1. 有機(jī)長(zhǎng)余輝發(fā)光

　　（Organic long persistent luminescence）

　　長(zhǎng)余輝發(fā)光（LPL）材料（被廣泛商業(yè)化為“在黑暗中發(fā)光”的涂料）是在激發(fā)態(tài)存儲(chǔ)激發(fā)能，并以光的形式緩慢釋放這種能量。目前，大多數(shù) LPL 材料是基于銪摻雜和鏑摻雜的鋁酸鍶（SrAl2O4）的無(wú)機(jī)體系，發(fā)光時(shí)間超過(guò) 10 小時(shí)。然而，該系統(tǒng)在制造過(guò)程中需要稀土元素和高于 1000 攝氏度的溫度，并且 SrAl2O4 粉末的光散射限制了 LPL 涂料的透明度。Kabe 等人展示了兩種簡(jiǎn)單有機(jī)分子的有機(jī) LPL（OLPL）系統(tǒng)，其不含稀有元素且易于制造，并可以在室溫下持續(xù)發(fā)光超過(guò) 1 小時(shí)。此前的基于雙光子電離的有機(jī)系統(tǒng)，需要低溫和高激發(fā)強(qiáng)度。相比之下，Kabe 等人展示的 OLPL 系統(tǒng)是基于長(zhǎng)壽命電荷分離態(tài)復(fù)合的激發(fā)復(fù)合物（exciplexes）發(fā)光，并且可以被標(biāo)準(zhǔn)的白色 LED 光源激發(fā)，甚至在高于 100 攝氏度的溫度下也產(chǎn)生長(zhǎng)時(shí)間發(fā)光。這種 OLPL 系統(tǒng)具有透明、可溶性、柔性潛能且可調(diào)色的，這為 LPL 開(kāi)辟了在大面積柔性涂料、生物標(biāo)記、紡織物等領(lǐng)域的新的應(yīng)用。此外，該系統(tǒng)中長(zhǎng)壽命電荷分離的研究也能促進(jìn)人們對(duì)各種有機(jī)半導(dǎo)體器件的理解。（Nature  DOI: 10.1038/nature24010）  

　　2.通過(guò)可印刷的有機(jī)金屬鈣鈦礦實(shí)現(xiàn)大面積、低劑量 X 射線(xiàn)成像

　　（Printable organometallic perovskite enables large-area, low-dose X-ray imaging）

　　醫(yī)療 X 射線(xiàn)成像過(guò)程要求數(shù)字平板探測(cè)器以低劑量運(yùn)行，從而以減少輻射影響健康的風(fēng)險(xiǎn)。溶液處理的有機(jī)-無(wú)機(jī)混合鈣鈦礦，具有成為這種敏感探測(cè)器光電導(dǎo)層的優(yōu)秀候選材料的特征。然而，因?yàn)樵诖竺娣e上（探測(cè)器通常有 50cm×50cm）制備厚的鈣鈦礦膜（超過(guò)幾百微米）一直很困難，所以這樣的檢測(cè)器至今尚未能在薄膜晶體管陣列上建成。Kim 等人報(bào)告了一種全基于溶液（與傳統(tǒng)的真空處理相反）的合成途徑，用以生產(chǎn)可印刷的多晶鈣鈦礦，這種多銳面大晶粒的鈣鈦礦具有與單晶相似的形態(tài)和光電特性。在 100 千伏的軔致輻射源照射下可實(shí)現(xiàn)高達(dá) 11 微庫(kù)侖每空氣比釋動(dòng)能每平方厘米（μC?mGyair-1cm-2）的高靈敏度，這比目前使用的非晶硒或鉈摻雜的碘化銫檢測(cè)器所達(dá)到的靈敏度至少高一個(gè)數(shù)量級(jí)。通過(guò)向常規(guī)的薄膜晶體管襯底中嵌入厚達(dá) 830 微米的鈣鈦礦膜和另外兩個(gè)聚合物/鈣鈦礦復(fù)合材料中間層，來(lái)提供鈣鈦礦膜和控制暗電流和臨時(shí)電荷載流子傳輸?shù)碾姌O之間的共形界面，Kim 等人展示了其 X 射線(xiàn)成像。這種全基于溶液的鈣鈦礦檢測(cè)器可以實(shí)現(xiàn)低劑量 X 射線(xiàn)成像，并且還可以用在用于放射成像、傳感和能量收集的光電導(dǎo)裝置上。（Nature  DOI: 10.1038/nature24032） 

