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ji eun-seo(Ji Eun-seo在线)

编译|李昂

《自然》, 2021年11月25日,第599卷第7886期

《自然》, 2021年11月25日,第599卷,第7886期

jiaoshubi.cn

材料科学

来自塌陷富勒烯的超硬块状无定形碳

由塌陷的富勒烯形成的极其坚硬的无定形碳

▲作者:,尚,刘肇东,董家军,姚明冠,杨振兴,等。

▲链接:

https://www.nature.com/articles/s41586-021-03882-9

▲摘要

在这里,我们成功合成了sp3接近全的毫米级无定形碳块,其体积是以往研究的103–104倍。合成的材料由许多随机取向的类金刚石团簇组成,在已知的非晶材料中具有最高的硬度(101.9±2.3 GPa)、弹性模量(1182±40 GPa)和热导率(26.0±1.3w·m1 k1)。

它的光学带隙可以在1.85电子伏到2.79电子伏之间调节。这些发现有助于我们理解先进的非晶材料和用高压高温技术合成的大块非晶材料,并可能开拓非晶固体新的应用途径。

▲摘要

在这里,我们通过在接近笼崩溃边界的压力下加热富勒烯,成功合成了毫米大小的透明、几乎纯的sp3无定形碳样品,其体积是早期研究的103-104倍。合成的材料由许多具有类金刚石短程/中程有序的随机取向的团簇组成,并具有在任何已知非晶材料中观察到的最高硬度(101.9±2.3 GPa)、弹性模量(1,182±40 GPa)和热导率(26.0±1.3 W·m-1·K-1)。它还表现出从1.85 eV到2.79 eV可调的光学带隙。这些发现有助于我们了解先进的非晶材料和通过高压和高温技术合成大块非晶材料,并可能实现非晶固体的新应用。

次晶金刚石的合成

亚晶金刚石的合成

▲作者:胡唐,袁晓红,永成,洪,等。

▲链接:

https://www.nature.com/articles/s41586-021-04122-w

▲摘要

在这里,我们报告了一种不同于晶状或无定形金刚石的亚晶金刚石。本研究报道的亚晶金刚石是由亚纳米尺寸的亚晶组成,在中程尺度上有几个原子层,是通过在高压和高温(例如30GPa,1600K)下处理立方C60前驱体合成的。

使用x射线衍射、高分辨率透射显微镜和先进的分子动力学模拟来确定这种亚晶金刚石的结构特征。亚晶金刚石的形成是由于C60中致密的成核位置和非晶金刚石中次近邻(强sp3键)明显的短程有序。

▲摘要

在这里,我们报道了一种不同于晶状或无定形金刚石的金刚石的次晶态。本文中报道的次晶金刚石由亚纳米尺寸的次晶组成,具有精确的晶体中程有序直到几个原子壳层,在高压高温条件下(例如30 GPa和1600K)使用面心立方C60作为前体合成。通过结合X射线衍射、高分辨率透射显微镜和先进的分子动力学模拟,确定了次晶金刚石的结构特征。次晶金刚石的形成是在压缩C60中形成的密集分布的成核位置以及由于强sp3键而在无定形金刚石中显著的次近邻短程有序的结果。

亚铁磁节点线半导体中的庞角磁电阻

亚铁磁结半导体中的巨角磁电阻

▲作者:Jun Ho SEO,Chan Dan De,Hyun Soo Ha,Ji Eun Lee,Sung Yu Park,Joon Bum Park等。

▲链接:

https://www.nature.com/articles/s41586-021-04028-7

▲摘要

这里,我们提出磁性半导体中自旋极化带的拓扑节点线简并导致大角度响应磁输运。以层状铁磁性Mn3Si2Te6及其衍生物为模型体系,研究了手征分子轨道态驱动的拓扑能带简并度随自旋取向的增加而增加,导致同一铁磁性相中的金属-绝缘体转变。

由此产生的角磁电阻随旋转磁化强度变化每弧度超过一万亿,称为巨角磁电阻。我们的研究结果表明,磁性节点线半导体是实现极其灵敏的自旋和轨道依赖性的一个有前途的平台。

▲摘要

在这里,我们提出磁性半导体中自旋极化带的拓扑节线简并导致了磁输运的极大角响应。以层状亚铁磁体Mn3Si2Te6及其衍生化合物为模型体系,我们证明了由手性分子轨道态驱动的拓扑能带简并根据自旋取向而提升,这导致了在相同亚铁磁相中的金属-绝缘体转变。角磁阻随旋转磁化的变化超过每弧度一万亿分之一,我们称之为庞角磁阻。我们的发现表明,磁性节线半导体是实现极其敏感的自旋和轨道相关功能的一个有前途的平台。

物理学

用于三维量子系统亚晶格分辨成像的量子气体放大器

用于三维量子系统亚晶格分辨成像的量子气体放大器

▲作者:卢卡·阿斯忒瑞亚、亨里克·p·赞恩、马塞尔·n·科施、克劳斯·森斯托克和克里斯托夫·韦腾堡

▲链接:

https://www.nature.com/articles/s41586-021-04011-2

▲摘要

这里,我们介绍一种成像方法。在光学成像之前,物质波的密度分布被光学放大,在3D系统中实现2D亚晶格间距分辨率。通过结合分辨率成像和磁共振技术来定位单个格点,我们证明了2D局部信息和操作在3D系统中的完全可访问性。

