自然（20211021出版）一周论文导读

　　编译未玖
　　Nature，21October2021，VOL598，ISSUE7881
　　《自然》2021年10月21日，第598卷，7881期
　　天文学Astronomy
　　Carbonmonoxidegasproducedbyagiantimpactintheinnerregionofayoungsystem
　　年轻星系内部发生巨大碰撞产生一氧化碳气体
　　作者：TajanaSchneiderman，LucaMatr，AlanP。Jackson，GrantM。Kennedy，QuentinKral，SebastinMarino，etal。
　　链接：
　　https：www。nature。comarticless4158602103872x
　　摘要
　　类地行星形成的模型预测，行星组合的最后阶段（年轻的原行星盘扩散之后持续的数千万年间）主要发生行星碰撞。正是通过这些巨大的撞击，像年轻的地球这样的行星才能成长到最终质量，并实现长期稳定的轨道结构。
　　一个关键预测是这些撞击会产生碎片。到目前为止，关于撞击后碎片最令人信服的观测证据来自于附近2300万年前的A型恒星HD172555周围的行星系。该星系显示大量细尘，具有异常陡峭的粒度分布和非典型的尘埃组成，此前将其归因于超高速撞击或巨大的小行星带。
　　研究组报道了一个与HD172555周围的尘埃碎片共轨的一氧化碳气体环的光谱分辨率探测结果，气体环与HD172555相距大约6到9个天文单位，类似于太阳系的外类地行星区域。
　　综上所述，尘埃和一氧化碳的检测结果有助于理解大型、易挥发性天体之间的巨大碰撞。这表明行星级的碰撞类似于月球形成的碰撞，可释放大量的气体和碎片，并且这种气体是可观测的，为了解年轻行星的组成提供了一个窗口。
　　Abstract
　　Modelsofterrestrialplanetformationpredictthatthefinalstagesofplanetaryassemblylastingtensofmillionsofyearsbeyondthedispersalofyoungprotoplanetarydisksaredominatedbyplanetarycollisions。ItisthroughthesegiantimpactsthatplanetsliketheyoungEarthgrowtotheirfinalmassandachievelongtermstableorbitalconfigurations。Akeypredictionisthattheseimpactsproducedebris。Sofar，themostcompellingobservationalevidenceforpostimpactdebriscomesfromtheplanetarysystemaroundthenearby23millionyearoldAtypestarHD172555。Thissystemshowslargeamountsoffinedustwithanunusuallysteepsizedistributionandatypicaldustcomposition，previouslyattributedtoeitherahypervelocityimpactoramassiveasteroidbelt。HerewereportthespectrallyresolveddetectionofacarbonmonoxidegasringcoorbitingwithdustydebrisaroundHD172555betweenaboutsixandnineastronomicalunitsaregionanalogoustotheouterterrestrialplanetregionofourSolarSystem。Takentogether，thedustandcarbonmonoxidedetectionsfavouragiantimpactbetweenlarge，volatilerichbodies。Thissuggeststhatplanetaryscalecollisions，analogoustotheMoonformingimpact，canreleaselargeamountsofgasaswellasdebris，andthatthisgasisobservable，providingawindowintothecompositionofyoungplanets。
　　材料科学MaterialsScience
　　Halfandquartermetalsinrhombohedraltrilayergraphene
　　菱面体三层石墨烯中的半金属和四分之一金属
　　作者：HaoxinZhou，TianXie，AregGhazaryan，TobiasHolder，JamesR。Ehrets，EricM。Spanton，etal。
　　链接：
　　https：www。nature。comarticless4158602103938w
　　摘要
　　铁磁性在电子占据高度局域化d轨道的过渡金属化合物中最为常见。然而，在低密度二维电子系统中也可能出现铁磁有序。
　　研究组证明了菱面体三层石墨烯中的门调谐范霍夫奇点，驱动电子系统的自发铁磁极化转变为一种或多种自旋和谷型。
　　通过电容和输运测量，研究组观察到调谐至相位间载流子浓度和电位移场的一系列跃迁，其中量子振荡具有四重、二重或一重简并度，分别对应自旋和谷简并的正常金属态、自旋极化的半金属态以及自旋极化和谷极化的四分之一金属态。
　　对于电子掺杂，包含谷各向异性相互作用的唯象斯通纳模型很好地捕捉到了数据的显著特征。对于空穴填充，研究组观察到一个更丰富的相图，其特征是费米面拓扑中对称性破缺和跃迁的微妙相互作用。
　　最后，研究组通过旋转对齐的六方氮化硼衬底引入莫尔超晶格。值得注意的是，研究组发现同位旋序仅受到弱扰动，当迁移的半金属态或四分之一金属态填充半超晶格带或四分之一超晶格带时，莫尔势会催化拓扑非平凡间隙态的形成。
　　该结果表明，菱面体石墨烯是一个多体理论控制测试的理想平台，并揭示了莫尔材料的磁性本质上是迁移的。
　　Abstract
