这六篇Nature子刊，都用到了同一个科研软件！

使用聚合诱导的相分离直接打印功能性3D对象

Direct printing of functional 3D objects using polymerization-induced phase separation. Nat Commun 12, 55 (2021).

3D打印技术能使得材料，几何形状和功能特性以独特的方式组合在一起，而这是传统制造技术无法实现的，然而， 3D打印在同时打印多种材料时遇到的物理挑战，阻碍了它被用作功能对象的主流制造平台。还原聚合提供了一种基于聚合物化学的方法来生成智能对象，其中相分离用于控制材料的空间定位，因此可以立即进行控制，实现最终3D打印对象的理想形态和功能特性。这项研究表明如何通过明智地选择光敏树脂组分来控制胶凝动力学，交联密度和材料扩散率，从而可以调节不同材料相的空间分布，从而生成从功能涂层，复合材料到各种形态的连续体。该技术支持3D压阻传感器，5G天线和抗菌物品的制造，在智能或功能部件的3D打印中有巨大的应用前景。

功能对象的3D 聚合诱导的相分离打印机制

聚合物控制的成核途径，实现有机-无机钙钛矿单晶的普遍生长

A polymer controlled nucleation route towards the generalized growth of organic-inorganic perovskite single crystals. Nat Commun 12, 2023 (2021).

最近，有机-无机卤化铅钙钛矿单晶的生长取得了重大进展，然而，由于它们易受影响的成核生长机理以及对溶剂的苛刻要求，实现这些单晶的有效且普遍生长仍然具有挑战性。在这里，我们 告了通过聚合物控制成核过程的工作，该过程可用于大尺寸高质量的简单三元，混合阳离子和混合卤化物钙钛矿单晶的高效生长。其中，FAPbBr3单晶的载流子寿命大大提高到10199 ns。合成了混合的MA / FAPbBr3单晶。该过程的关键点是聚合物氧基团与Pb2 +之间的适当配位相互作用，从而使核浓度大大降低了多达4个数量级。这种聚合物控制的路线将有助于优化基于溶液的OIHPs晶体的生长，并促进钙钛矿单晶的应用。

有机-无机卤化物钙钛矿单晶的照片

纳米级成像揭示原子级厚度的CrBr3中的磁畴和畴壁钉扎

Magnetic domains and domain wall pinning in atomically thin CrBr3 revealed by nanoscale imaging. Nat Commun 12, 1989 (2021).

原子级厚度的范德华磁体的出现为二维磁性及其应用提供了一个新的平台。然而，最近研究中广泛使用的测量方法无法提供磁化强度的定量信息，也无法实现纳米级的空间分辨率。这些功能对于探索磁畴和自旋纹理的丰富属性至关重要。在这里，我们采用金刚石探针中氮空位中心的单电子自旋进行低温扫描磁力分析，以明确证明磁畴的存在并研究原子薄的CrBr3中的动力学。通过控制作为磁场函数的磁畴演化，我们发现钉扎效应是主要的矫顽力机制，并将CrBr3双层的磁化强度确定为每平方纳米26 Bohr磁子。此技术的高空间分辨率可实现磁畴成像，并允许定位缺陷区域，从而将畴壁钉住并形成反向畴核。我们的工作着重介绍了扫描氮空位中心磁力测定法作为定量探针以探索二维磁体中纳米级特征的方法。

低温扫描磁力计，在金刚石尖端只有单个氮空位中心

无线免电池完全植入式多峰录音和神经调节工具，适用于鸣禽

Wireless battery free fully implantable multimodal recording and neuromodulation tools for songbirds. Nat Commun 12, 1968 (2021).

用于中枢和周围神经系统讯问的无电池且完全可植入的工具，在数量上扩展了研究自由移动啮齿动物的机理和电路水平行为的能力。这种设备的重量轻，占地面积小，可以进行完全的皮下植入，从而能够进行对受试者行为的影响最小的研究，并在一系列实验范式中得到广泛应用。尽管这些优势已在主要以2D方式运动的啮齿动物中得到了成功证明，无线和无电池设备的全部潜能都可以利用飞行物来解决，在这种情况下，很难或不可能用系留设备进行讯问。在这里，我们 告了一个无线，无电池，多模式的平台，该平台能够以高度小型化的形式进行光遗传学刺激和生理温度记录，以用于鸣禽。该系统通过行为指导的主天线设计和先进的能量管理来启用，以确保在整个3D实验舞台上稳定的光遗传学刺激和热成像。总的来说，这些设计方法在数量上将无线皮下植入式神经调节和传感工具的使用范围扩大到了先前从体内实时实验中排除的物种。

设备概述和基本操作原理

通过稀土掺杂物的偏振发光测量纳米晶体的3D取向

Measuring 3D orientation of nanocrystals via polarized luminescence of rare-earth dopants. Nat Commun 12, 1943 (2021).

纳米物体的取向可以通过检查光学探针的偏振发射来测量。要检索三维（3D）方向，必须沿多个视角观察探针（偶极子）并使用旋转分析仪进行扫描是必不可少的。但是，这种方法需要复杂的光学设置，并且会受到各种外部误差源的影响。在这里，我们提出了一种根本不同的方法，该方法采用了掺杂镧系元素的磷光体中固有的耦合多个发射偶极子。同时观察不同的偶极子并比较它们的相对强度可以从单个视角确定3D方向。此外，源自镧系元素发光的电偶极子和磁偶极子的独特性质使得能够通过单次发射光谱进行即时取向分析。我们演示了使用常规荧光显微镜对Eu3 +掺杂的NaYF4纳米晶体进行简单的取向分析。棒状纳米晶体的直接成像证明了测量的高精度。这种方法将提供对各种纳米和生物分子系统的力学行为的见解。

NaYF4纳米晶体中掺杂的Eu3 +发射的偶极子构型和极化光谱

由半导体纳米晶体中的表面陷阱驱动的动态晶格畸变

Dynamic lattice distortions driven by surface trapping in semiconductor nanocrystals. Nat Commun 12, 1860 (2021).

非辐射过程限制了纳米晶体的光电功能并限制了其器件性能。然而，这种材料的非辐射弛豫的动态结构起源尚不清楚。在这里，飞秒电子衍射测量得到原子模拟的证实，揭示了胶体半导体纳米晶体中伴随无辐射电子过程的瞬态晶格变形。对核/壳系统中激发能依赖性的研究表明由比带隙大得多的光子能量产生的热载流子会在几皮秒的时间尺度上，在纳米晶体表面上引起与陷阱空穴的定位有关的结构变形。另一方面，在同一系统中，由光子能量接近核心带隙的光子所产生的载流子会导致瞬态晶格加热，发生的时间更长（200皮秒），主要是俄歇加热机制。阐明与热孔表面陷获有关的结构变形提供了原子级的洞察力，以了解恶化光电性能的机制，以及将纳米晶体器件中的这些损失降至最低的途径。

飞秒电子在胶体纳米晶体上的衍射

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