2020年已经拉开帷幕，从元旦开始的最近10天内，由中国科研单位作为通讯单位和第一单位，中国学者领导的一系列研究取得重大突破，发表于Science和Nature杂志。另外，由中国高校作为通讯单位重点合作的研究，或者应邀撰写的述评文章，也发表在Science或Nature杂志。其中至少包括：

1. Nature：首次实现二维冰的边界和生长结构的高分辨成像

经过近百年的探索，冰的各种三维冰相已被相继发现。那么，冰在二维极限下是否能独立稳定存在呢？有鉴于此，北京大学江颖，徐莉梅，王恩哥与美国内布拉斯加大学林肯分校曾晓成等通过精确控制温度和水压，成功在疏水的金衬底（Au(111)）上生长出了一种单晶二维冰结构，首次实现二维冰的边界和生长结构的高分辨成像，用强有力的证据回答了这个争议百年的问题。

参考文献：

RunzeMa, Duanyun Cao, Chongqin Zhu, Ye Tian, Xiao Cheng Zeng*, Li-Mei Xu*, En-GeWang,* Ying Jiang*, et al.Atomic imaging of the edge structure and growth of atwo-dimensional hexagonal ice. Nature, 2019

https://www.nature.com/articles/s41586-019-1853-4

2. Nature：发展了一种超平滑石墨烯薄膜的CVD制备方法

CVD是生长高品质石墨烯的重要方法，已经发展了十年之久。问题在于，石墨烯与生长基地之间结合牢固，导致往往不可避免地产生大量褶皱，极大地影响了石墨烯的最终应用效果。那么，这些褶皱到底对石墨烯性能有多大影响？能否做出没有褶皱的石墨烯呢？

有鉴于此，南京大学高力波教授课题组给出了肯定的回答。他们采用一种质子辅助的CVD方法，实现了无褶皱的超平滑石墨烯薄膜的制备。通过质子的渗透和复合形成氢，也可以减少传统CVD策略中石墨烯的褶皱。由于范德华相互作用的耦合，以及和生长表面之间的距离，很多褶皱都消失不见。由此生长得到的超平滑石墨烯电子能带结构表现出V形的狄拉克锥和线性色散，从而证明了石墨烯与基底之间的去耦合作用。这种超平滑特性使得石墨烯通过湿法转移后，保持清洁的表面，保留其固有性能，并有望用于其他二维材料的制备中，为二维材料的制备提供了新的解决方案。

参考文献：

GuowenYuan Proton-assisted growth of ultra-flat graphene films. Nature 2020, 577, 204–208.

https://www.nature.com/articles/s41586-019-1870-3

3. Science：首次实验实现，具有两个独立合成维度的单个光学腔

合成维度的概念为实现有效的规范势和拓扑物理学提供了多功能平台。近年来，从超冷原子物理学到光子学，合成维度引起了许多科学领域的关注。有鉴于此，斯坦福大学Shanhui Fan和上海交大Luqi Yuan等人首次在实验上实现，在单个光学腔内人工合成两个独立的物理维度。该系统由一个时间调制的环形谐振器组成，该谐振器在顺时针和逆时针模式之间具有空间耦合，沿着频率和伪自旋自由度为光子在环中传播创建了一个合成霍尔梯。研究人员还观察到光场等效磁规范势、拓扑单项边界流等物理现象，这些信号合成维度上得到明显体现。这样研究表明，利用合成维度的概念可以在简单的系统中研究高维物理，并未光场操纵提供了新的思路。

参考文献：

A single photonic cavity with two independent physical synthetic dimensions，Science，2020 

