1.Nature：增强双层石墨烯的超导性

2023年1月11日，Nature 报道了研究人员在双层石墨烯BLG上制备单层二硒化钨WSe2，通过近邻效应在双层石墨烯中引入自旋轨道耦合，BLG-WSe2 异质结构能够显著地促进超导性能，不仅超导转变温度 Tc 可以提升一个数量级，超导电性也不再依赖于面内磁场，并且超导电性在相图中占据了很大的相空间。同时，研究人员还发现 BLG-WSe2 的相图以及超导关于电位移场，有着很强的非对称性。这表明从二硒化钨近邻得到的 Ising 自旋轨道耦合，在超导库珀配对中起着至关重要的作用。该项研究成果，为设计坚固、高度可调和超洁净的石墨烯基超导体奠定了基础。

文章标题：Enhanced superconductivity in spin–orbit proximitized bilayer graphene

2.Nature：石墨烯中流体动力学等离激元和能量波观测

2023年2月22日，Nature 报道了研究人员在超净石墨烯中观察到了流体动力学等离子体激元和能量波。流体动力学狄拉克流体可以拥有集体激发。该项研究使用片上太赫兹光谱技术，测量了石墨烯微型带的太赫兹吸收光谱以及接近电荷中性的石墨烯内能量波传播，在超纯净石墨烯中观测到狄拉克流体显著的高频流体动力学双极等离子体共振和较弱的低频能量波共振。该结果为探索石墨烯系统中的流体动力学集体激发开辟新道路。

文章标题：Observation of hydrodynamic plasmons and energy waves in graphene

3.Nature：扭角石墨薄膜的混合维莫尔条纹系统

通过堆叠具有相对扭转角的原子薄范德华晶体形成的莫尔图案可以产生显着的新物理性质。到目前为止，对摩尔纹材料的研究仅限于不超过几张范德华片的结构，因为通常认为定位于单个二维界面的摩尔纹图案无法明显改变块状三维晶体的性质。研究人员对双门控器件进行传输测量，该器件是通过在薄块状石墨晶体上轻轻旋转单层石墨烯片来构建的。研究发现摩尔纹电位改变了整个块状石墨薄膜的电子特性。在零磁场和小磁场中，传输由可门可调摩尔纹和石墨表面状态的组合以及不响应门控的共存半金属本体状态介导。在高场下，由于石墨的两个最低朗道带的独特性质，摩尔纹电位与石墨体态杂交。这些朗道带有助于形成单一的准二维混合结构，其中莫尔和块状石墨状态不可分割地混合在一起。研究结果将扭曲石墨烯-石墨确立为新型混合维莫尔材料中的第一种。

文章题目：Mixed-dimensional moiré systems of twisted graphitic thin films

4.Nature：可调谐莫尔准晶中的超导性和强相互作用

准晶体电子态的复杂性和稀缺性，相对于周期性和非晶结构，准晶体的研究仍有限。本研究报告一种高度可调谐准晶体，由周期性组件组装而成，通过以两种不同扭转角度扭转的三层石墨烯，形成两种互不相称的莫尔图案。这种“莫尔准晶体”使研究人员能够在低能量的类周期状态和高能量的强准周期状态之间调节化学势，从而调节电子系统。该结果表明通过改变层数和扭转角以及使用不同的二维组件，可扩展到设计准晶体，产生全新的量子材料系列。

文章标题：Superconductivity and strong interactions in a tunable moiré quasicrystal

5.Nature：二维晶体中质子通过纳米尺度波纹的快速输运

结构无缺陷石墨烯在室温条件下对所有原子和离子都具有不可渗透性。本研究使用高分辨率扫描电化学电池显微镜，发现尽管机械剥离的石墨烯单层和六方氮化硼单层的质子渗透过程无法归因于任何结构缺陷，但是纳米尺度下二维膜的非平坦性大大促进了质子传输，质子流的空间分布表明存在与纳米波纹和应力积累引起的其他特征强相关的非均质性。该结果强调了纳米级形态学是实现二维晶体质子传输的重要参数。而二维晶体大多被视为平面晶体并被建模为平面晶体，还表明应变和曲率可以作为控制二维材料的质子渗透性的额外自由度。

文章标题：Proton transport through nanoscale corrugations in two-dimensional crystals

6.Nature：栅极可调谐的悬浮石墨烯-水界面结构演变

2023年08月30日石墨烯是研究石墨电极界面微观结构和反应动力学的理想平台。复旦大学研究团队制备出厘米级无基底单层石墨烯，具有栅极可调性，且能悬浮在水性电解质表面，并通过频光谱展示了石墨烯-水界面处的结构演变与栅极电压的关系。该成果为石墨电极界面微观过程的观测提供了一个全新平台。

