2023年2月第四周（2.20~2.28）
Science
《科學》：Vol. 379, No. 6634
瑞典林雪平大學Strakosas等：代謝物誘導的無襯底有機生物電子器件的體內製造
將電子器件與神經組織連接對於理解複雜的生物功能至關重要，但傳統的生物電子器件由剛性電極組成，與生命系統根本不兼容。靜態固態電子學和動態生物物質之間的差異使得兩者的無縫集成具有挑戰性。為了解決這種不相容性，我們開發了一種在生物環境中動態創建無軟基質導電材料的方法。我們在斑馬魚和水蛭模型中證明了體內電極形成，使用內源性代謝物觸發可注射凝膠內有機前體的酶促聚合，從而形成具有遠程導電性的導電聚合物凝膠。這種方法可用於靶向特定的生物亞結構，並適用於神經刺激，為神經系統內的完全集成、體內製造的電子器件鋪平了道路。
該研究報導了一種在脊椎動物和無脊椎動物模型中由內源性代謝物驅動的酶促聚合策略，用於體內形成無基質有機電子元件。將含有酶和小的電活性單體的凝膠注射到生物組織中，內源代謝物誘導單體的聚合。這導致有機電子凝膠不需要剛性的，因此固有的生物學和流變學不相容的基底材料。在瓊脂糖凝膠、細胞培養物、斑馬魚和水蛭模型系統以及哺乳動物肌肉組織中證明了這種體內製造的凝膠電極，並將其作為OECT中的通道材料，證明了內源性燃料聚合方法的廣泛通用性。
從光譜、電學、機械和神經生理學研究中得出結論，已開發的電極技術形成了生物-電子融合，具有與生命系統無縫集成所需的精確性能和兼容性特徵，遠遠超出了薄膜和/或基於基板的生物電子學的當前技術水平。優化了凝膠配方，得到了穩定性好、生物相容性好的導電高分子凝膠。由於過多的代謝物，我們的方法不限於特定的生物模型，而是相當通用的，並且可以定製以匹配與它們相應的氧化酶（代謝物、神經遞質、其他生物標誌物）匹配的內源性物質的局部通量。此外，內源性化合物驅動的聚合方法不需要靶細胞或組織的基因操作，使其更容易翻譯。此外，選擇性聚合與單體向聚合物轉變引起的顏色變化相結合，可用於感興趣區域的局部染色。我們相信，這些局部和體內形成的有機電子系統預示著電子學與生物學的發展和界面的範式轉變，無縫地模糊了生物和技術或電子材料和系統之間的區別。
Nature
《自然》：Volume 614 Issue 7949
以色列魏茨曼科學研究所Inbar等：量子扭曲顯微鏡
掃描探針顯微鏡的發明徹底改變了電子現象的可視化方式。而現在的探測器可以在太空中的一個單一位置獲得各種電子特性掃描顯微鏡可以直接探測電子在幾個位置的量子力學存在，這將提供對電子系統的關鍵量子性質的直接訪問，這是迄今為止無法實現的。在這裡，我們展示了一種概念上的新型掃描探針顯微鏡——量子扭曲顯微鏡（QTM）——能夠在其尖端進行局部干涉實驗。QTM基於獨特的貨車尖端，允許創建原始的二維結，這為電子隧穿到樣品中提供了大量相干干涉路徑。通過在尖端和樣品之間增加連續掃描的扭轉角，該顯微鏡沿著動量空間中的線探測電子，類似於掃描隧道顯微鏡沿著真實的空間中的線探測電子。
通過一系列實驗，我們證明了室溫量子相干性，研究了扭曲雙層石墨烯的扭曲角演化，直接成像了單層和扭曲雙層石墨烯的能帶，最後，在施加較大的局域壓力的同時可視化了扭曲雙層石墨烯的低能帶的逐漸平坦化。QTM為量子材料的新型實驗開闢了道路。
QTM為兩個獨立的研究方向開闢了道路：首先，它提供了一種在大量量子材料之間產生高度可控的新界面的新方法。具體而言，它能夠連續控制這些接口的關鍵參數：它們的扭轉角。該技術應當普遍適用於過多的層狀導體、半導體和超導體。其次，它是一種新型的掃描顯微鏡，可以直接觀察電子系統的能量-動量色散。因此，如果它被隧道電子激發，它可以探測任何激發的色散，帶電或中性。測量可以在大磁場下進行，具有可變的載流子密度和由局部門控制的電位移場，以及連續可調的壓力。QTM的橫向掃描能力將進一步實現電子設備內具有高空間解析度（大約100 nm）的空間掃描動量分辨測量。由於QTM技術相對簡單且功能強大，我們期望QTM能成為實驗凝聚態物理學武器庫中一個有價值的新工具。
美國加州大學伯克利分校Zhao等：石墨烯中流體動力等離子體激元和能量波的觀測
熱激發的電子和空穴在超淨石墨烯中形成量子臨界狄拉克流體，其電動力學響應由普適流體動力學理論描述.流體力學的狄拉克流體可以擁有與費米流體截然不同的有趣的集體激發。本文報導了在超淨石墨烯中觀察到的流體動力學等離子體激元和能量波。利用片上太赫茲（THz）光譜技術測量了石墨烯微帶的THz吸收光譜以及能量波在石墨烯中接近電中性處的傳播。我們觀察到超淨石墨烯中的狄拉克流體具有顯著的高頻流體力學雙極等離子體共振和較弱的低頻能量波共振。流體動力學雙極等離子體激元的特徵是石墨烯中無質量電子和空穴的反相振盪。流體動力學能量波是電子-空穴聲模式，兩個電荷載流子同相振盪並一起運動。時空成像技術表明，能量波以特徵速度VF/√2傳播接近電中性。我們的觀測為探索石墨烯系統中的集體流體動力學激發提供了新的機會。
該研究利用新的片上太赫茲光譜技術觀測到了狄拉克流體的流體動力學等離子體激元和流體動力學能量波。研究為探索低維材料中的集體流體動力學激發提供了新的機會。
美國馬里蘭大學Xu等：極端工作條件下鋰離子電池的電解質設計
廣泛應用的理想電解質LiNi0.8Mn0.1Co0.1O2(NMC811) ||石墨鋰離子電池預計具有支持更高電壓（≥ 4.5伏）、快速充電（≤ 15分鐘）、在寬溫度範圍（± 60攝氏度）內充電/放電（無需鍍鋰）和不易燃的能力。沒有現有的電解質同時滿足所有這些要求，並且電解質設計由於缺乏解決電池性能、溶劑化結構和固體-電解質-界面化學之間的關係的有效指導原則而受到阻礙。
在此，報告並驗證了一種基於一組軟溶劑的電解質設計策略，該策略在弱Li+離子與溶劑相互作用、充分的鹽解離和所需的電化學之間取得平衡，以滿足上述所有要求。值得注意的是，面積容量超過2.5毫安時/平方厘米的4.5伏NMC811 ||石墨紐扣電池在零下50攝氏度（零下60攝氏度）下以0.1C的C率充電和放電時，可保持其室溫容量的75%（54%），使用貧電解質（2.5克/安培小時）的NMC811 ||石墨袋式電池在零下30攝氏度下可實現穩定的循環，平均庫侖效率超過99.9%。綜合分析進一步揭示了NMC811陰極和石墨陽極之間的阻抗匹配，這是由於形成了類似的富含氟化鋰的界面，從而有效地避免了在低溫下鍍鋰。這種電解質設計原理可以擴展到在極端條件下工作的其他鹼金屬離子電池。