　　Ferromagnetismismostcommonintransitionmetalcompoundswhereelectronsoccupyhighlylocalizeddorbitals。However，ferromagneticordermayalsoariseinlowdensitytwodimensionalelectronsystems。HereweshowthatgatetunedvanHovesingularitiesinrhombohedraltrilayergraphenedrivespontaneousferromagneticpolarizationoftheelectronsystemintooneormorespinandvalleyflavours。Usingcapacitanceandtransportmeasurements，weobserveacascadeoftransitionstunedtothedensityandelectronicdisplacementfieldbetweenphasesinwhichquantumoscillationshavefourfold，twofoldoronefolddegeneracy，associatedwithaspinandvalleydegeneratenormalmetal，spinpolarized‘halfmetal’，andspinandvalleypolarized‘quartermetal’，respectively。Forelectrondoping，thesalientfeaturesofthedataarewellcapturedbyaphenomenologicalStonermodelthatincludesvalleyanisotropicinteractions。Forholefilling，weobservearicherphasediagramfeaturingadelicateinterplayofbrokensymmetriesandtransitionsintheFermisurfacetopology。Finally，weintroduceamoirsuperlatticeusingarotationallyalignedhexagonalboronnitridesubstrate。Remarkably，wefindthattheisospinorderisonlyweaklyperturbed，withthemoirpotentialcatalysingtheformationoftopologicallynontrivialgappedstateswheneveritineranthalforquartermetalstatesoccurathalforquartersuperlatticebandfilling。Ourresultsshowthatrhombohedralgrapheneisanidealplatformforwellcontrolledtestsofmanybodytheory，andrevealmagnetisminmoirmaterialstobefundamentallyitinerantinnature。
　　Superconductivityinrhombohedraltrilayergraphene
　　菱面体三层石墨烯的超导性
　　作者：HaoxinZhou，TianXie，TakashiTaniguchi，KenjiWatanabeAndreaF。Young。
　　链接：
　　https：www。nature。comarticless41586021039260
　　摘要
　　在一个干净的二维器件中通过电场效应获得超导性是纳米电子学的一个核心目标。最近，石墨烯莫尔异质结构已实现超导性；然而，其中许多结构在机械上并不稳定，实验显示出强无序特征。
　　研究组报道了在亚开尔文温度下表现为低电阻率或零电阻率的晶体菱面三层石墨烯（一种结构上亚稳态的碳同素异形体）的超导性。超导性发生在两个不同的门调谐区（SC1和SC2），且深度在由平均自由程和超导态相干长度之比定义的干净极限内。
　　量子振荡对常态费米面的映射显示，这两种超导体都来自环形费米海，并且接近同位旋对称性破缺转变，其中费米面简并度发生变化。SC1从顺磁正常态出现，而SC2则从自旋极化、谷简并的半金属态中出现，且违反了面内磁场的泡利极限至少一个数量级。
　　研究组讨论了该结果的各种机制，包括传统的声子介导配对，近同位旋序波动产生的配对，以及环形费米液体的固有不稳定性导致的配对。
　　研究组为干净且结构简单的二维金属中超导性的观察提供了一个模型系统，用于测试相互竞争的超导理论模型，而不会出现建模混乱的复杂情况，同时使基于相关电子现象和弹道电子输运的新型场效应控制电子器件成为可能。
　　Abstract
　　Toaccesssuperconductivityviatheelectricfieldeffectinaclean，twodimensionaldeviceisacentralgoalofnanoelectronics。Recently，superconductivityhasbeenrealizedingraphenemoirheterostructures；however，manyofthesestructuresarenotmechanicallystable，andexperimentsshowsignaturesofstrongdisorder。Herewereporttheobservationofsuperconductivitymanifestingasloworvanishingresistivityatsubkelvintemperaturesincrystallinerhombohedraltrilayergraphene，astructurallymetastablecarbonallotrope。Superconductivityoccursintwodistinctgatetunedregions（SC1andSC2），andisdeepinthecleanlimitdefinedbytheratioofmeanfreepathandsuperconductingcoherencelength。MappingofthenormalstateFermisurfacesbyquantumoscillationsrevealsthatbothsuperconductorsemergefromanannularFermisea，andareproximaltoanisospinsymmetrybreakingtransitionwheretheFermisurfacedegeneracychanges。