DOI: 10.1126/science.aaz3071

https://science.sciencemag.org/content/367/6473/59

4. Science：甲烷直接低温制甲醇转化率极限突破！

甲烷直接催化氧化制甲醇一直是催化科学和工业界的一个难点问题。这主要是因为，由于甲烷的C-H键强度高、电子亲和能小和极化率低，直接转化过程十分困难。此外，甲醇比甲烷更容易氧化，通常在反应条件下导致合成的甲醇被氧化。有鉴于此，浙江大学肖丰收教授、王亮研究员等人提出了分子围栏的概念，通过在硅酸铝沸石晶体中固定AuPd合金纳米粒子，再用有机硅烷修饰沸石的外表面，设计制备了一种在温和温度(70°C)下通过原位生成过氧化氢来提高甲烷氧化中甲醇产率的多相催化剂。硅烷可以使氢、氧和甲烷扩散到催化剂活性位点，同时将生成的过氧化氢限制在活性位点附近提高局部富集浓度，从而大大提高了反应效率和选择性，甲烷转化率高达17.3%时，甲醇选择性可达92%，是当前的最高水平。

参考文献：

Zhu Jin, etal. Hydrophobic zeolite modification for insitu peroxide formation in methaneoxidation to methanol. Science, 2020.

DOI:10.1126/science.aaw1108

https://science.sciencemag.org/content/367/6474/193?rss=1

5. Science：铁基超导中发现马约拉纳零能模定量证据

量子位是构建大型可拓展量子计算机的基本单元，而形成量子位的关键在于：稳定且不受外界噪音干扰的量子态系统。超导材料中可能存在的马约拉纳零能模为实现稳定的量子位提供了可行的方案，但是始终没有直接的证据证明马约拉纳模型的存在。有鉴于此，中科院物理所高鸿钧、丁洪和张余洋等人通过隧穿耦合强度可变的扫描隧道谱（STS）研究了FeTe_0.55Se_0.45超导体中磁通涡旋束缚态的隧穿电导。实验中，作者观测了电导平台随隧穿耦合强度的变化，发现电导能接近甚至达到量子电导值2e²/h。相比之下，在有限能量涡旋束缚态，或是超导带隙外的电子态连续区，实验并未观测到电导平台。综合以上，作者认为，所观测到的零能模电导平台是支撑FeTe_0.55Se_0.45中存在MZMs的有力证据。

参考文献：

Shiyu Zhu et al. Nearly quantized conductance plateau of vortex zero mode in aniron-based superconductor. Science 2020, 367, 189-192.

DOI:10.1126/science.aax0274

https://science.sciencemag.org/content/367/6474/189

6. Science：NaCl表面吸附CO——正着可以，反着也行！

固体表面吸附CO分子是基础表面科学领域一个经典模型。复旦大学吴施伟课题组应邀在Science发表文章，对德国哥廷根大学Alec M. Wodtke团队最新成果进行述评。在之前的多数研究中，双原子分子CO沿表面的法向方向吸附，C原子在内，O原子在外——这种构型称为“C-down”吸附结构。研究人员在NaCl(100)表面发现了相反的构型——“O-down”吸附结构（即O在内，C在外）。“C-down”与“O-down”结构的共存揭示了凝聚态中异构双井量子系统的存在。这两种构型都与NaCl(100)表面之间存在明显的相互作用——在Na+吸附位点，“C-down”构型是吸引作用，而“O-down”构型是排斥作用。总之，该项研究丰富了CO分子的吸附模型，也为凝聚态量子异构化的理论研究提出了更高的要求。

参考文献：

1.Shiwei Wu. Flipping carbon monoxide on a salt surface. Science, 2020.

DOI:10.1126/science.aba1100

https://science.sciencemag.org/content/367/6474/148

2.Jascha A. Lau, Arnab Choudhury, Li Chen, Dirk Schwarzer, Varun B. Verma, AlecM. Wodtke. Observation of an isomerizing double-well quantum system in thecondensed phase. Science, 2020.

https://science.sciencemag.org/content/367/6474/175

文章不是唯一，文章也不代表一切，但是首先你得有。希望在2020年，我们的科研实力能够得到进一步增强，无论在基础研究还是应用研究领域，都能涌现出更多有特色的、突破性的、甚至变革性的科研成果。