1. 具有强自旋霍尔效应的导电拓扑绝缘体
材料名称：导电拓扑绝缘体 BiSb 薄膜
研究团队：日本东京工业大学 Pham Nam Hai 研究组
原标题：A conductive topological insulator with large spin Hall effect for ultralow power spin–orbit torque switching
在重金属和拓扑绝缘体中利用自旋霍尔效应进行自旋轨道矩转换，这对应用于超低功率磁阻随机存取存储器有着巨大的潜力。但与传统的自旋转移矩转换相比，需要具有大旋转霍尔角（θSH > 1）和高电导率（σ > 105Ω-1·m-1）的纯自旋电流源。Khang 等人展示了一种纯自旋电流源：导电拓扑绝缘体 BiSb 薄膜，其在室温下，σ ≈ 2.5×105 Ω-1·m-1，θSH ≈ 52，自旋霍尔电导率 σSH ≈ 1.3×107ℏ/2eΩ-1·m-1。研究表明 BiSb 薄膜可以产生 2.3 kOe·MA-1·cm2 的非常大的自旋轨道场并且在 Bi0.9Sb0.1/MnGa 双层中的临界转换电流密度低至了 1.5 MA·cm-2，这突显了 BiSb 用于工业应用的潜力。（Nature Materials DOI: 10.1038/s41563-018-0137-y）
2. 富锂锰阴极材料中氧化还原电对的演变
材料名称：Li1.2Ni0.15Co0.1Mn0.55O2
研究团队：美国布鲁克海文国家实验室 Huolin L. Xin 研究组
原标题：Evolution of redox couples in Li- and Mn-rich cathode materials and mitigation of voltage fade by reducing oxygen release
电压衰减是高能量富锂富锰（LMR）层状材料在电池应用中的主要问题。但由于 LMR 结构的复杂性，导致电压衰减机制尚不清楚。Hu 等人利用多长度尺度 X 射线光谱和三维电子显微镜成像技术对充-放电循环期间的典型 LMR 材料（Li1.2Ni0.15Co0.1Mn0.55O2）进行了原位和非原位的研究。通过从表面到体，以及从单个颗粒到整个颗粒集合的探测研究，表明 LMR 材料的氧释放使得各种类型的过渡金属阳离子的平均价态持续降低。除了 Ni2+/Ni3+，Ni3+/Ni4+，O2-/O- 的原始氧化还原电对之外，这种还原还激活了较低电压的 Mn3+/Mn4+ 和 Co2+/Co3+ 氧化还原对，直接导致电压衰减。研究还表明氧释放导致微观结构缺陷，例如在颗粒内形成大孔，这也将加剧电压衰减。他们还建议表面涂覆和改性方法通过减少氧气释放来有效地抑制电压衰减。（Nature Energy DOI: 10.1038/s41560-018-0207-z）
3. 通过掺入钝化气体的原子层沉积来扩展 Pt/C 催化剂的极限
材料名称：合成纳米颗粒 Pt/C 催化剂
研究团队：美国斯坦福大学 Fritz B. Prinz 研究组
原标题：Extending the limits of Pt/C catalysts with passivation-gas-incorporated atomic layer deposition
在表面沉积期间对贵金属纳米颗粒形态的控制，会受到前驱体-基底和前驱体-沉积物相互作用的强烈影响。但可以通过各种方法改善沉积，包括调整基材的表面能以改善前体润湿性，或改变沉积物本身的表面能。Xu 等人展示了 CO 可以在原子层沉积期间用作钝化气体，以改变已沉积的 Pt 纳米颗粒的表面能，以帮助直接沉积到碳催化剂载体上。钝化过程促进了Pt的二维生长，从而抑制了 Pt 纳米颗粒的厚度，并使比表面积增加了 40% 以上。这种合成纳米颗粒 Pt/C 催化剂的方法实现了氧还原反应的高 Pt 质量活性，以及由该合成技术提供的可能由强催化剂-载体相互作用促进的优异稳定性。（Nature Catalysis DOI: 10.1038/s41929-018-0118-1）
4. 具有超低 Pt 负载和高析氢活性的多组分电催化剂
材料名称：多组分电催化剂
研究团队：韩国蔚山国立科技研究所 Kwang S. Kim 研究组
原标题：Multicomponent electrocatalyst with ultralow Pt loading and high hydrogen evolution activity
铂是酸性溶液中析氢反应最高效的电催化剂，但其高昂的成本限制了其广泛应用。因此，人们一直希望设计出仅需要最少量 Pt 起作用但仍具有高活性的催化剂。Tiwari 等人报导了使用多组分催化剂在酸性水中生产氢气，其 Pt 负载极低（单位电极面积 1.4μg ，即 1.4μg/cm2），具体负载于三聚氰胺衍生的石墨管（GTs）上，其内封装了 FeCo 合金且在内管壁上沉积了 Cu。与 20% Pt/C 商业催化剂对比，该催化剂以其 1/80 的 Pt 负载量，在 0.5 M H2SO4 条件下实现了电流密度 10 mA·cm-2（过电位 18 mV），转换频率为 7.22 s-1，是 20% Pt/C 商业催化剂的 96 倍。Tiwari 等人研究认为，Pt 团簇和包覆于石墨管中的单个 Pt 原子之间的协同作用是催化活性增强的主要原因。（Nature Energy DOI: 10.1038/s41560-018-0209-x）
