1. 將二維材料逐層組裝成晶片級異質(zhì)結(jié)構(gòu)

       具有垂直構(gòu)造的高性能半導(dǎo)體薄膜，其設(shè)計達到的原子尺度精度，為現(xiàn)代集成電路和新材料發(fā)現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)。逐層組裝是實現(xiàn)這種薄膜的一種方法，其中原子厚度的二維構(gòu)建塊被垂直堆疊，并通過范德華相互作用結(jié)合在一起。通過這種方法，分別代表一個和三個原子厚度二維結(jié)構(gòu)單元的石墨烯和過渡金屬二硫?qū)僭兀挥糜趯崿F(xiàn)獨特物理性質(zhì)且以往無法實現(xiàn)的異質(zhì)結(jié)構(gòu)。然而，目前還沒有能夠在生成原始層間界面的同時保持這些二維構(gòu)件固有特性的大規(guī)模組裝方法，因而逐層組裝方法被限制在了小規(guī)模驗證演示中。Kang 等人報導(dǎo)了具有非常高水平空間均勻性和原始界面的晶片級半導(dǎo)體膜的生產(chǎn)。這些膜的垂直組成和性質(zhì)，是在原子尺度上利用真空下二維結(jié)構(gòu)單元的層疊組裝而設(shè)計實現(xiàn)的。他們制造了幾種大規(guī)模、高質(zhì)量的異質(zhì)結(jié)構(gòu)膜和器件，包括具有逐層成型設(shè)計的超晶格膜，批量制造的電阻可調(diào)諧四個數(shù)量級的隧道器件陣列，以及能帶工程異質(zhì)結(jié)構(gòu)隧道二極管，和毫米級超薄膜與窗口。堆疊的薄膜是可拆卸的、可懸掛的，并且與水或塑料表面兼容，這將使其能夠與先進的光學(xué)和機械系統(tǒng)集成。（Nature DOI: 10.1038/nature23905）  

       2.超過 8×1018 eV 的宇宙射線到達方向中大尺度各向異性的觀測

       宇宙射線是由外部空間所來的自然界中觀察到的最高能量的原子核。關(guān)于它們起源的線索主要通過研究其到達時方向的分布來得出。利用由皮埃爾?奧格天文臺（Pierre Auger Observatory）記錄下的總曝光量為 76,800 km2 sr yr 的能量高于 8×1018 電子伏特的 3×104 的宇宙射線，皮埃爾?奧格宇宙線觀測站人員合作協(xié)同確定了宇宙射線到達方向各向異性的存在。檢測出的各向異性超過 5.2σ的顯著水平，可以由相對赤經(jīng) αd = 100±10 度且赤緯δd = -24+12 -23 度具有 6.5+13 -0.9 % 振幅的偶極子來描述。該方向表示了這些超高能粒子的河外星系起源。（Science  DOI: 10.1126/science.aan4338） 

       3. 碳納米孔中離子液體庫侖有序的部分破壞

       離子液體是由等量的正離子和負離子組成的。在體材料的情況下，由于庫侖有序使這些液體中呈現(xiàn)電中性，其中交替電荷的離子殼形成在中心離子周圍。對于它們在封閉結(jié)構(gòu)中的了解尚不清楚。這阻礙了離子液體在技術(shù)應(yīng)用中的廣泛使用。Futamura 等人利用散射實驗對其結(jié)構(gòu)進行了廣泛使用的離子液體（EMI-TFSI）被限制在納米多孔碳內(nèi)的情況進行了解析。結(jié)果表明，當孔隙只能容納單層離子時，庫侖有序降低。相反，由于在碳孔壁中的感應(yīng)反向電位而形成等電荷的離子對。在存在外部電位的情況下，這種非庫侖有序會進一步增強。這一發(fā)現(xiàn)為設(shè)計更好的電化學(xué)應(yīng)用材料打開了大門。（Nature Materials  DOI: 10.1038/NMAT4974）   

       基于分子的光采集的有效性，依賴于激子到電荷轉(zhuǎn)移位點的輸運。然而，由于納米尺度上遷移長度和衍射極限之間的不匹配，使得測量激子遷移一直很有挑戰(zhàn)性。Penwell 等人沒有使用塊狀基質(zhì)淬火的方法，而是以亞衍射分辨率全光學(xué)定義了淬滅邊界，從而表征了其天然的納米和皮秒級的時空激子遷移。通過將受激輻射損耗顯微鏡轉(zhuǎn)化為時間分辨超快速方法，測得了聚（2,5-二（己氧基）氰基對苯二亞甲基）共軛聚合物膜中 16 nm 的遷移長度。并結(jié)合蒙特卡羅激子跳躍模擬，表明了由于內(nèi)在發(fā)色團能量紊亂與發(fā)色團不均勻展寬相當，這些膜中的遷移本質(zhì)上是擴散的。該方法能夠使得先前無法相互關(guān)聯(lián)的本地材料結(jié)構(gòu)與激子遷移特性實現(xiàn)關(guān)聯(lián)，不僅適用于光伏發(fā)電或顯示有機半導(dǎo)體，而且可用于解釋光合作用中顯示出的典型激子遷移。（Nature Materials  DOI: 10.1038/NMAT4975）   

