2018年度十大突破的榜單由《物理世界》（Physics World）雜誌評選產生，他們遴選的標準有以下三條：在知識或認識方面的重大進展；對科學進步or實際應用開發的重要性；並綜合考慮《物理世界》大部分讀者的興趣。
重大突破榜單為：
麻省理工學院（MIT）的Pablo Jarillo-Herrero及其同事催生了扭轉技術（Twistronics），這是一種非常有前景的全新技術，通過旋轉相鄰兩層石墨烯來調控石墨烯的電性質。
該團隊最初運用這項技術來製備具有高溫超導體特性的「魔角石墨烯」。
2018年度十大突破榜單中的其他9項成果也受到了高度評價。
2018年度重大突破榜首
新的扭轉：魔角雙層石墨烯
石墨烯是由厚度只有一個原子的碳原子層組成蜂巢晶格的二維碳納米材料。雙層石墨烯是通常以特定方式堆疊在一起的兩層石墨烯。
當Pablo Jarillo-Herrero及其同事將雙層石墨烯的排列方向以一個魔角扭轉時，發現了原始雙層石墨烯中的Mott絕緣體態。
該研究團隊匯集了麻省理工學院、哈佛大學和日本國立材料科學研究所（NIMS）的研究人員，他們繼而還發現，在Mott絕緣態情況下加入少量電荷載流子，就可以成功轉變為超導態。
魔角石墨烯的成功製備已經激發了石墨烯研究領域的好幾個重要後續成果。
哥倫比亞大學的科學家們設計了精細調控二維材料相鄰層角度的方法，從而操控材料的電性質。這凸顯了扭轉技術成為器件工程學中另類範例的潛力。
進一步的理論研究提供了雙層和多層石墨烯系統的電性質轉變的洞見。
理論學家們強調了非傳統超導電性，包括拓撲超導電性以及材料邊緣存在的拓撲馬約拉納態。
這些態對於產生量子計算機的量子比特特別有用，因為它們比很多其他選擇更難抵禦環境微擾。
更近的研究發現，通過扭轉二維材料的相鄰層，還能有助於避免反轉散射（Umklapp scattering），反轉散射會降低高溫下的載流子遷移率。
以下是其他九項受到高度評價的突破，排名不分先後：
1 多功能碳纖維實現無質量能量存儲
瑞典查爾姆斯理工大學的Leif Asp及其瑞典、義大利、法國的合作者展示了利用多功能碳纖維實現有效的無質量能量存儲的可能性。
儘管能量存儲技術在不斷進步，電池仍然在筆記本電腦乃至電動汽車等設備中佔據了很大一部分的重量。
Leif Asp及其合作者沒有僅僅聚焦於通過優化電池材料來滿足輕便的要求，而是表明利用作為結構支持的碳纖維的電化學特性，能夠使設備的質量減輕多達50%。
▲準備滾起來：Leif Asp與碳纖維滾筒
2 補償環使更多的人能夠享受到先進的放射治療
華盛頓大學醫學中心Eric Ford等研究熱源發明了一種實現調強放療（IMRT）的低成本方法。
IMRT是一種精密的治療技術，它使用複雜的多葉準直器（MLCs）來形成光子束，從而使更多健康組織不受影響。然而，儘管IMRT幾乎在高收入國家的所有放療診所都可以使用，但在低收入和中等收入國家的廣大地區卻基本沒有。
為了彌補這一缺陷，福特和一個多元化團隊開發出了一種成本效益高的MLC替代品，用一種由填充有衰減微珠（如鎢微珠）的輕型塑料模具製成的補償環來替代它。
該裝置可用於現有的直線性加速器（linac）和cobalt遠程治療機，使診所無需購買新的治療設備就可以實現IMRT。
3 IPCC關於1.5攝氏度氣候變化的特別報告
政府間氣候變化專門委員會（IPCC）於10月份發布的關於1.5攝氏度氣候變化的特別報告。這份報告由來自40個國家的91位作者和評論編輯撰寫，是基於2015年巴黎氣候談判的結果。
報告強調，如果世界各國齊心協力，將全球變暖控制在1.5攝氏度以內，那麼氣候變化的影響是可以避免的。
IPCC第二工作組的聯合負責人Hans-Otto Portner表示：「氣候變暖溫度每升高一點都會帶來非常重要的影響，尤其是升高1.5攝氏度以上會增加長期的或不可逆轉的變化，比如某些生態系統的消失。」
▲在一個溫度比工業化前水平高2℃的世界裡，冰川和海冰的處境堪憂
4 EXPLORER PET/CT首次實現全身掃描
EXPLORER利用他們的全身PET掃描儀製作了第一張人體圖像。EXPLORER PET/CT是世界上第一個能夠同時捕捉整個人體三維圖像的醫學成像系統，由加州大學戴維斯分校的科學家和一個多元化團隊共同開發。