　　3. 多模光纖激光器中的時(shí)空模式鎖定

　?。⊿patiotemporal mode-locking in multimode fiber lasers）

　　激光器是以其諧振器（提供振蕩所需的反饋）的電磁模式為基礎(chǔ)的。以單一橫向模式對(duì)激光器縱向模式相互作用的控制已經(jīng)取得了巨大的進(jìn)步。例如，超快科學(xué)領(lǐng)域便是建立在將許多縱向模式鎖定在一起從而形成超短光脈沖的激光器上的。但是，激光中縱向和橫向模式的相干疊加卻沒(méi)有受到重視。Wright 等人研究表明，光纖激光器中的模態(tài)和色散可以通過(guò)強(qiáng)空間和光譜濾波來(lái)抵消。這樣使得能夠鎖定多個(gè)橫向和縱向模式以產(chǎn)生具有多種時(shí)空分布的超短脈沖。因此，多模光纖激光器為研究非線(xiàn)性波傳播和其應(yīng)用能力方面開(kāi)辟了新的方向。（Science  DOI: 10.1126/science.aao0831）

　　4. 一種費(fèi)米簡(jiǎn)并三維光晶格鐘

　?。ˋ Fermi-degenerate three-dimensional optical lattice clock）

　　鍶光晶格鐘以 4×1017 的高光譜質(zhì)量因子具有同時(shí)訪(fǎng)問(wèn)數(shù)百萬(wàn)個(gè)原子的潛力。此前，原子相互作用迫使在時(shí)鐘穩(wěn)定性和精確度兩者間折中，前者受益于大量的原子，后者則受到與密度相關(guān)的頻率偏移的影響。Campbell 等人演示了一種可擴(kuò)展的解決方案，利用三維（3D）光晶格中的簡(jiǎn)并費(fèi)米氣體的高關(guān)聯(lián)密度來(lái)防止原位相互作用轉(zhuǎn)換。他們還展示了解決接觸相互作用的問(wèn)題，使得其對(duì)時(shí)鐘偏移的貢獻(xiàn)比以前的實(shí)驗(yàn)低了一個(gè)數(shù)量級(jí)。三維晶格的兩個(gè)區(qū)域之間的同步時(shí)鐘比對(duì)得到了在 1 小時(shí)平均時(shí)間內(nèi) 5×10-19 的測(cè)量精度。（Science DOI: 10.1126/science.aam5538）

　　5. 單層 MoS2 中的激子霍爾效應(yīng)

　?。‥xciton Hall effect in monolayer MoS2）

　　量子貝利相（作為動(dòng)量空間中的內(nèi)部磁通量）驅(qū)動(dòng)的自發(fā)霍爾效應(yīng)表現(xiàn)出準(zhǔn)粒子的拓?fù)湫再|(zhì)，可以用于控制信息流，如自旋和能谷。Onga 等人報(bào)導(dǎo)了一種激子（決定半導(dǎo)體中光響應(yīng)的電子和空穴的基本復(fù)合粒子）的霍爾效應(yīng)。通過(guò)偏振分辨光致發(fā)光映射，Onga 等人直接觀(guān)察到了激子在單層 MoS2 中的霍爾效應(yīng)和激子在微米尺度上的谷選擇性空間傳輸。發(fā)現(xiàn)激子的霍爾角比單層 MoS2 中單個(gè)電子的霍爾角大，這意味著復(fù)合粒子的量子傳輸受到其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的顯著影響。結(jié)果不僅體現(xiàn)出了復(fù)合顆粒中霍爾效應(yīng)的根本問(wèn)題，而且為探索二維材料中基于激子的谷電子學(xué)提供了途徑。（Nature Materials DOI: 10.1038/NMAT4996）

　　6.通過(guò)自旋軌道轉(zhuǎn)矩實(shí)現(xiàn)無(wú)磁場(chǎng)確定性超快速生成磁性斯格眀子

　　（Field-free deterministic ultrafast creation of magnetic skyrmions by spin–orbit torques）

