1. 碳納米管可以作為新興的量子光源
（Carbon nanotubes as emerging quantum-light sources）
材料名稱：碳納米管
研究團隊：法國國家科學研究中心 Y. Chassagneux 和 C. Voisin 研究組
量子計算和量子密碼學的進步，需要有室溫下電信波長的高效電子觸發單光子源。長期以來人們都知道半導體單壁碳納米管（SWCNT）會表現出強烈的激子結合並在很寬的波長範圍內發光，但是由於其量子產率較低且對光譜擴散和閃爍具有高敏感性，因而阻礙了其應用。He 等人討論了通過化學、電接觸和諧振器耦合來主導 SWCNT 光學性質並改進它們作為量子光源用途的最新進展。並按照單光子純度、產生效率和不可分辨性對最新的結果進行了描述。最後，還考慮了 SWCNT 的獨特性質以及基於 SWCNT 的芯片集成量子光子源最有前景的道路上的主要根本挑戰。（Nature Materials DOI: 10.1038/s41563-018-0109-2）
2. 連續波升頻轉換納米微粒微型激光器
（Continuous-wave upconverting nanoparticle microlasers）
材料名稱：Tm3+ 摻雜升頻轉換納米微粒
研究團隊：美國勞倫斯伯克利國家實驗室 Emory M. Chan 和 P. James Schuck 研究組
將激光器的尺寸縮小到微尺度的尺寸能夠實現專門針對從超高速微處理器到活腦組織等有限空間內的操作而設計的新技術。然而，腔尺寸減小會增加光學損耗，並需要更大的輸入功率才能達到激光閾值。使用納米材料如鑭系元素摻雜的升頻轉換納米微粒（UCNP）作為激光介質小型化的多光子泵浦激光器需要高泵浦強度來實現紫外和可見發射並且因此要在脈衝激勵情況下工作。Fernandez-Bravo 等人利用最新描述的 Tm3+ 摻雜的 UCNP 中的能量循環激發機制，在低至 14kW•cm-2 的激發能量下在獨立微腔中實現了連續波升頻轉換激光作用。連續波激射是不間斷的，並使信號最大化且實現了光學相互作用的調製。通過將能量循環納米微粒耦合到聚苯乙烯微球體的迴音壁模式，Fernandez-Bravo 等人同時在藍色和近紅外波長處誘導實現了超過 5 小時的穩定激射。這些微腔在能夠透射生物的第二近紅外（NIR-II）窗口中被激發，並且足夠小能夠嵌入到生物體、組織或裝置中。並且在浸入血清中的微腔中產生連續波激射的能力突出了這些微型激光器在複雜生物環境中用於感測和照射的實際應用。（Nature Nanotechnology DOI: 10.1038/s41565-018-0161-8）
3.範德華異質結構的電子插入層中的異質界面效應
(Heterointerface effects in the electrointercalation of van der Waals heterostructures)
材料名稱：範德華異質結構
研究團隊：美國哈佛大學 efthimios Kaxiras 和 Philip Kim 研究組
電化學能量儲存的基礎是在分子層面控制電子和離子電荷的累積量。層狀範德華（vdW）晶體是一系列多元化的材料，流動離子可以電化學嵌入到主體原子晶格的層間間隙中。這種材料的結構多樣性使複合材料的界面性能得以優化，以改善能量存儲和電子器件的離子插層。但異質層修飾插層反應的能力及其在原子水平上的應用尚待闡明。Bediako 等人演示了在不同範德華層的各個原子界面層面的鋰的電子插入層。構建了基於堆疊六方氮化硼、石墨烯和鉬硫族化合物（MoX2；X = S，Se）層的範德華異質結構的電化學裝置。並利用透射電子顯微鏡、原位磁阻和光譜學技術、以及低溫量子磁振盪測量和從頭計算，來解決異質界面處鋰插層的中間階段。石墨烯和 MoX2 之間形成的範德華異質界面，相比 MoX2/MoX2 同質界面，MoX2 中電荷的積累量增加了十倍以上，並且強化了至少 0.5V 的插層電勢。除了儲能之外，Bediako 等人還綜合了實驗和計算方法為用於操縱和表徵分層系統的電化學行為開闢了新的途徑，從而控制二維電子和光電子器件的電荷密度。（Nature DOI: 10.1038/s41586-018-0205-0）
4. 單原子相變記憶體
(Monatomic phase change memory)
材料名稱：銻
研究團隊：瑞士 IBM 蘇黎世研究院 Abu Sebastian 研究組