我们利用高分辨率图像对光晶格中玻色-爱因斯坦凝聚进行了精确的热力学研究,研究了热跳跃驱动的热化动力学。点阵位置的猝灭动力学证明了亚点阵的分辨率。

该方法为新量子多体系统的空的解析研究开辟了道路,包括奇异晶格几何或亚波长晶格,为原子物种的单原子分辨成像铺平了道路。然而,有效的激光冷却或深光学陷阱是不可用的,但它实质上丰富了多体系统量子模拟的工具箱。

▲摘要

这里我们介绍一种成像方法,其中物质波光学在光学成像之前放大密度分布,允许三维(3D)系统中的2D亚晶格间距分辨率。通过将位置分辨成像与磁共振技术结合用于单个晶格位置的局部寻址,我们证明了在3D系统中2D局部信息和操作的完全可及性。我们利用高分辨率图像来研究光学晶格中玻色-爱因斯坦凝聚体的精确热力学以及由热跳跃驱动的热化动力学。亚晶格分辨率通过晶格位置内的淬火动力学来证明。该方法为新的量子多体系统的空间分辨研究开辟了道路,包括奇异的晶格几何结构或亚波长晶格,并为原子种类的单原子分辨成像铺平了道路,其中有效的激光冷却或深光学陷阱是不可用的,但这大大丰富了多体系统的量子模拟的工具箱。

地球科学

地形对北美季风的机械强迫

地形对北美季风的机械力

▲作者:威廉·r·布斯&萨尔瓦托·帕斯卡尔

▲链接:

https://www.nature.com/articles/s41586-021-03978-2

▲摘要

在这里,我们发现当墨西哥的马德雷山脉将温带急流偏转到赤道时,就产生了北美核心季风,它机械地迫使向东的上坡气流抬升暖湿空气体,产生对流降雨。

这些发现是基于对观测数据的动态和热力学结构的分析、全球气候模型的整合和绝热驻波解决方案。地表热通量确实是大气对流的先决条件,尤其是在夏季午后,但这些热通量本身不足以产生最大的观测降雨量。

我们的结果表明,北美核心季风应该被理解为机械强迫驻波中的对流增强地形降水,而不是典型的热力强迫热带季风。这意味着北美季风对过去和未来全球气候变化的响应使得急流和地形之间的相互作用变得非常重要。

▲摘要

在这里,我们表明,当墨西哥的马德雷山脉将温带急流转向赤道,机械地迫使向东的上坡气流提升温暖潮湿的空气,从而产生对流降雨时,就产生了核心北美季风。这些发现是基于对观测中的动力学和热力学结构的分析、全球气候模式集成和绝热驻波解。地表热通量确实为大气对流提供了先决条件,尤其是在夏季午后,但这些热通量本身不足以产生观测到的最大降雨量。我们的结果表明,核心北美季风应该被理解为机械强迫驻波中对流增强的地形降水,而不是经典的热力强迫热带季风。这暗示了北美季风对过去和未来全球气候变化的反应,使得急流与地形的相互作用趋势变得至关重要。

人类学

三角测量支持跨欧亚语言的农业传播

三角测量支持了跨欧亚语言在农业上的传播。

▲作者:Martine Rob Beets,Remco Bouckaert,Matthew Conte,Alexander Savelyev,,Deog-Iman,Ken-ichi Shinoda,,Takamune等。

▲链接:

https://www.nature.com/articles/s41586-021-04108-8

▲摘要

在这里,我们通过三角测量遗传学、考古学和语言学来解决这个问题。我们报告了来自这些学科的广泛数据集,包括全面的跨欧亚农业和畜牧业以及基本词汇;东北亚255个新石器时代-青铜时代遗址的考古数据库;以及从韩国和日本早期谷物种植者那里收集的古代基因组,补充了以前发表的东亚基因组。

我们挑战传统的“牧民假说”,证明跨欧亚语言的共同祖先和原始传播可以追溯到新石器时代早期横跨东北亚的第一批农民,但自青铜时代以来,这一共同遗产被广泛的文化互动所覆盖。

除了在三个独立的学科上取得了相当大的进展,通过结合各自的证据,我们还表明跨欧亚语言的早期传播是由农业推动的。

▲摘要

在这里,我们通过在一个统一的视角下“三角测量”遗传学、考古学和语言学来解决这个问题。我们报告了来自这些学科的广泛的数据集,包括一个全面的跨欧亚农牧和基本词汇;来自东北亚的255个新石器时代-青铜时代遗址的考古数据库;以及一批来自朝鲜、琉球群岛和日本早期谷物种植者的古代基因组,补充了以前发表的东亚基因组。挑战传统的“牧民假说”,我们表明跨欧亚语言的共同祖先和原始分散可以追溯到新石器时代早期以来第一批穿越东北部的农民,但这一共同遗产被青铜时代以来广泛的文化交流所掩盖。除了标志着这三个独立学科的巨大进步之外,通过结合它们汇聚的证据,我们表明跨欧亚语系者的早期传播是由农业推动的。

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