1. 具有強自旋霍爾效應的導電拓撲絕緣體
材料名稱：導電拓撲絕緣體 BiSb 薄膜
研究團隊：日本東京工業大學 Pham Nam Hai 研究組
原標題：A conductive topological insulator with large spin Hall effect for ultralow power spin–orbit torque switching
在重金屬和拓撲絕緣體中利用自旋霍爾效應進行自旋軌道矩轉換，這對應用於超低功率磁阻隨機存取存儲器有著巨大的潛力。但與傳統的自旋轉移矩轉換相比，需要具有大旋轉霍爾角（θSH > 1）和高電導率（σ > 105Ω-1·m-1）的純自旋電流源。Khang 等人展示了一種純自旋電流源：導電拓撲絕緣體 BiSb 薄膜，其在室溫下，σ ≈ 2.5×105 Ω-1·m-1，θSH ≈ 52，自旋霍爾電導率 σSH ≈ 1.3×107ℏ/2eΩ-1·m-1。研究表明 BiSb 薄膜可以產生 2.3 kOe·MA-1·cm2 的非常大的自旋軌道場並且在 Bi0.9Sb0.1/MnGa 雙層中的臨界轉換電流密度低至了 1.5 MA·cm-2，這突顯了 BiSb 用於工業應用的潛力。（Nature Materials DOI: 10.1038/s41563-018-0137-y）
2. 富鋰錳陰極材料中氧化還原電對的演變
材料名稱：Li1.2Ni0.15Co0.1Mn0.55O2
研究團隊：美國布魯克海文國家實驗室 Huolin L. Xin 研究組
原標題：Evolution of redox couples in Li- and Mn-rich cathode materials and mitigation of voltage fade by reducing oxygen release
電壓衰減是高能量富鋰富錳（LMR）層狀材料在電池應用中的主要問題。但由於 LMR 結構的複雜性，導致電壓衰減機制尚不清楚。Hu 等人利用多長度尺度 X 射線光譜和三維電子顯微鏡成像技術對充-放電循環期間的典型 LMR 材料（Li1.2Ni0.15Co0.1Mn0.55O2）進行了原位和非原位的研究。通過從表面到體，以及從單個顆粒到整個顆粒集合的探測研究，表明 LMR 材料的氧釋放使得各種類型的過渡金屬陽離子的平均價態持續降低。除了 Ni2+/Ni3+，Ni3+/Ni4+，O2-/O- 的原始氧化還原電對之外，這種還原還激活了較低電壓的 Mn3+/Mn4+ 和 Co2+/Co3+ 氧化還原對，直接導致電壓衰減。研究還表明氧釋放導致微觀結構缺陷，例如在顆粒內形成大孔，這也將加劇電壓衰減。他們還建議表面塗覆和改性方法通過減少氧氣釋放來有效地抑制電壓衰減。（Nature Energy DOI: 10.1038/s41560-018-0207-z）
3. 通過摻入鈍化氣體的原子層沉積來擴展 Pt/C 催化劑的極限
材料名稱：合成納米顆粒 Pt/C 催化劑
研究團隊：美國斯坦福大學 Fritz B. Prinz 研究組
原標題：Extending the limits of Pt/C catalysts with passivation-gas-incorporated atomic layer deposition
在表面沉積期間對貴金屬納米顆粒形態的控制，會受到前驅體-基底和前驅體-沉積物相互作用的強烈影響。但可以通過各種方法改善沉積，包括調整基材的表面能以改善前體潤溼性，或改變沉積物本身的表面能。Xu 等人展示了 CO 可以在原子層沉積期間用作鈍化氣體，以改變已沉積的 Pt 納米顆粒的表面能，以幫助直接沉積到碳催化劑載體上。鈍化過程促進了Pt的二維生長，從而抑制了 Pt 納米顆粒的厚度，並使比表面積增加了 40% 以上。這種合成納米顆粒 Pt/C 催化劑的方法實現了氧還原反應的高 Pt 質量活性，以及由該合成技術提供的可能由強催化劑-載體相互作用促進的優異穩定性。（Nature Catalysis DOI: 10.1038/s41929-018-0118-1）
4. 具有超低 Pt 負載和高析氫活性的多組分電催化劑
材料名稱：多組分電催化劑
研究團隊：韓國蔚山國立科技研究所 Kwang S. Kim 研究組
原標題：Multicomponent electrocatalyst with ultralow Pt loading and high hydrogen evolution activity
鉑是酸性溶液中析氫反應最高效的電催化劑，但其高昂的成本限制了其廣泛應用。因此，人們一直希望設計出僅需要最少量 Pt 起作用但仍具有高活性的催化劑。Tiwari 等人報導了使用多組分催化劑在酸性水中生產氫氣，其 Pt 負載極低（單位電極面積 1.4μg ，即 1.4μg/cm2），具體負載於三聚氰胺衍生的石墨管（GTs）上，其內封裝了 FeCo 合金且在內管壁上沉積了 Cu。與 20% Pt/C 商業催化劑對比，該催化劑以其 1/80 的 Pt 負載量，在 0.5 M H2SO4 條件下實現了電流密度 10 mA·cm-2（過電位 18 mV），轉換頻率為 7.22 s-1，是 20% Pt/C 商業催化劑的 96 倍。Tiwari 等人研究認為，Pt 團簇和包覆於石墨管中的單個 Pt 原子之間的協同作用是催化活性增強的主要原因。（Nature Energy DOI: 10.1038/s41560-018-0209-x）
