1. 石墨烯納米帶的磁性邊緣態和相干操作

       （Magnetic edge states and coherent manipulation of graphene nanoribbons）

       材料名稱：石墨烯納米帶

       研究團隊：牛津大學Bogani研究組

       石墨烯是碳原子的單層網絡，具有優異的電子和機械性能。納米級寬度的石墨烯帶（納米帶）能夠表現出半金屬性和量子限制效應。對于自旋電子學和量子計算器件來說，石墨烯納米帶的相干操作前景可觀，研究人員已經從理論角度對其磁性邊緣進行了廣泛的研究。然而，納米帶的邊緣不能以原子精度產生，并且已經提出的石墨烯末端化學性質不穩定，這兩個問題一直阻礙著研究的進展。Slota 等人通過穩定的自旋軸承基團功能化分子石墨烯納米帶，研究解決了研究進程中的兩大問題。實驗觀察到預測的非局域磁邊緣狀態，并測試了自旋動力學和自旋-環境相互作用的理論模型。與非石墨化的參考材料相比，Slota 等人能夠清楚地識別自由基功能化石墨烯納米帶的特征行為。研究量化了自旋軌道耦合的參數，定義了相互作用模式并確定了自旋退相干通道。即使沒有任何優化，自旋相干時間能夠在室溫下的微秒范圍內，實現邊緣和自由基自旋之間的量子反演操作。Slota 等人的方法提供了一種在石墨烯納米帶實驗中測試磁性理論的方法。觀察到的相干時間開辟了在量子自旋電子器件中使用磁性納米帶的令人鼓舞的前景。（Nature  DOI: 10.1038/s41586-018-0154-7）

       2. 石墨烯-鐵磁體界面處由Rashba效應引起的顯著Dzyaloshinskii-Moriya相互作用

       （Significant Dzyaloshinskii–Moriya interaction at graphene–ferromagnet interfaces due to the Rashba effect）

       材料名稱：石墨烯/鐵磁金屬

       研究團隊：法國格勒諾布爾-阿爾卑斯大學Chshiev研究組

       能夠利用石墨烯豐富的自旋相關性質的這一可能性，使得在追求自旋電子學進展的研究中引起了很多關注。高速和低能耗設備的前景激發了研究人員對穩定手性旋轉紋理分層結構（如拓撲保護的斯格眀子）的尋找。Yang 等人證明了手性自旋紋理在石墨烯/鐵磁金屬界面處是被誘導的。石墨烯是一種弱自旋-軌道耦合材料，通常不會引起足夠的 Dzyaloshinskii-Moriya 相互作用來影響磁性手性。Yang 等人證明了石墨烯確實會因 Rashba 效應而誘發一類 Dzyaloshinskii-Moriya 相互作用。自旋極化電子顯微鏡實驗和第一性原理計算表明，這種石墨烯誘導的 Dzyaloshinskii-Moriya 相互作用可以達到與重金屬界面相似的量級。這項研究工作為通向基于二維材料的自旋軌道學鋪平了道路。（Nature Materials  DOI: 10.1038/s41563-018-0079-4）   

           3.反鐵磁絕緣體中的自旋巨磁電阻

       (Spin colossal magnetoresistance in an antiferromagnetic insulator)

       材料名稱：反鐵磁絕緣體 Cr2O3

       研究團隊：日本東北大學Dazhi Hou研究組

       巨磁電阻（CMR）指的是由金屬-絕緣體轉變附近的磁場引起的電導率的巨大變化，這激發了數十年來的廣泛研究。Qiu 等人展示了反鐵磁絕緣體 Cr2O3 的 Néel 溫度（TN = 296K）附近的類似自旋效應。通過利用釔鐵石榴石 YIG/Cr2O3/Pt 的三層結構，Qiu 等人將來自 YIG 的自旋電流注入到 Cr2O3 層中，并通過反向自旋霍爾效應收集轉移到重金屬 Pt 中的自旋信號。并且觀察到 Néel 溫度在 14K 內傳輸的自旋電流有兩個數量級的差異。自旋傳導和非傳導狀態之間的這種轉變也由等溫條件下的磁場調制。Qiu 等人稱之為自旋巨磁電阻（SCMR）的這種效應有可能簡化基本自旋電子學器件的設計，例如實現自旋電流開關或基于自旋電流的存儲器。（Nature Materials  DOI: 10.1038/s41563-018-0087-4）

       4. 解決銅氧化加成問題的途徑：溴代芳烴的三氟甲基化

       (A radical approach to the copper oxidative addition problem: Trifluoromethylation of bromoarenes)