　　磁性斯格眀子是由外部磁場(chǎng)，雜散場(chǎng)能量，高階交換相互作用和 Dzyaloshinskii-Moriya 相互作用（DMI）的組合來(lái)穩(wěn)定的。最近的一種單一手性斯格眀子，其運(yùn)動(dòng)是由旋轉(zhuǎn)軌道轉(zhuǎn)矩驅(qū)動(dòng)且是確定性的，這使得這種系統(tǒng)具有用于應(yīng)用的相關(guān) DMI。此外，非磁性重金屬層可以通過(guò)旋轉(zhuǎn)霍爾效應(yīng)將具有橫向自旋極化的垂直自旋電流注入鐵磁層。這使得轉(zhuǎn)矩可以用于完全轉(zhuǎn)換平面外磁化鐵磁元件中的磁化，但是只有在存在對(duì)稱(chēng)破缺的平面內(nèi)的場(chǎng)時(shí)，這種轉(zhuǎn)換才是確定性的。雖然自旋軌道轉(zhuǎn)矩導(dǎo)致了連續(xù)膜中的疇成核和磁軌中的斯格眀子隨機(jī)成核，但是還沒(méi)有在集成器件設(shè)計(jì)中能夠在特定位置的可控制地形成單個(gè)斯格眀子的實(shí)際方法的報(bào)導(dǎo)。Büttner 等人證明了亞納秒自旋軌道轉(zhuǎn)矩脈沖可以在磁賽道（確定使用與用于轉(zhuǎn)換操作相同的電流路徑）中的自定義位置上產(chǎn)生單個(gè)斯格眀子。DMI 的作用意味著不需要外部平面內(nèi)磁場(chǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。該實(shí)施方案了利用可以用作斯格眀子發(fā)生器的缺陷，例如磁軌中的收縮。這一概念適用于任何磁軌幾何，包括三維設(shè)計(jì)。（Nature Nanotechnology DOI: 10.1038/NNANO.2017.178）

　　7. 在超導(dǎo)電路中實(shí)現(xiàn)相位相干熱電子學(xué)

　?。═owards phase-coherent caloritronics in superconducting circuits）

　　相位相干熱電子學(xué)（來(lái)自拉丁文 calor，即熱）的興起，是基于通過(guò)使用超導(dǎo)有序參數(shù)相位差來(lái)控制熱流的可能性。目標(biāo)是設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，能夠以接近現(xiàn)代電子元件電荷傳輸所達(dá)到的準(zhǔn)確程度，來(lái)控制能量傳遞的熱裝置。這可以通過(guò)利用超導(dǎo)冷凝物固有的宏觀(guān)量子相干性來(lái)實(shí)現(xiàn)，而這可以通過(guò)約瑟夫森效應(yīng)和臨近效應(yīng)表現(xiàn)出來(lái)。Fornieri 等人回顧了在實(shí)現(xiàn)熱干涉儀和熱恒電位儀方面獲得的最新實(shí)驗(yàn)結(jié)果，并討論了對(duì)于異質(zhì)非線(xiàn)性相位相干熱電子器件的一些建議，如熱晶體管、固態(tài)存儲(chǔ)器、相位相干熱分離器、微波冰箱 、熱力發(fā)動(dòng)機(jī)和熱閥。除了從基礎(chǔ)物理學(xué)的角度來(lái)看，這些系統(tǒng)有望對(duì)許多需要能源管理的低溫微電路產(chǎn)生巨大的影響，而且也可能為電子熱邏輯的基礎(chǔ)打下基礎(chǔ)。（Nature Nanotechnology  DOI: 10.1038/NNANO.2017.204）

　　8.雙壁碳納米管的內(nèi)外壁區(qū)分

　?。↖nner- and outer-wall sorting of double-walled carbon nanotubes）

　　雙壁碳納米管（DWCNTs）由兩個(gè)共軸單壁納米管排列而成，以前的分類(lèi)方法僅能達(dá)到外壁電子類(lèi)型的選擇性。Li等人提出了一種新的分類(lèi)技術(shù)能夠?qū)WCNTs分為半導(dǎo)體（S）或者金屬（M）內(nèi)外壁電子類(lèi)型。內(nèi)外壁間的電子耦合通常被用來(lái)改變每種DWCNT類(lèi)型的表面活性劑涂層，并且水系凝膠用來(lái)分離它們。水系方法通常用來(lái)從原材料中除掉SWCNT種類(lèi)，并且用來(lái)制備豐富的DWCNT片段。然后，這些豐富的DWCNT片段通過(guò)利用共聚物PFO-BPy轉(zhuǎn)移到氯苯或甲苯中，產(chǎn)生似中內(nèi)@外組合，即：M@M，M@S，S@M和S@S。這些片段的高純度已經(jīng)通過(guò)吸附測(cè)量、透射電鏡、原子力顯微鏡和共振拉曼和高密度場(chǎng)效應(yīng)管器件進(jìn)行了驗(yàn)證。（Nature Nanotechnology DOI: 10.1038/NNANO.2017.207）