相變存儲器已經發展成為一種能夠以快速和非易失性方式存儲信息的成熟技術，並具有神經形態計算應用的潛力。然而，其未來在電子領域的影響力主要取決於該技術核心的材料如何適應由於持續向更高器件密度擴展而產生的要求。微調相變存儲器材料的性質，在光學數據存儲中達到合理的熱穩定性的常用策略依賴於混合精確量的不同摻雜劑，而這通常會導致四元或更復雜的化合物。Salinga 等人展示了最簡單的材料（一種單一的元素，該研究下是銻）當被限制在極小的體積中時如何能夠成為一種有效的替代品。這種成分簡化消除了與反轉體積中優化化學計量的不必要偏差有關的問題，這種問題在器件極力小型化時會變得越來越迫切。因而消除成分優化問題可能使人們能夠利用信息存儲中的納米級效應。（Nature Materials DOI: 10.1038/s41563-018-0110-9）
5. 在平面 α-Fe2O3/Co 異質結構中室溫下觀察磁渦旋對
(Observation of magnetic vortex pairs at room temperature in a planar α-Fe2O3/Co heterostructure)
材料名稱：α-Fe2O3/Co 異質結構
研究團隊：英國牛津大學 C.-B. Eom 和 P. G. Radaelli研究組
當流場圍繞一維核心“旋轉”時發生的渦旋是最簡單的拓撲結構（物理學的許多分支中普遍存在）之一。在結晶態中，渦旋的形成是很少見的，因為其通常受到遠距離相互作用的阻礙：在鐵質材料（鐵磁和鐵電）中，只有當偶極-偶極相互作用的影響通過納米尺度的限制或者與渦量相關的參數不直接與應變耦合時，才會觀察到渦旋。Chmiel 等人在反鐵磁赤鐵礦（α-Fe2O3）外延膜中觀察到了前所未有的渦旋形式，其中的初級渦旋參數是交錯磁化。值得注意的是，其中在超薄 Co 鐵磁層上通過界面交換印上了具有與 α-Fe2O3 渦旋相同渦度和繞數的鐵磁拓撲物體。數據表明，鐵磁渦旋可能是 meron（半斯格眀子，帶有離面核心磁化），並表明渦旋/meron 對可以通過施加面內磁場來操縱，從而產生大規模的渦旋-反渦旋湮滅。（Nature Materials DOI: 10.1038/s41563-018-0101-x）
6. 由表面活性劑膠束導向的高度對稱超小型無機籠的自組裝
(Self-assembly of highly symmetrical, ultrasmall inorganic cages directed by surfactant micelles)
材料名稱：十二面體二氧化硅籠
研究團隊：美國康奈爾大學 Ulrich Wiesner 研究組
最近已經有能夠從 DNA、RNA 或蛋白質組裝而成具有高度對稱的籠狀多面體形狀（通常具有二十面體對稱性）納米大小的實體，用於生物學和醫學應用。這些成就取決於可編程自組裝生物材料的發展，以及用於從單粒子的低溫電子顯微鏡圖像中產生三維（3D）重建（提供生物複合物的高分辨率結構表徵）技術的快速發展。但這種單顆粒三維重建方法還未成功應用於高度對稱籠狀合成無機納米材料的鑑定。Ma 等人利用冷凍電子顯微鏡和單顆粒三維重建相結合，表明存在具有十二面體結構的孤立超小型（小於 10nm）二氧化硅籠（silicage）。並表明了這種高度對稱的自組裝籠，可以通過在帶有相反電荷的表面活性劑膠束表面上的水溶液中排列初級二氧化硅簇而形成。這一發現為由二氧化硅和其他無機材料製成的用作各種先進功能材料應用構築塊的納米級籠子鋪平了道路。（Nature DOI: 10.1038/s41586-018-0221-0）
7. 通過與非手性磁性底物的對映體特異性相互作用分離對映體
(Separation of enantiomers by their enantiospecific interaction with achiral magnetic substrates)
材料名稱：對映體
研究團隊：以色列希伯來大學 Yossi Paltiel 研究組
通常認為，無論是在自然界還是在人造系統中，手性的識別和辨別都完全依賴於空間效應。然而，最近的研究表明手性分子中的電荷再分佈表現出了對電子自旋取向的對映選擇性偏好。因此 Banerjee-Ghosh 等人推斷誘導自旋極化可能能夠通過交換相互作用影響對映體識別。並通過實驗表明，手性分子與垂直磁化底物的相互作用是對映體特異性的。因此，當磁偶極朝上時，其中一種對映體優先吸附，而磁化朝向相反時則另一種對磁體吸附更快。相互作用不是由磁場本身控制的，而是由電子自旋取向控制的，並且該研究開啟了用於對映體分離的獨特方法的前景。（Science DOI: 10.1126/science.aar4265）
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