The controlled exfoliation of hexagonal boron nitride (h-BN) into single- or few-layered nanosheets remains a grand challenge and becomes the bottleneck to essential studies and applications of h-BN. Here, we present an efficient strategy for the scalable synthesis of few-layered h-BN nanosheets (BNNS) using a novel gas exfoliation of bulk h-BN in liquid N2 (L-N2 ). The essence of this strategy lies in the combination of a high temperature triggered expansion of bulk h-BN and the cryogenic L-N2 gasification to exfoliate the h-BN. The produced BNNS after ten cycles (BNNS-10) consisted primarily of fewer than five atomic layers with a high mass yield of 16-20 %. N2 sorption and desorption isotherms show that the BNNS-10 exhibited a much higher specific surface area of 278 m(2) g(-1) than that of bulk BN (10 m(2) g(-1) ). Through the investigation of the exfoliated intermediates combined with a theoretical calculation, we found that the huge temperature variation initiates the expansion and curling of the bulk h-BN. Subseqently, the L-N2 penetrates into the interlayers of h-BN along the curling edge, followed by an immediate drastic gasification of L-N2 , further peeling off h-BN. This novel gas exfoliation of high surface area BNNS not only opens up potential opportunities for wide applications, but also can be extended to produce other layered materials in high yields.

An FeGa@P(VDF-TrFE) wire-shaped magnetoelectric nanorobot is designed and fabricated to demonstrate a proof-of-concept integrated device, which features wireless locomotion and on-site triggered therapeutics with a single external power source (i.e., a magnetic field). The device can be precisely steered toward a targeted location wirelessly by rotating magnetic fields and perform on-demand magnetoelectrically assisted drug release to kill cancer cells. As a service to our authors and readers, this journal provides supporting information supplied by the authors. Such materials are peer reviewed and may be re-organized for online delivery, but are not copy-edited or typeset. Technical support issues arising from supporting information (other than missing files) should be addressed to the authors. Please note: The publisher is not responsible for the content or functionality of any supporting information supplied by the authors. Any queries (other than missing content) should be directed to the corresponding author for the article.

Organic-inorganic hybrid perovskites are promising candidates for the next-generation solar cells. Many efforts have been made to study their structures in the search for a better mechanistic understanding to guide the materials optimization. Here, we investigate the structure instability of the single-crystalline CH3NH3PbI3 (MAPbI3) film by using transmission electron microscopy. We find that MAPbI3 is very sensitive to the electron beam illumination and rapidly decomposes into the hexagonal PbI2. We propose a decomposition pathway, initiated with the loss of iodine ions, resulting in eventual collapse of perovskite structure and its decomposition into PbI2. These findings impose important question on the interpretation of experimental data based on electron diffraction and highlight the need to circumvent material decomposition in future electron microscopy studies. The structural evolution during decomposition process also sheds light on the structure instability of organic-inorganic hybrid perovskites in solar cell applications.

Relaxor ferroelectric (RFE) films are promising energy-storage candidates for miniaturizing high-power electronic systems, which is credited to their high energy density ( U e ) and efficiency. However, advancing their U e beyond 200 joules per cubic centimeter is challenging, limiting their potential for next-generation energy-storage devices. We implemented a partitioning polar-slush strategy in RFEs to push the boundary of U e . Guided by phase-field simulations, we designed and fabricated high-performance Bi(Mg 0.5 Ti 0.5 )O 3 -SrTiO 3 –based RFE films with isolated slush-like polar clusters, which were realized through suppression of the nonpolar cubic matrix and introduction of highly insulating networks. The simultaneous enhancement of the reversible polarization and breakdown strength leads to a U e of 202 joules per cubic centimeter with a high efficiency of ~79%. The proposed strategy provides a design freedom for next-generation high-performance dielectrics.

Abstract The compromise of contradictive parameters, polarization, and breakdown strength, is necessary to achieve a high energy storage performance. The two can be tuned, regardless of material types, by controlling microstructures: amorphous states possess higher breakdown strength, while crystalline states have larger polarization. However, how to achieve a balance of amorphous and crystalline phases requires systematic and quantitative investigations. Herein, the trade‐off between polarization and breakdown field is comprehensively evaluated with the evolution of microstructure, i.e., grain size and crystallinity, by phase‐field simulations. The results indicate small grain size (≈10–35 nm) with moderate crystallinity (≈60–80%) is more beneficial to maintain relatively high polarization and breakdown field simultaneously, consequently contributing to a high overall energy storage performance. Experimentally, therefore an ultrahigh energy density of 131 J cm −3 is achieved with a high efficiency of 81.6% in the microcrystal‐amorphous dual‐phase Bi 3 NdTi 4 O 12 films. This work provides a guidance to substantially enhance dielectric energy storage by a simple and effective microstructure design.

Epitaxial crystallization of complex oxides provides the means to create materials with precisely selected composition, strain, and orientation, thereby controlling their functionalities. Extending this control to nanoscale three-dimensional geometries can be accomplished via a three-dimensional analog of oxide solid-phase epitaxy, lateral epitaxial crystallization. The orientation of crystals within laterally crystallized SrTiO 3 systematically changes from the orientation of the SrTiO 3 substrate. This evolution occurs as a function of lateral crystallization distance, with a rate of approximately 50° μm −1 . The mechanism of the rotation is consistent with a steady-state stress of tens of megapascal over a 100–nanometer scale region near the moving amorphous/crystalline interface arising from the amorphous-crystalline density difference. Second harmonic generation and piezoelectric force microscopy reveal that the laterally crystallized SrTiO 3 is noncentrosymmetric and develops a switchable piezoelectric response at room temperature, illustrating the potential to use lateral crystallization to control the functionality of complex oxides.

PbZrO3 (PZO) thin films, as a classic antiferroelectric material, have attracted tremendous attention for their excellent dielectric, electromechanical, and thermal switching performances. However, several fundamental questions remain unresolved, particularly the existence of an intermediate phase during the transition from the antiferroelectric (AFE) to ferroelectric (FE) state. Here, a phase coexistence configuration of an orthorhombic AFE phase and a tetragonal-like (T-like) phase is reported in epitaxial antiferroelectric PZO thin films, with thickness ranging from 16 to 110 nm. This configuration is evidenced both macroscopically by distinct shoulder-cape-shaped dielectric behavior and microscopically through scanning transmission electron microscopy (STEM) analysis. Remarkably, a 49 nm PZO film achieves an ultrahigh dielectric tunability of 90.1%, while a 59 nm film exhibits significant electromechanical strain of 0.66%. Microscopically, HAADF-STEM reveals the presence of the intermediate phase with a dipole arrangement of vertically diagonal up-up-down-down pattern, and first-principles calculations further confirm the role of this intermediate phase during AFE-to-FE phase transition, which is responsible for the unusual dielectric peaks of ɛr-E curves. These findings not only enhance the understanding of phase transition in antiferroelectric materials but also exhibit great potential for high-performance tunable and nano-electromechanical device applications.