We report on a self-consistent ab initio technique for modeling quantum transport properties of atomic and molecular scale nanoelectronic devices under external bias potentials. The technique is based on density functional theory using norm conserving nonlocal pseudopotentials to define the atomic core and nonequilibrium Green's functions (NEGF's) to calculate the charge distribution. The modeling of an open device system is reduced to a calculation defined on a finite region of space using a screening approximation. The interaction between the device scattering region and the electrodes is accounted for by self-energies within the NEGF formalism. Our technique overcomes several difficulties of doing first principles modeling of open molecular quantum coherent conductors. We apply this technique to investigate single wall carbon nanotubes in contact with an Al metallic electrode. We have studied the current-voltage characteristics of the nanotube-metal interface from first principles. Our results suggest that there are two transmission eigenvectors contributing to the ballistic conductance of the interface, with a total conductance $G\ensuremath{\approx}{G}_{0}$ where ${G}_{0}{=2e}^{2}/h$ is the conductance quanta. This is about half of the expected value for infinite perfect metallic nanotubes.

We present an ab initio analysis of electron conduction through a ${\mathrm{C}}_{60}$ molecular device. Charge transfer from the device electrodes to the molecular region is found to play a crucial role in aligning the lowest unoccupied molecular orbital of the ${\mathrm{C}}_{60}$ to the Fermi level of the electrodes. This alignment induces a substantial device conductance of $\ensuremath{\sim}2.2\ifmmode\times\else\texttimes\fi{}{(2e}^{2}/h).$ A gate potential can inhibit charge transfer, and introduce a conductance gap near ${E}_{F},$ changing the current-voltage characteristics from metallic to semiconducting, thereby producing a field-effect molecular current switch.

Wearable devices and systems demand multifunctional units with intelligent and integrative functions. Smart fibers with response to external stimuli, such as electrical, thermal, and photonic signals, etc., as well as offering energy storage/conversion are essential units for wearable electronics, but still remain great challenges. Herein, flexible, strong, and self-cleaning graphene-aerogel composite fibers, with tunable functions of thermal conversion and storage under multistimuli, are fabricated. The fibers made from porous graphene aerogel/organic phase-change materials coated with hydrophobic fluorocarbon resin render a wide range of phase transition temperature and enthalpy (0-186 J g-1 ). The strong and compliant fibers are twisted into yarn and woven into fabrics, showing a self-clean superhydrophobic surface and excellent multiple responsive properties to external stimuli (electron/photon/thermal) together with reversible energy storage and conversion. Such aerogel-directed smart fibers promise for broad applications in the next-generation of wearable systems.

We report on a theoretical study of spin-polarized quantum transport through a Ni-bezenedithiol(BDT)-Ni molecular magnetic tunnel junction (MTJ). Our study is based on carrying out density functional theory within the Keldysh nonequilibrium Green's function formalism, so that microscopic details of the molecular MTJ are taken into account from first principles. A magnetoresistance ratio of approximately 27% is found for the Ni-BDT-Ni MTJ which declines toward zero as bias voltage is increased. The spin currents are nonlinear functions of bias voltage, even changing sign at certain voltages due to specific features of the coupling between molecular states and magnetic leads.

We report on the achievement of wafer-level photocatalytic overall water splitting on GaN nanowires grown by molecular beam epitaxy with the incorporation of Rh/Cr(2)O(3) core-shell nanostructures acting as cocatalysts, through which H(2) evolution is promoted by the noble metal core (Rh) while the water forming back reaction over Rh is effectively prevented by the Cr(2)O(3) shell O(2) diffusion barrier. The decomposition of pure water into H(2) and O(2) by GaN nanowires is confirmed to be a highly stable photocatalytic process, with the turnover number per unit time well exceeding the value of any previously reported GaN powder samples.

Cooler electrons for transistors The operating power of field-effect transistors is constrained in part by the minimum change in voltage needed to change the current output. This subthreshold swing (SS) limit is caused by hotter electrons from a thermal electron source leaking over the potential of the gate electrode. Qiu et al. show that graphene can act as a Dirac source that creates a narrower distribution of electron energies. When coupled to a carbon nanotube channel, the decrease in SS would allow the supply voltage to be decreased from 0.7 to 0.5 volts. Science , this issue p. 387

Abstract Achieving reversible plating/stripping of zinc (Zn) anodes is crucial in aqueous Zn‐ion batteries (AZIBs). However, undesired dendrite growth and parasitic side reactions severely deteriorate battery lifespan. The construction of stable protective coating is an effective strategy to enhance anode stability. In this study, a multifunctional nanodiamond (ND) inorganic layer is designed and constructed on both Zn and Cu electrodes that can both effectively inhibit dendrite growth and suppress Zn anode corrosion. Experimental results and theoretical calculations demonstrate that this artificial protective layer, with ultra‐high surface energy, enables the controlled creation of abundant nucleation sites (in the order of 10 12 cm −2 ) for the homogenization of ion flux and electric field on the anode. It is found that zinc ions preferentially adhere to the diamond surfaces with lower diffusion barriers, leading to uniform zinc deposition. A symmetric cell with the ND‐protected Zn (Zn‐ND) anode exhibits reversible plating/stripping behavior for an impressive duration of over 3600 h at 1 mA cm −2 . Furthermore, the MnO 2 ||Zn full battery retains 90% of its initial capacity after 3500 cycles at 2 A g −1 , and assembled hybrid capacitor operates smoothly over 65 000 cycles at 10 A g −1 . These results underscore the potential of this coating as a promising solution for achieving highly stable Zn anodes for aqueous batteries.

Higher intake of antioxidants is associated with reduced risk of various chronic diseases. However, the relationship between composite dietary antioxidants and frailty has not been characterized, especially in neurodegenerative conditions like Parkinson's disease (PD) where frailty is highly prevalent. This study aimed to investigate the association between composite dietary antioxidant index (CDAI), a composite score reflecting antioxidant vitamin and mineral intakes, and frailty risk in the general United States (US) population and PD patients.