文章标题：Structure evolution at the gate-tunable suspended graphene–water interface

7.Nature：五层菱形石墨烯的轨道多铁性

2023年10月18日，Nature发表的文章报道五层菱形石墨烯的轨道多铁性。多铁性指材料中包含两种及两种以上铁的基本性能，这些铁的基本性能包括铁电性（反铁电性），铁磁性（反铁磁性、亚铁磁性）、铁弹性、铁谷性等。石墨烯的独特结构和超薄特性使其成为呈现多铁性的理想材料。在新研究中，研究人员从石墨中分离出了自然排列出菱形图案的五层石墨烯薄片，在略高于绝对零度的超低温条件下发现，石墨烯呈现出两种铁性：一是非常规铁磁性，即电子会协调轨道运动，沿着同一方向自旋；二是铁谷性，即该材料中的电子更偏好于沉降在在两个能量低谷中的其中之一，而非平等地沉降。此外，研究者可以利用电场控制这两种多铁性。研究人员表示，这是首次观察到铁谷性与非常规铁磁性在同一种材料中共存。一种材料具有多铁性特性意味着它可以节省写入磁性硬盘驱动器的能源和时间，与传统设备相比可以存储两倍的信息量。这可以帮助工程师为经典和量子计算机设计超低功耗、高容量的数据存储设备。

文章标题：Orbital multiferroicity in pentalayer rhombohedral graphene

8.Science：石墨烯:弹道和粘性流体的静电成像

2023年2月16日，Science报道了科研人员使用扫描隧道电位仪研究了石墨烯中电子流体穿过光滑可调谐的平面内p-n结势垒限定的通道时，在纳米尺度上的流动过程，并观测到随着样本温度和通道宽度的增加，电子流体流经历了Knudsen至Gurzhi转变，从弹性流体变为粘性流体。该结果建立的模型描述了费米子液体流动随着载流子密度、通道宽度和温度的增加而变化的过程。

文章标题：Imaging the breaking of electrostatic dams in graphene for ballistic and viscous fluids

9.Science：纳米尺度光的“反常”折射现象

在这项研究中，作者通过设计由半覆盖单层石墨烯的扩展α-MoO3薄膜组成的vdW异质结构，实验证明了中红外光谱区域从正常折射到负折射的转变。基于红外纳米镜的实空间纳米成像揭示了在大范围入射角上观测到的负折射，这依赖于具有可调谐色散曲线的拓扑极化元。作者利用可逆负折射来演示具有凹或凸波面的纳米级聚焦，由于极激元的高度空间限制和所采用的vdW结构的原子厚度，导致深亚波长焦斑的高度压缩尺寸小于相应照明波长的60倍，强度增强超过10倍，负折射透射率为~90%。从正折射到负折射可以通过静电门进行主动调谐，从而能够原位控制极化元的波前，改变聚焦点及其纳米级光学场。

考虑到现有的二维极化激元材料的广泛范围，作者预计极化激元在其他vdW异质结构中的负折射，例如α-V2O5、黑磷和纳米结构超表面(例如，基于同位素纯h-BN)。广泛的现有材料套件可能导致极性负折射覆盖整个中红外和太赫兹区域。强偏振子场约束，对各向异性偏振子传播和聚焦的灵活控制，以及材料叠加和电门控的可调谐性的综合优势，为光学和热应用中的负折射开辟了令人兴奋的途径。

文章标题：Gate-tunable negative refraction of mid-infrared polaritons

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1：固态电解质最新成果 登上Science！

日本东京工业大学创新研究所全固态电池研究中心Ryoji Kanno教授团队利用高熵材料的特性，通过增加已知锂超离子导体的组成复杂性来设计了一种高离子导电的固态电解质，以消除离子迁移的障碍，同时保持超离子导电的结构框架。合成的具有组成复杂性的相显示出改进的离子导电性能。证明了这种高导电固态电解质能够在室温下对厚锂离子电池阴极进行充放电，因此具有改变传统电池配置的潜力。相关成果以“A lithium superionic conductor for millimeter-thick battery electrode”为题发表在Science上。

2：Science：锂空气电池

美国伊利诺伊理工大学（Illinois Institute of Technology）Alireza Kondori，Larry A. Curtiss，Mohammad Asadi等人在Science上发表论文。基于氧化锂（Li2O）形成的锂空气电池理论上可以提供与汽油相当的能量密度。氧化锂的形成涉及四电子反应，这比分别产生超氧化物锂（LiO2）和过氧化锂（Li2O2）的单电子和双电子反应过程更难实现。研究团队通过使用基于嵌入改性聚环氧乙烷聚合物基体中的Li10GeP2S12纳米颗粒的复合聚合物电解质，Li2O是室温固态锂空气电池的主要产品。该电池可在低极化间隙下充电1000次，并可高速率运行。研究成果以A room temperature rechargeable Li2O-based lithium-air battery enabled by a solid electrolyte为题发表于Science。

3：王春生锂电池成果  再发Nature!!!