       材料名稱：芳基溴代物

       研究團隊：美國普林斯頓大學MacMillan研究

       過渡金屬催化的芳烴官能化在過去的一個世紀中被廣泛用于分子合成。其中，銅催化長期以來一直被認為是一個特殊的平臺，因為高價銅傾向于用各種各樣的偶聯片段進行還原消除。然而，氧化加成的緩慢性質限制了銅廣泛促進鹵代芳烴偶聯的能力。Le 等人表明該銅氧化加成問題可以用芳基捕獲機理克服，其中芳基通過甲硅烷基鹵素取代生成。該策略可以被應用于通過雙銅-光氧化催化的芳基溴代物的三氟甲基化。機理研究支持了開殼芳基物質的形成。（Science DOI: 10.1126/science.aat4133） 

       5. 非平衡態斯格眀子的聚集和崩塌動力學

       (Aggregation and collapse dynamics of skyrmions in a non-equilibrium state)

       材料名稱：六方晶格斯格眀子晶體

       研究團隊：日本東京大學Xiuzhen Yu研究組

       磁性斯格眀子因其具有的電磁特性已經引起了人們的關注。特別是，受拓撲保護并因此可能存在于更寬的溫度-磁場區域的非平衡態斯格眀子，顯示出了可能的實際應用前景，但其動力學卻仍然難以捉摸。Yu 等人報導了通過密集空位填充的 SkX 觀察到的磁場誘導的由零偏場下亞穩態六方晶格斯格眀子晶體（SkX）到非晶態的動態轉變。另一方面，隨著場的減小，聚集體在非平衡狀態下從“隨機粒子”變為斯格眀子“微晶體”，類似于膠體結晶，隨后在 SkX 和伴有拓撲缺陷的螺旋/錐形域之間經歷了拓撲不同的相分離。這些觀察結果直接證明了亞穩定斯格眀子的聚集和崩塌動力學，并可能為其它他非平凡拓撲現象（如零磁場拓撲霍爾效應）提供了途徑。（Nature Physics DOI: 10.1038/s41567-018-0155-3）

       6. [Fe4S4] 團簇將 CO2 轉化為碳氫化合物

       (Ambient conversion of CO2 to hydrocarbons by biogenic and synthetic [Fe4S4] clusters)

       材料名稱：[Fe4S4] 團簇

       研究團隊：加州大學爾灣分校Yilin Hu研究組

       固氮酶的 Fe 蛋白含有氧化還原活性 [Fe4S4] 簇，它在電子轉移和底物還原中起著關鍵作用。Stiebritz 等人表明甲烷八疊球菌的 Fe 蛋白可以在環境條件下將 CO2 和 CO 還原成碳氫化合物。此外，還證明了這種反應性是 [Fe4S4] 簇固有的，表明了合成 [Fe4S4] 化合物催化溶液中相同環境反應的能力。理論計算提出了一種涉及醛類中間體的反應機理，該中間體在質子偶聯電子轉移和伴隨的去除水分子時能夠產生烴產物。這些結果為基于 FeS 的活化和還原 CO2 和 CO 的機理研究提供了框架，同時促進了能夠將 CO2 和 CO 環境條件下轉化為燃料產物的 FeS 催化劑的潛在發展。（Nature Catalysis DOI: 10.1038/s41929-018-0079-4） 

       7. 能谷分裂二維半導體中的 Holstein 極化子

       (Holstein polaron in a valley-degenerate two-dimensional semiconductor)

       材料名稱：表面摻雜的分層半導體 MoS2

       研究團隊：韓國延世大學Keun Su Kim研究組

       二維（2D）晶體已經成為一類具有可調載流子密度的材料。載流子摻雜到二維半導體可用于調制多體相互作用并探索新型復合粒子。Holstein 極化子是一種電子的小復合粒子，它攜帶自發誘發的晶格變形（或聲子）云，而這被認為在器件中的高溫超導和載流子遷移率方面發揮關鍵作用。Kang 等人報導了表面摻雜的分層半導體 MoS2 中 Holstein 極化子的發現，而在 MoS2 中最近發現了臨界溫度為 12K 的令人迷惑的 2D 超導圓頂。Kang 等人還利用電荷載流子的高分辨能帶映射，發現強能帶重整化被認為是 Holstein 極化子迄今未觀察到的光譜函數。MoS2 中電子-聲子（e-ph）耦合的短程性質可以用其谷值簡并度來解釋，谷簡并性使得聲學聲子介導的強通道間耦合成為可能。耦合強度沿超導穹面逐漸增大，直至中間區域，這表明二維超導中存在雙極化子對。（Nature Materials  DOI: 10.1038/s41563-018-0092-7）