5. 微米尺度石墨/六方氮化硼層狀異質結中的魯棒性結構超滑
材料名稱：石墨/六方氮化硼層狀異質結
研究團隊：清華大學馬明和鄭泉水研究組
原標題：Robust microscale superlubricity in graphite/hexagonal boron nitride layered heterojunctions
結構超滑是一種迷人的摩擦學現象，其中兩個非共度接觸表面之間的橫向相互作用被有效地抵消，從而使滑動摩擦變得超低。Song 等人報導了在微米尺度單晶異質結中的魯棒性超滑的實驗實現，這是邁向超滑的宏觀擴展的重要步驟。石墨和六方氮化硼之間界面的結果清楚地表明瞭，超滑特性即使在大氣環境條件下持續穩定存在，並且對外部負載表現出幾乎無磨損的運動。異質結中觀察到的摩擦各向異性比其均勻對應物測得的摩擦各向異性要小几個數量級。原子模擬揭示了兩種情況下潛在的摩擦機制源於完全不同的動力學機制。Song 等人的結果估計具有普適性，應該也適用於其他範德瓦爾斯異質結構。（Nature Mate
6. 由濺射 BixSe（1-x）薄膜中的量子限制引起的室溫高自旋軌道矩
材料名稱：BixSe（1-x）薄膜
研究團隊：美國明尼蘇達大學王建平研究組
原標題：Room-temperature high spin–orbit torque due to quantum confinement in sputtered BixSe(1–x) films
具有強自旋軌道耦合的材料產生的自旋軌道扭矩（SOT）有望實現超低功率和快速磁性存儲和計算設備。Mahendra DC 等人通過利用直流平面霍爾方法和自旋扭矩鐵磁共振（ST-FMR）方法研究了 BixSe（1-x）/Co20Fe60B20 異質結構中的磁控濺射 BixSe（1-x） 薄膜的SOT。值得注意的是，利用直流平面霍爾方法和 ST-FMR 方法分別確定的自旋扭矩效率（θS）高達 18.62±0.13 和 8.67±1.08。此外，在室溫下觀察了到利用來自 BixSe（1-x） 的 SOT 的垂直 CoFeB 復層的轉換，具有 4.3×105 A·cm-2 的低臨界磁化轉換電流密度。利用了實際 sp3 緊束縛模型的量子輸運模擬表明，濺射 BixSe（1-x） 中的高 SOT 是源於電荷-自旋轉換效率隨尺寸和維度的減小而增強的量子限制效應。演示的 θS，易於硅基板上薄膜的生長以及 BixSe（1-x） 薄膜上垂直 CoFeB 多層膜的成功生長和轉換，為 BixSe（1-x） 在基於 SOT 的存儲器和邏輯器件中用作自旋密度發生器提供了一條途徑。（Nature Materials DOI: 10.1038/s41563-018-0136-z）
7. 銅酸鹽超導體中尺度不變的磁阻
材料名稱：薄膜 La2-xSrxCuO4 銅酸鹽
研究團隊：美國佛羅里達州立大學 A. Shekhter 研究組
原標題：Scale-invariant magnetoresistance in a cuprate superconductor
高溫超導銅酸鹽中的異常金屬態被近量子臨界點的超導性掩蓋了。雖然利用強磁場來抑制超導性已經能夠對正常狀態進行詳細研究，但強磁場對金屬態的直接影響卻知之甚少。Giraldo-Gallo 等人報導了在臨界摻雜附近的薄膜 La2-xSrxCuO4 銅酸鹽的高場磁阻，0.161≤p≤0.190。他們還發現通過抑制超導性暴露出的金屬態特徵在於：磁阻在高達 80 特斯拉的磁場中是線性的。線性場電阻率的大小反映了眾所周知的線性溫度電阻率的大小和摻雜演變，這與高溫超導體中的量子臨界性有關。（Science DOI: 10.1126/science.aan3178）
8. 對高效大面積釘扎鈣鈦礦太陽能電池界面複合的可視化和抑制
材料名稱：鈣鈦礦太陽能電池
研究團隊：德國亥姆霍茲柏林材料與能源研究中心 Thomas Unold 和德國波茨坦大學 Dieter Neher 研究組
原標題：Visualization and suppression of interfacial recombination for high-efficiency large-area pin perovskite solar cells
鈣鈦礦太陽能電池的性能主要受到非輻射覆合的限制，不管是通過吸收層中的陷阱輔助複合還是通過鈣鈦礦/傳輸層界面處的少數載流子複合。Stolterfoht 等人利用瞬態光致發光成像和絕對光致發光成像，對具有未摻雜有機電荷傳輸層的平面釘扎鈣鈦礦太陽能電池中的所有非輻射覆合途徑進行觀測。他們發現鈣鈦礦塊體中存在顯著的準費米能級分裂損耗（135 meV），而界面複合導致每個單獨界面處的額外自由能損失為 80 meV，這將整體電池的開路電壓（VOC）限制在了約 1.12 V。在鈣鈦礦和傳輸層之間插入超薄中間層使得 p 型接觸和 n 型接觸處的這些界面損失顯著減少。利用這些知識和方法，Stolterfoht 等人展示了可重複的無摻雜劑 1 cm2 鈣鈦礦太陽能電池，效率超過 20％（認證率為 19.83％），具有穩定的功率輸出和高 VOC（1.17 V）以及創記錄的填充因子（>81％）。（Nature Energy DOI: 10.1038/s41560-018-0219-8）
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