美国马里兰大学王春生教授等人（共同通讯作者）在正极测采用不同重量比的Bi和Mg粉体球磨法合成了不同成分的Mg-Bi合金（Mg_xBi₈₄；x=0、2、8、16、24）。由于Mg₁₆Bi₈₄使Li₆PS₅Cl在1.9 mA cm^–2和1.9 mAh cm^–2下达到最高的临界电流密度（CCD），选择它来研究Li沉积/剥离活化过程中的Mg迁移过程。Mg₁₆Bi₈₄负极夹层的优点包括：LiMgS_x SEI的形成保护了Li₆PS₅Cl免受还原，并将Li₆PS₅Cl电解质与Li₃Bi层紧密接触；同时，Mg向锂负极的迁移将Li₃Bi层粘结到锂负极，在高容量容量时在多孔Li₃Bi层的孔中沉积，有效地缓解Li沉积/剥离过程中的应力变化，降低了堆积压力；Li₃Bi/Li₆PS₅Cl界面的高电位（约0.7 V）进一步稳定了Li₆PS₅Cl电解质，加速了Mg的迁移。更加重要的一点是，Li₃Bi的高离子/电子电导率确保了Li沉积在Li₃Bi/Li界面上，而不是在Li₃Bi/Li₆PS₅Cl界面上。在正极侧，作者使用一种富氟（F）的界面层，其中F阴离子能够在4.3V时从NMC811表面层迁移到NMC811体相中，从而使得表明涂覆转化为F掺杂，最终使得NMC811从表面到体相的材料稳定性得到大幅度提高，即使在2.5 MPa的低堆叠压力下也能实现极其优异的性能。相关研究成果以“Interface design for all-solid-state lithium batteries”为题发表在Nature上。

4：厦门大学最新Nature！！！

厦门大学化学化工学院廖洪钢教授、孙世刚院士团队，与北京化工大学陈建峰院士团队和美国阿贡国家实验室徐桂良、Khalil Amine研究员团队在液体电池内构建了一个Li-S纳米电池，并结合电化学透射电子显微镜（EC-TEM），在醚类电解质内实现了对电极表面LiPSs演变的高分辨率实时观察。研究表明，活性中心将可溶性LiPSs聚集成类似液滴的密集相，并引发了非平衡纳米晶/无定形Li₂S的瞬时沉积，而不是传统的逐步转化。密度泛函理论（DFT）计算和分子动力学（MD）模拟指出，聚集诱导的相变是由于活性中心与LiPSs液滴状密集之间的远程静电相互作用和集体电荷转移行为而导致的。

由于高能量密度和低成本，锂-硫（Li-S）电池被认为是先进能源存储系统的有希望的候选者。尽管在抑制锂硫化物长期存在的“穿梭效应”方面付出了巨大努力，但在纳米尺度上理解锂硫化物的界面反应仍然难以捉摸。研究团队使用原位液体电池电化学透射电子显微镜，直接可视化了锂硫化物在电极表面的原子尺度转化。值得注意的是，研究团队捕捉到了锂硫化物在纳米团簇活性中心固定表面上发生的出乎意料的聚集诱导的集体电荷转移。它进一步导致了从浓密的锂硫化物液相瞬间沉积出非平衡的Li₂S纳米晶体。在没有活性中心的介入的情况下，反应遵循了经典的单分子途径，锂硫化物逐步转化为Li₂S₂和Li₂S。分子动力学模拟表明，活性中心与锂硫化物之间的远程静电相互作用促进了由Li⁺和Sn²⁻（2 < n ≤ 6）组成的密集相的形成，密集相中的集体电荷转移也被从头分子动力学模拟所验证。这种集体界面反应路径揭示了一种新的转化机制，深化了对Li-S电池的基本理解。相关研究成果以“Visualizing interfacial collective reaction behaviour of Li–S batteries”为题，发表在顶级期刊《Nature》上。该论文的第一作者是厦门大学化学化工学院的博士研究生周诗远，以及北京化工大学的施杰博士。

5：UCLA李煜章最新Nature!!!