5. 微米尺度石墨/六方氮化硼层状异质结中的鲁棒性结构超滑
材料名称：石墨/六方氮化硼层状异质结
研究团队：清华大学马明和郑泉水研究组
原标题：Robust microscale superlubricity in graphite/hexagonal boron nitride layered heterojunctions
结构超滑是一种迷人的摩擦学现象，其中两个非共度接触表面之间的横向相互作用被有效地抵消，从而使滑动摩擦变得超低。Song 等人报导了在微米尺度单晶异质结中的鲁棒性超滑的实验实现，这是迈向超滑的宏观扩展的重要步骤。石墨和六方氮化硼之间界面的结果清楚地表明了，超滑特性即使在大气环境条件下持续稳定存在，并且对外部负载表现出几乎无磨损的运动。异质结中观察到的摩擦各向异性比其均匀对应物测得的摩擦各向异性要小几个数量级。原子模拟揭示了两种情况下潜在的摩擦机制源于完全不同的动力学机制。Song 等人的结果估计具有普适性，应该也适用于其他范德瓦尔斯异质结构。（Nature Mate
6. 由溅射 BixSe（1-x）薄膜中的量子限制引起的室温高自旋轨道矩
材料名称：BixSe（1-x）薄膜
研究团队：美国明尼苏达大学王建平研究组
原标题：Room-temperature high spin–orbit torque due to quantum confinement in sputtered BixSe(1–x) films
具有强自旋轨道耦合的材料产生的自旋轨道扭矩（SOT）有望实现超低功率和快速磁性存储和计算设备。Mahendra DC 等人通过利用直流平面霍尔方法和自旋扭矩铁磁共振（ST-FMR）方法研究了 BixSe（1-x）/Co20Fe60B20 异质结构中的磁控溅射 BixSe（1-x） 薄膜的SOT。值得注意的是，利用直流平面霍尔方法和 ST-FMR 方法分别确定的自旋扭矩效率（θS）高达 18.62±0.13 和 8.67±1.08。此外，在室温下观察了到利用来自 BixSe（1-x） 的 SOT 的垂直 CoFeB 复层的转换，具有 4.3×105 A·cm-2 的低临界磁化转换电流密度。利用了实际 sp3 紧束缚模型的量子输运模拟表明，溅射 BixSe（1-x） 中的高 SOT 是源于电荷-自旋转换效率随尺寸和维度的减小而增强的量子限制效应。演示的 θS，易于硅基板上薄膜的生长以及 BixSe（1-x） 薄膜上垂直 CoFeB 多层膜的成功生长和转换，为 BixSe（1-x） 在基于 SOT 的存储器和逻辑器件中用作自旋密度发生器提供了一条途径。（Nature Materials DOI: 10.1038/s41563-018-0136-z）
7. 铜酸盐超导体中尺度不变的磁阻
材料名称：薄膜 La2-xSrxCuO4 铜酸盐
研究团队：美国佛罗里达州立大学 A. Shekhter 研究组
原标题：Scale-invariant magnetoresistance in a cuprate superconductor
高温超导铜酸盐中的异常金属态被近量子临界点的超导性掩盖了。虽然利用强磁场来抑制超导性已经能够对正常状态进行详细研究，但强磁场对金属态的直接影响却知之甚少。Giraldo-Gallo 等人报导了在临界掺杂附近的薄膜 La2-xSrxCuO4 铜酸盐的高场磁阻，0.161≤p≤0.190。他们还发现通过抑制超导性暴露出的金属态特征在于：磁阻在高达 80 特斯拉的磁场中是线性的。线性场电阻率的大小反映了众所周知的线性温度电阻率的大小和掺杂演变，这与高温超导体中的量子临界性有关。（Science DOI: 10.1126/science.aan3178）
8. 对高效大面积钉扎钙钛矿太阳能电池界面复合的可视化和抑制
材料名称：钙钛矿太阳能电池
研究团队：德国亥姆霍兹柏林材料与能源研究中心 Thomas Unold 和德国波茨坦大学 Dieter Neher 研究组
原标题：Visualization and suppression of interfacial recombination for high-efficiency large-area pin perovskite solar cells
钙钛矿太阳能电池的性能主要受到非辐射复合的限制，不管是通过吸收层中的陷阱辅助复合还是通过钙钛矿/传输层界面处的少数载流子复合。Stolterfoht 等人利用瞬态光致发光成像和绝对光致发光成像，对具有未掺杂有机电荷传输层的平面钉扎钙钛矿太阳能电池中的所有非辐射复合途径进行观测。他们发现钙钛矿块体中存在显著的准费米能级分裂损耗（135 meV），而界面复合导致每个单独界面处的额外自由能损失为 80 meV，这将整体电池的开路电压（VOC）限制在了约 1.12 V。在钙钛矿和传输层之间插入超薄中间层使得 p 型接触和 n 型接触处的这些界面损失显着减少。利用这些知识和方法，Stolterfoht 等人展示了可重复的无掺杂剂 1 cm2 钙钛矿太阳能电池，效率超过 20％（认证率为 19.83％），具有稳定的功率输出和高 VOC（1.17 V）以及创记录的填充因子（>81％）。（Nature Energy DOI: 10.1038/s41560-018-0219-8）
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