2016年Nature Nanotechnology封面重大科研成果

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【前言】

轉眼邁入2017年，你是否依然馬不停蹄地奮鬥在科研的第一線？你可曾想過梳理過去一年的科研進展？本篇文章匯總了2016年Nature Nanotechnology的11期封面文章（第十期為紀念刊），期待通過回顧過去一年的全球研究亮點來開啟你的2017科研路。

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【成果速覽】

2016年1月刊：可逆納米容器中的化學

光響應分子功能化的納米粒子可在紫外光照射下組裝成超晶（supracrystals），在可見光照射下又可解組裝。這種動力學結構可以誘捕溶液中的小分子並加速化學反應過程。本期封面圖片描繪了蒽在超晶結構中的二聚反應，反應物不斷進入的同時產物也被不斷排出。

封面文章：Reversible trapping and reaction acceleration within dynamically self-assembling nanoflasks（Nat. Nanotechnol.，2016，DOI：10.1038/nnano.2015.256）

2016年2月刊：專為選擇性輸運而設計的DNA通道

生物離子通道控制著細胞膜跨膜運輸，而人工合成此類通道的類似物可以應用於感測器和藥物釋放等領域，然而可控合成人工通道依然極具挑戰性。Stefan Howorka及其同事目前成功製備了仿生分子閥門，這種閥門可以用於控制物質的雙層跨膜輸運。該仿生閥門有DNA鏈組成，可以通過帶電荷基團來識別有機小分子的輸運。

封面文章：A biomimetic DNA-based channel for the ligand-controlled transport of charged molecular cargo across a biological membrane（Nat. Nanotechnol.，2016，DOI：10.1038/nnano.2015.279）

2016年3月刊：硅的貝爾不等式違反現象

所謂違反貝爾不等式（bell inequality）可以被視為有能力創造和控制一對量子比特的量子態的證據。Andrea Morello等人證明了硅中一對量子比特存在貝爾不等式違反現象。本期封面圖片對磷原子量子態的測量數據進行可視化繪製，表現了作為量子計算核心的糾纏量子態的存在。

封面文章：Bell"s inequality violation with spins in silicon（Nat. Nanotechnol.，2016，DOI：10.1038/nnano.2015.262）

2016年4月刊：「點水成金」

水污染時刻影響著每一個人的生活，然而現有污水凈化方法成本過高。Raffaele Mezzenga以及Sreenath Bolisetty發展了一種由澱粉樣纖維以及多孔碳組成的雜化膜。利用這種成本低廉的過濾膜可以有效去除水中的放射性廢物以及重金屬離子。另外，這種澱粉基膜可以將重金屬離子污染物還原成金屬納米顆粒或者金屬薄膜。

封面文章：Amyloid–carbon hybrid membranes for universal water purification（Nat. Nanotechnol.，2016，DOI：10.1038/nnano.2015.310）

2016年5月刊：輕鬆製備單層石墨烯

Bernal雙層石墨烯（BLG）在電場作用下擁有可調帶隙，這一性質在光電和電子領域均有深遠的應用價值。然而高品質BLG的規模化合成一直是一個不小的挑戰。Rodney Ruoff，James Hone，Luigi Colombo以及他們的同事如今證明利用氧氣活化化學氣相沉積可以在銅箔上生長出接近毫米級別並且帶隙值超過100meV的BLG。本期封面圖片演繹了標記有碳同位素的BLG的拉曼映射圖像，可以看到BLG呈六邊形並被單層石墨烯包圍。這種類型的拉曼映射圖像能夠幫助闡明BLG的生長機制。

封面文章：Oxygen-activated growth and bandgap tunability of large single-crystal bilayer graphene（Nat. Nanotechnol.，2016，DOI：10.1038/nnano.2015.322）

