班牙Hillenbrand研究組

具有強各向異性光學性質的超表面可以支持深度亞波長尺度的受限電磁波（極化波），這為光子和光電子應用中的光控制提供了機會。Li 等人通過納米結構化六面體氮化硼的薄層開發出中紅外雙曲超表面，該薄層支持深度亞波長尺度的聲子極化激元，其與面內雙曲色散一起傳播。通過應用紅外納米成像技術，可以看到發散極化聲子束的凹（不規則）波前，這正代表了雙曲極化聲子的標志性特征。這些結果闡明了近場顯微鏡如何應用于揭示各向異性材料中極化聲子的外來波前，并證明納米結構的范德華材料可以為雙曲紅外超表面器件和電路形成高度可變和緊湊的平臺。（Science DOI: 10.1126/science.aaq1704）

材料名稱：二配位亞硼基非金屬

研究團隊：德國Braunschweig研究組

目前，已知的在非基質條件下支持二氮（N2）的固定和官能化的唯一化合物是基于金屬的。Légaré 等人介紹了通過一種非金屬（二配位亞硼基）實現的 N2 的結合和還原的觀察。在鉀石墨作為還原劑的反應條件下，N2 與兩個亞硼基單元的結合導致產生中性（B2N2）或雙陰離子（[B2N2]2-）產物，其可通過進一步分別暴露于還原劑或空氣實現相互變換。通過 15N 標記的二氮制備的中性和雙陰離子分子 15N 同位素體，可以允許通過 15N 核磁共振光譜觀察氮核。用蒸餾水進行質子化的雙陰離子化合物提供了具有中心肼基 B2N2H2 單元的雙自由基產物。所有三種產品都通過光譜學和晶體學進行了表征。（Science  DOI: 10.1126/science.aaq1684）

材料名稱：同軸硅納米線

研究團隊：美國芝加哥大學Bezanilla和Tian聯合研究組

調節細胞行為的光學方法對于基礎和臨床應用都是很有前景的。然而，大多數可用的方法或者是機械侵入性的、或是需要靶細胞的遺傳操作或是不能提供亞細胞特異性。Parameswaran 等人展示了利用獨立同軸 p 型/本征/n 型硅納米線進行光學神經調節從而解決所有這些問題。Parameswaran 等人揭示了納米線表面是存在原子金的，可能是源于材料生長期間的黃金擴散。為了評估表面金如何影響單個納米線的光電化學特性，使用了膜片鉗中的改性石英移液管，并記錄了單納米線的持續陰極光電流。最終表明，這些電流可以通過主要是由原子金增強的光電化學過程，引起原代大鼠背根神經節神經元的動作電位。（Nature Nanotechnology  DOI: 10.1038/s41565-017-0041-7）  

材料名稱：單層 VSe2

研究團隊：美國南佛羅里達大學Batzill研究組

與體材料相比，單層范德華材料中降低了的維數和層間耦合產生了從根本上不同的電子、光學和多體量子性質。這種層相關性使得能夠在單層的方案中發現新的材料性質。二維材料中的鐵磁有序是人們所渴望的性質，它將使得能夠對低維自旋行為進行基礎研究，并促成新的自旋電子學應用。最近的研究表明，對于大塊鐵磁層狀材料 CrI3 和 Cr2Ge2Te6 ，鐵磁有序在低溫下保持在超薄的限制下。與這些觀測相反，Bonilla 等人報導了單層 VSe2 的強鐵磁有序的出現，VSe2 是一種在體材料情況下呈順磁性的材料。重要的是，具有大磁矩的鐵磁有序一直持續到室溫以上，使得 VSe2 成為范德華自旋電子學應用方面十分有吸引力的材料。（Nature Nanotechnology  DOI: 10.1038/s41565-018-0063-9）

材料名稱：天然 Ia 型鉆石

研究團隊：南非納爾遜·曼德拉大學Olivier研究組

在過去的幾十年中，有許多致力于表征 Ia 型鉆石中 {001} 片晶缺陷的努力。已知 N集中在缺陷的核心。但是對缺陷的原子結構和 N 在其中所起的作用仍沒有準確的描述。Olivier 等人通過使用球差校正透射電子顯微鏡和電子能量損失能譜，確定了天然 Ia 型金剛石中片晶缺陷內的原子排列，并將其與普遍的理論模型進行了匹配。這種片晶具有各向異性的原子結構，沿著缺陷線缺陷對呈現鋸齒形排列。從片晶核心獲得的碳 K-邊緣和氮 K-邊緣的電子能量損失近邊緣精細結構與間隙位點處的三角形結合排列一致。實驗觀測支持了天然鉆石中片晶缺陷的填隙原子聚集形成模式。（Nature Materials DOI: 10.1038/s41563-018-0024-6）  

材料名稱：有機光電子器件

研究團隊：德國馬普所Wetzelaer研究組

無障礙（歐姆）觸點是高效有機光電子器件（如有機發光二極管，太陽能電池和場效應晶體管）的關鍵需求。Kotadiya 等人提出一種在高電離能（IE）有機半導體上形成歐姆空穴接觸的簡單且穩健的方法。通過使用比有機半導體具有更高 IE 的中間層，使得來自高功函數金屬氧化物電極的注入空穴電流提高了超過一個數量級。中間層的插入導致電極與半導體的靜電解耦以及費米能級與有機半導體 IE 的重排。構造歐姆接觸能夠用于多種材料組合，并解決高達 6 eV 的高 IE 有機半導體的空穴注入問題。（Nature Materials  DOI: 10.1038/s41563-018-0022-8） 

材料名稱：鹵化鉛鈣鈦礦

研究團隊：意大利理工學院Liberato Manna研究組

納米尺寸膠體晶體或納米晶體（NC）形式的鉛鹵化物鈣鈦礦（LHP），由于具有獨特的光學多功能性、高光致發光量子產率且容易合成，從而引起了各種材料科學家的關注。LHP NC 具有“軟”的主要離子晶格，并且它們的光學和電子性質高度耐受結構缺陷和表面態。因此，利用與傳統半導體 NC 相同的實驗思維和理論框架是無法實現它們的。Akkerman 等人討論了 LHP NC 的歷史、當前的研究活動、實際應用面臨的挑戰以及對相關的現在和未來解決策略的探索。（Nature Materials DOI: 10.1038/s41563-018-0018-4）

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