美国加州大学洛杉矶分校李煜章教授课题组通过在超快沉积电流密度下超过SEI膜的形成速度来解耦这两个相互交织的过程，同时也避免了质量传输的限制。通过使用低温电子显微镜，本工作发现一旦SEI不再影响锂金属的沉积行为，Li金属将不再沉积为的枝晶状，而是形成了完美的菱形十二面体形貌，这与电解质化学或集流体基底无关。本工作提出了一种脉冲电流源协议，通过利用Li菱形十二面体作为成核种子来克服这种失效模式，从而实现了致密Li的后续生长，提高了电池性能。虽然在过去的研究中，锂沉积和SEI膜的形成一直是紧密相连的，但本工作的实验方法为从根本上理解这些相互解耦的过程提供了新的机会，并为设计更好的电池带来了新的见解。相关论文以题为“Ultrafast deposition of faceted lithium polyhedra by outpacing SEI formation”发表在Nature上。

6：固态电池最新Nature!!! 一作已入职宁德时代

英国牛津大学Peter G. Bruce、T. James Marrow、 Charles W. Monroe教授课题组基于对全固态电池枝晶过程的多尺度多手段表征与原位追踪，提出了新的全固态电池枝晶理论，将全固态电池的枝晶短路过程分为引发和扩张两个不同的阶段，并分别建立了理论模型。其中枝晶的引发产生于锂在与Li/SE界面连通的近界面孔洞（缺陷）的沉积，在孔洞填满后将锂挤出的过程中，过大电流密度使得锂作为粘塑流体的流动过程产生极大的内部应力，从而引发电解质碎裂。而锂枝晶的扩张过程是一个锂枝晶在沉积的动态过程中从枝晶裂纹的尾部将固态电解质楔开（wedge open）的过程。枝晶的引发取决于固态电解质晶界的局部断裂强度、孔洞的尺寸、分布密度、及电流密度；而枝晶的扩张过程取决于固态电解质的宏观断裂韧性，枝晶在裂纹中的分布情况，电流密度，以及充电过程的面容量。根据锂金属在枝晶引发阶段与扩张阶段力学环境的差异，引发与扩张阶段对固态电池外部压力的敏感性截然不同。只有较大的压力才会大幅影响枝晶的引发过程，但枝晶的扩张过程却对外部压力非常敏感。降低外部压力可以显著抑制枝晶的扩张阶段，即使在枝晶引发的状态下也可以大幅延后固态电池的短路。研究成果以“Dendrite initiation and propagation in lithium metal solid-state batteries”为题发表于Nature。宁子杨、李冠辰、Dominic Melvin共同一作。

7：STXM研究锂电池非均相反应动力学

美国麻省理工学院Martin Z. Bazant教授等人工作表明表明，可以从碳包覆的磷酸铁锂纳米颗粒的原位扫描透射X射线显微镜（STXM）图像中了解到非均相反应动力学。将STXM图像的大型数据集与热力学一致的电化学相场模型、偏微分方程（PDE）约束优化和不确定性量化相结合，研究团队提取了自由能级图和反应动力学，并验证了它们与理论模型的一致性，还了解了反应速率的空间异质性，这与通过俄歇电子显微镜（AEM）获得的碳涂层厚度分布非常匹配。在180000个图像像素中，与学习模型的平均差异非常小（<7%），与实验噪声相当。研究结果为学习传统实验方法无法达到的非平衡材料性质开辟了可能性，并为表征和优化非均匀反应表面提供了一种新的无损技术。相关研究成果以“Learning heterogeneous reaction kinetics from X-ray videos pixel by pixel”为题发表在Nature上。

8：18650电池也能发Nature！

伦敦大学学院的Shearing教授利用先进的XRD方法对高速运行的锂离子18650电池进行了充电状态、机械应变和温度的表征。他们观察到不同电池类型和电流条件下的内部温度变化，并发现充电协议对温度升高有重要影响。这项研究为解决与温度相关的电池问题提供了设计缓解措施的可能性，从而改善高速电动汽车应用中的热管理。相关成果以 “Mapping internal temperatures during high-rate battery applications” 为题发表在Nature上。

这项创新性研究通过先进的同步辐射X射线衍射方法，创新性地表征了高速运行的锂离子电池的充电状态、机械应变和温度分布，为高速电动汽车应用中的热管理提供了改进的机会。

原文链接：回顾：2023年Nature\Science上的锂电池成果