2016年6月刊：製造磁性納米圖案

用於在納米尺度控制磁性的工具對光學、電子學以及自旋電子學的發展是至關重要的。E. Albisetti，D. Petti，E. Riedo，R. Bertacco以及他們的團隊如今為創造可完全重構磁性納米圖案引入了一個新的概念，熱學輔助磁性掃描探針光刻（thermally assisted magnetic scanning probe lithography）。在這種方法里，熱納米尖端能夠在反鐵磁性/鐵磁性多層薄膜中實現高度的局域場冷卻。這一方法中，在不改變薄膜化學和拓撲學的條件下，可利用可控的自旋狀態實現磁性納米結構的可逆圖案化。

封面文章：Nanopatterning reconfigurable magnetic landscapes via thermally assisted scanning probe lithography（Nat. Nanotechnol.，2016，DOI：10.1038/nnano.2016.25）

2016年7月刊：化學電子學的意義

傳統的電子電路是以半導體材料為基礎，然而，非硅基器件也越來越受到研究的關注。Yong Yan，Scott Warren，Patrick Fuller以及Bartosz Grzybowski近期製備了僅僅基於功能化金屬納米顆粒的柔性電子電路。這種化學電子器件整合了用有機配體功能化過的金屬納米顆粒，可以檢測、加工和報告諸如濕度等化學信號。

封面文章：Chemoelectronic circuits based on metal nanoparticles（Nat. Nanotechnol.，2016，DOI：10.1038/nnano.2016.39）

2016年8月刊：仿神經元相轉變材料

神經膜（neuronal membrane）能夠從附近的神經元中收集並整合突觸後電位（postsynaptic potential）信號，當這一信號值達到某一閾值後，將會觸發動作電位。受此啟發，Tomas Tuma，Evangelos Eleftheriou和同事們利用工作時間尺度為納秒的單納米器件成功復現了這一整合-觸發功能。為了實現這一目標，研究人員開發了可在非晶和晶態之間進行可逆相轉變硫族化合物材料。這些器件表現出內在的隨機動力學和生物神經元類似性，在神經形態計算領域將有潛在的應用價值。

封面文章：Stochastic phase-change neurons（Nat. Nanotechnol.，2016，DOI：10.1038/nnano.2016.70）

2016年9月刊：「複合擊打」石墨烯鼓

納米機械器件在量子物理學和質量檢測等領域均受到高度的研究關注。石墨烯基諧振器表現出高共振頻率以及多樣化機械模式等特點。利用低張力（low-tension）的石墨烯鼓（graphene drums），Mandar Deshmukh等人實現了張力介導的多模式非線性耦合併展現了增大諧振器運動振幅的能力。本期封面圖片就形象地展示了石墨烯鼓兩種模式的動態耦合以及產生的能量轉移現象。

封面文章：Dynamical strong coupling and parametric amplification of mechanical modes of graphene drums（Nat. Nanotechnol.，2016，DOI：10.1038/nnano.2016.94）

2016年11月刊：原子硬碟

安置單個原子技術的出現為實現具有極高存儲密度的數據讀寫提供了可能。Floris Kalff等學者發展了一種新型技術，在這種技術中，銅晶體上的單個氯原子所在的位置均可被用於編碼。本期封面圖片是一張原子比特圖案的掃描隧道顯微圖像。

封面文章：A kilobyte rewritable atomic memory（Nat. Nanotechnol.，2016，DOI：10.1038/nnano.2016.131）

2016年12月刊：一維DNA鏈

為了完成數種功能，DNA在自然狀態下呈現凝聚形態。這種DNA的凝聚展現出了缺乏空間組織性的多分散結構。Simmel，Bar-Ziv以及他們的團隊利用電子束在可光修飾（photo-modifiable）的生物晶元上進行圖案化，可致使DNA樹突（DNA dendrites）崩塌形成一維纖維。這一系統不僅實現了DNA微觀尺度圖案化，也可以與DNA納米技術聯合用來傳播生物信號。

封面文章：DNA condensation in one dimension（Nat. Nanotechnol.，2016，DOI：10.1038/nnano.2016.142）（見下方「閱讀原文」）

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