七阶段冻结模型有助材料凝固研究

过冷水滴被广泛用于研究过冷水、冰成核和液滴冻结。过冷水滴在大气中的冻结影响云动力学和气候反馈，并通过产生二次冰来加速云的冻结。

液滴冻结的随机性使两个冻结液滴不可能完全相同。研究人员使用光学显微镜和X射线激光衍射，研究了真空中数万个微水滴的冻结过程。在水滴图像的基础上建立了七阶段冻结模型，并用该模型对衍射数据计时。

冰晶衍射结果表明，长程晶序冻结不到1毫秒即可形成，而剩余液体的衍射结果则与融冰上的准液体层相似。冰刚冻结时具有六方晶体结构，这是一种早期亚稳态，且先于具有堆叠缺陷的冰形成。

该技术可助力冻结动力学研究，云中的水滴冻结，或助力了解其他材料的快速凝固。

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https://doi.org/s41586-023-06283-2

发光有机自由基实现可逆自旋光界面

稳定的自旋光学界面是利用材料量子资源的关键。但目前碳基候选材料均不发光，这限制了人们进行光学读出。

研究人员设计出一种发射双重态和三重态能级之间的能量共振，并实现了三甲基咔唑自由基和蒽的共价偶联。研究发现，双光子激发在几皮秒内连接到并苯上，随后演化为1.8 电子伏特附近混合自由基-三重态特征的纯高自旋态。即使在295K温度下，这些高自旋态也可用于微波相干寻址，并通过反向系间窜越到发射态来实现光学读出。

此外，对于双自由基，在返回基态时，先前不相关的自由基自旋均显示出很强的相关性。该方法在室温下同时支持高效初始化、自旋调控和基于光的读出。发光和高自旋态集成为新兴量子技术创造了一个有机材料平台。

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https://doi.org/s41586-023-06222-1

金属疲劳裂纹可“冷焊”自动修复

金属疲劳是指在重复机械载荷作用下，金属裂纹扩展而逐渐失效。在实际应用中，人们通过安全系数设置来预防金属疲劳，或在抗疲劳金属设计中，用微观结构改变来阻止或减缓裂纹发展。

金属中裂纹的扩展通常不可逆，相比之下，其他材料实际上存在裂纹修复机制或伤害逆转方法。在该研究中，研究人员发现纯金属的疲劳裂纹也可以自修复。他们直接观察了纳米级疲劳裂纹的早期发展，发现裂纹在局部微观结构障碍处出现前进、偏转和停止的情况。出乎意料的是，裂纹能通过局部应力状态和晶界迁移共同引发的侧面“冷焊”过程自我修复。

金属疲劳裂纹可通过与微观结构特征的局部相互作用而在其中自动修复，这给工程师设计和评估结构材料寿命提出了新课题。

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https://doi.org/s41586-023-06223-0

新型配合物提高太阳能电池转换效率

钙钛矿半导体掺杂及其晶界钝化颇具挑战，但对推进高效钙钛矿太阳能电池发展至关重要。

研究人员报告了一种基于二甲基吖啶的分子掺杂工艺，用于构建匹配良好的钙钛矿接触以及晶界的全面钝化，并实现了25.39%的认证功率转换效率（PCE）。在氯苯淬火结晶过程中，通过分子挤压过程，分子从前驱体溶液被挤压到晶界和薄膜表面底部。

这种分子去质子化磷酸基团与钙钛矿聚碘化铅之间的配合物，既能进行机械吸收又能进行电荷转移，这导致钙钛矿膜的p型掺杂。研究组由此创造出一种PCE为25.86%的高效设备，在光照1000小时后仍可保持96.6%的初始PCE。

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https://doi.org/s41586-023-06207-0

（未玖编译）