掃描速度可達目前PET系統的40倍，但使用輻射劑量減少到了1/40，這使得在個人身上的重複使用成為可能，同時大大減少兒科研究的輻射劑量。
這種高靈敏度的掃描儀還可以拍攝追蹤放射性標記藥物在體內移動過程。
▲這臺機器結合了兩種常見的成像類型：正電子發射斷層掃描（PET）和X射線計算機斷層掃描（CT），可以同時對整個身體進行成像
5 無燃料、無螺旋槳飛機起飛
麻省理工學院的研究人員Steve Barrett展示了第一架不使用內燃機、無螺旋槳飛機的飛行。
這架飛機的翼展為5米，由固態無活動機械的「離子引擎」為推力。
在宣布這次飛行時，Steve Barrett表示，他的靈感來自兒時對《星際迷航》（Star Trek）的熱愛:「未來的飛機飛起來後應該是無聲的，看不到任何'動'的部件——也許就看到一束藍光，但肯定沒有類似螺旋槳或渦輪機之類的東西。所以我開始尋找什麼物理原理可以讓沒有運動部件的飛行成為可能。」
▲巡航高度:離子飛機飛行時的延時圖像
6 在量子層面，證實因果關係的「不確定性」
昆士蘭大學Jacqui Romero、Fabio Costa等和格勒諾布爾-阿爾卑斯大學Cyril Branciar的研究人員通過實驗證明，量子力學可以讓事件在沒有明確因果順序的情況下發生。
這與經典物理學不同，也與我們日常生活不同。在經典物理學中，連續事件之間有著嚴格的因果關係（我們通常認為，事件的發生是按照一定的時間順序進行，比如A事件造成了B事件，反之亦然）。
為了觀察不確定的因果關係，該團隊創造了一個「量子開關」，其中一個光子可以走兩條路徑。
一種路徑是光子在B操作之前受到A操作的影響，而另一種路徑是光子在A操作之前受到B操作的影響。
如果這些操作在時間上緊密結合在一起執行，那麼就不可能判斷哪個操作首先完成。
不確定的因果順序——連同團隊的量子開關——可能對處理量子信息有用。
7 激活視網膜幹細胞可以恢復小鼠的視力
西奈山伊坎醫學院Bo Chen和一個國際研究團隊，通過激活視網膜幹細胞成功恢復了小鼠視力。
在冷血脊椎動物中，米勒膠質細胞（Müller glia cells，MGs）發揮視網膜幹細胞的作用，可以補充受損的視網膜神經元，恢復視力。然而在哺乳動物中，MGs並沒有再生能力。
在這項研究中，Bo Chen和他的同事們試圖通過兩步基因轉移過程來重新激活失明小鼠的MGs。重新編程後的4到6周，老鼠能夠感知光線並恢復視力。
雖然還需要進一步的測試來確定視力改善的程度，但總有一天，這種方法可用於治療視網膜退行性疾病，而當下，人類對這些疾病還沒有治癒方法。
8 暗物質冷卻遠古氫之推測
亞利桑那州立大學Judd Bowman、Raul Monsalve等和麻省理工學院Alan Rogers的研究人員通過 「全天再電離時期信號探測實驗」 （EDGES）射電望遠鏡觀察到宇宙大爆炸後僅1.8億年就存在的比預期更冷的氫氣。
特拉維夫大學Rennan Barkana計算出，這可能是首次直接觀測到暗物質與常規物質之間的非引力相互作用。
雖然還需要進一步的觀察來支持這一假設，但這項研究可能有助於解開物理學中最重要的未解之謎之一: 暗物質到底是什麼?
9 發現準晶體的超導性
名古屋大學Keiichiro Imura、Kazuhiko Deguchi等、豐田工業大學Tsunehiro Takeuchi、豐田理化學研究所Tsutomu Ishimasa等研究人員首次發現超導準晶體——金屬合金準晶體在溫度低於0.05 K時是一種超導體。
當電子對通過與聲子的相互作用形成時，傳統的超導性就產生了，這有點類似通過晶體晶格傳播的粒子變形。
準晶體不具有平移對稱，因此沒有晶體晶格，因而不是傳統的超導體。
自從1984年第一個準晶體被發現以來，一些物理學家就提出，準晶體中可能存在超導性。現在，終於有人發現，而這一發現可能會促使顯示分形超導性新材料的產生。
作者：哈米什·約翰斯頓。來源：物理世界、世界科學、烯碳資訊
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