       5. 在陽離子缺陷的銳鈦礦 TiO2 中可逆地插入鎂離子和鋁離子

       可紡織的光伏發(fā)電裝置，作為持續(xù)的電源在可穿戴設(shè)備中發(fā)揮著關(guān)鍵性作用。相比于其它類型的能量收集器，可紡織的光伏發(fā)電可以利用布自身作為光伏發(fā)電平臺來獲得足夠的電力（約為毫瓦），從而用于可穿戴設(shè)備。對于可紡織品的光伏發(fā)電技術(shù)很重要的特征有三個，即環(huán)境穩(wěn)定性、足夠的能量效率和機械穩(wěn)定性。然而，由于襯底和超薄覆蓋物的低阻氣性，想要同時實現(xiàn)這三項仍然很困難。Jinno 等人報導(dǎo)了雙面涂有彈性體的超柔性有機光伏，同時實現(xiàn)了在水中的拉伸性和穩(wěn)定性，并保持了 7.9％ 的高效率。雙面涂層的器件在水中浸泡 120 分鐘后效率僅下降 5.4％。此外，即使在水中 100 分鐘并經(jīng)歷循環(huán) 20 次的 52% 機械壓縮后，器件的效率仍能保持在初始值的 80％。（Nature Energy  DOI: 10.1038/s41560-017-0001-3）  

       7. 自我復(fù)制材料中的指數(shù)生長和選擇

       在選擇壓力下的自我復(fù)制和進化是生活中的固有現(xiàn)象，但很少有人工系統(tǒng)表現(xiàn)出這些現(xiàn)象。He 等人設(shè)計了一個 DNA 折疊筏系統(tǒng)，以指數(shù)方式復(fù)制源圖案，在每個類似晝夜的溫度和紫外線照射周期中能夠?qū)⒏北炯颖叮?24 個周期內(nèi)能夠產(chǎn)生超過 700 萬份拷貝。又通過在兩個亞群中引入對 pH 敏感的結(jié)合來展示增長種群中的環(huán)境選擇。在第一個物種中，pH 敏感的三重 DNA 鍵可實現(xiàn)親-子模板的形成，而在第二種物種中，三重結(jié)合抑制了雙鏈 DNA 模板的形成。在 pH 5.3 時，物種 I 的復(fù)制速率比物種 II 的快 1.3-1.4 倍。在 pH 7.8 時，復(fù)制速率則相反。當混合一個小瓶中時，物種 I 的后代優(yōu)先在 pH 7.8 下復(fù)制；類似的在 pH 5.3 時，物種 II 的后代接管系統(tǒng)。這種可尋址的選擇性應(yīng)該能夠適用于納米級至微觀尺寸范圍內(nèi)的多組分自復(fù)制材料的選擇和演變。（Nature Materials DOI: 10.1038/NMAT4986） 

       8.對全球水電技術(shù)和經(jīng)濟潛力的高分辨率評估

       水電是迄今為止最重要的可再生能源，在全球可再生能源中占 72％ 以上。然而，只有有限的信息，可以用于水電的全球潛在供應(yīng)及相關(guān)成本。Gernaat 等人提供了一個高分辨率的評估水電在接近全球范圍內(nèi)的技術(shù)和經(jīng)濟潛力的圖表。利用 15”×15” 的放電和 3”×3”的數(shù)字地形高度圖，在全球 380 萬個站點上建造了虛擬水電站，并通過成本優(yōu)化方法計算了其潛力。通過這種方式，確定了超過 6 萬個合適的站點，這些站點共同表現(xiàn)出僅存的全球潛力為 9.49 PWh yr-1，成本低于 US$ 0.50 kWh-1。剩下的最大潛力地區(qū)是亞太地區(qū)（39％），南美洲（25％）和非洲（24％），其中很大一部分可以低成本生產(chǎn)（< US$ 0.10 kWh-1）。在生態(tài)安全的情景下，這一潛力下降至 5.67 PWh yr-1。（Nature Energy DOI: 10.1038/s41560-017-0006-y）