3-4月Nature材料前沿科研成果精选

Nature 3-4月热点预览：德国发现具备反常吸附能力的新材料；西班牙巴斯克大学确定了质子量子波动在决定 D3S、H3S的高温超导相的晶体结构中所做贡献；美国威斯康星大学在原子尺度利用反转保留位移的操控方法设计出了室温极性金属薄膜镍钙钛矿NdNiO3；宾夕法尼亚大学的Zhi-gang Zheng等人完全实现对于手性向列液晶的螺旋轴三维控制。

1、反常的“负”气体吸收

对大部分气体和很多材料中的吸附过程来说，气体吸收往往会随压力增大而增加。

然而，近期以德国德累斯顿工业大学教授 Stefan Kaskel 为首的德国和法国研究团队发现反常的“负气体吸收”(negative gas adsorption)，即在特定温度和压力下，该材料对甲烷和正丁烷的存储容量会突然降低。实验结果及理论计算表明，该过程是取决于客体，因突然的结构变形和孔隙收缩而产生，将客体分子释放出来。

该材料除了在基础研究方面的重要意义外，还有可能在技术方面得到应用，例如用在阈限敏感型微型气动装置中。

文献链接：A pressure-amplifying framework material with negative gas adsorption transitions

2、超导硫化氢结构

注：蓝色小球代表S原子，粉色小球代表H原子

去年12月1日，德国美因茨（Mainz）马克斯·普朗克化学研究所（the Max Planck Institute for Chemistry）的MikhailEremets和其他两位物理学家发现了硫化氢在190K以下表现出超导电性。这一消息引起了超导界的轩然大波。这让很多研究人员都在研究这一超导相的表征。

近日，西班牙巴斯克大学的Ion Errea 等人利用从头算法来表征超导相，确定了质子量子波动在决定 D3S、H3S的高温超导相的晶体结构中所做贡献。质子的量子性质被发现能根本性地改变H3S的超导相图。这一过程类似于在压力下水中出现的“氢键对称化”过程。

文献链接：Quantum hydrogen-bond symmetrization in the superconducting hydrogen sulfide system

3、砷化镓纳米线超导体的晶相转变及表面动力学

在晶体生长过程中，控制晶相的生长时非常大的一个挑战，催化生长的纳米线是研究相选择的一个非常好的理想体系。

近日，Daniel Jacobsson及其合作研究人员利用原位电镜技术观察了不同生长环境下砷化镓纳米线两种晶相（闪锌矿的稳定体相，亚稳态的纤维锌矿）生长过程及这两种相之间的相互转变，研究了其表面动力学。根据观察，通过纳米线的多面边缘结构来控制选择哪个晶相。

这项技术研究对于纳米材料的发展有着非常重要的作用，可能实现对于纳米线不同相的精确控制，实现了在纳米材料的合成与应用领域所取得的一个突破性进展。

文献链接：Interface dynamics and crystal phase switching in GaAs nanowires

4、几何设计极性金属

高斯定律表明，通过有效的电荷屏蔽，在静电平衡导体内部的净电场为零。由于对称的电荷分布，金属中自由载流子可能消除内部出现的偶极子。而绝缘体和半导体不能消除非对称场的作用，从而发生极化，宏观表现为极性。非常罕见的发现极性金属表现出长程有序偶极子，这是由于在绝缘相时协同的原子位移。

近日，美国威斯康星大学的T. H. Kim等人，利用量子力学和实验，在原子尺度利用反转保留位移的操控方法设计出了室温极性金属薄膜镍钙钛矿ANiO3。研究人员预测，该种几何稳定的方法将为实现新的具有不寻常性能的多功能材料提供一条全新的研究思路，为下一代同时具有光电磁功能的器件研究铺就了道路。

文献链接：Polar metals by geometric design

5、利用光三维控制手性向列液晶的螺旋轴

手性向列液晶又被称为胆甾型液晶（CLCS），在热成像，反射式显示器，可调谐滤色镜，以及反光镜光激射等方面有着实际应用。动态、远程三维控制手性向列液晶的螺旋轴是很有必要的，但是也存在着挑战。

宾夕法尼亚大学的Zhi-gang Zheng等人，在光的刺激下，完全实现对于手性向列液晶的螺旋轴三维控制。他们使用这种技术来进行光活化，宽领域，可逆二维光束控制，在这以前是使用复杂的集成系统和光学相位阵列完成。研究者还描述了在双层单元里二维衍射状态、一维衍射状态、衍射“关闭”状态之间的可逆光学控制。

文献链接：Three-dimensional control of the helical axis of a chiral nematic liquid crystal by light

本文由材料人编辑部学术组朱德杰供稿，欧洲足球赛事 编辑整理。

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