SC1emergesfromaparamagneticnormalstate，whereasSC2emergesfromaspinpolarized，valleyunpolarizedhalfmetalandviolatesthePaulilimitforinplanemagneticfieldsbyatleastoneorderofmagnitude。Wediscussourresultsinviewofseveralmechanisms，includingconventionalphononmediatedpairing，pairingduetofluctuationsoftheproximalisospinorder，andintrinsicinstabilitiesoftheannularFermiliquid。Ourobservationofsuperconductivityinacleanandstructurallysimpletwodimensionalmetalprovidesamodelsystemtotestcompetingtheoreticalmodelsofsuperconductivitywithoutthecomplicationofmodellingdisorder，whileenablingnewclassesoffieldeffectcontrolledelectronicdevicesbasedoncorrelatedelectronphenomenaandballisticelectrontransport。
　　Dexterousmagneticmanipulationofconductivenonmagneticobjects
　　导电非磁性物体的灵巧磁操控
　　作者：LanN。Pham，GriffinF。Tabor，AshkanPourkand，JacobL。B。Aman，TuckerHermansJakeJ。Abbott。
　　链接：
　　https：www。nature。comarticless41586021039666
　　摘要
　　对铁磁物体的灵巧磁操控已很好建立，根据物体的几何结构，可能有三到六个自由度。有些物体需要非接触式灵巧操作，它们不含有大量的铁磁性材料，但含有导电材料。
　　时变磁场在导电材料中产生涡流，涡流与磁场相互作用产生力和力矩。这种现象曾被用于诱导阻力，以减少物体通过静态场时的运动，或使用动态场在单个方向上对物体施加力，但尚未被用于对导电物体进行如铁磁物体那样的灵活操控。
　　研究组表明，通过使用多个旋转磁偶极子场可在六个自由度下操控导电物体。利用量纲分析，结合多物理场数值模拟和实验验证，研究组描述了在旋转磁偶极子场中导电球体上产生的力和力矩。利用该模型，研究组在仿真和物理实验中实现了灵活操控。
　　Abstract
　　Dexterousmagneticmanipulationofferromagneticobjectsiswellestablished，withthreetosixdegreesoffreedompossibledependingonobjectgeometry。Thereareobjectsforwhichnoncontactdexterousmanipulationisdesirablethatdonotcontainanappreciableamountofferromagneticmaterialbutdocontainelectricallyconductivematerial。Timevaryingmagneticfieldsgenerateeddycurrentsinconductivematerials，withresultingforcesandtorquesduetotheinteractionoftheeddycurrentswiththemagneticfield。Thisphenomenonhaspreviouslybeenusedtoinducedragtoreducethemotionofobjectsastheypassthroughastaticfield，ortoapplyforceonanobjectinasingledirectionusingadynamicfield，buthasnotbeenusedtoperformthetypeofdexterousmanipulationofconductiveobjectsthathasbeendemonstratedwithferromagneticobjects。Hereweshowthatmanipulation，withsixdegreesoffreedom，ofconductiveobjectsispossiblebyusingmultiplerotatingmagneticdipolefields。Usingdimensionalanalysis，combinedwithmultiphysicsnumericalsimulationsandexperimentalverification，wecharacterizetheforcesandtorquesgeneratedonaconductivesphereinarotatingmagneticdipolefield。Withtheresultingmodel，weperformdexterousmanipulationinsimulationsandphysicalexperiments。
　　地球科学EarthScience
　　PliocenedecouplingofequatorialPacifictemperatureandpHgradients
　　上新世赤道太平洋温度和pH梯度的解耦
　　作者：MadisonG。Shankle，NatalieJ。Burls，AlexeyV。Fedorov，MatthewD。Thomas，WeiLiu，DonaldE。Penman，etal。
　　链接：
　　https：www。nature。comarticless41586021038847
　　摘要
　　赤道太平洋的海洋动力学驱动热带气候模式，影响全球海洋和陆地生态系统。该地区如何应对全球变暖对全球气候、经济稳定和生态系统健康具有深远影响。因此，许多研究调查了上新世（530260万年前）和中新世晚期（约600万年前）期间的赤道太平洋动力学，作为该地区在全球变暖下未来行为的模拟。
　　这一时期的古海洋学记录提出了一个明显的悖论，即沿着赤道太平洋东西向的海面温度梯度降低表明风驱动的上升流减少，这与东太平洋生物生产力增强的证据相冲突，后者通常由更强的上升流引起。
　　研究组通过提供新的证据，证明上新世早期中新世晚期与现代环流体制完全不同，导致更古老、更酸性和更富营养的水到达赤道太平洋，从而调和了这些观察结果。这些结果为上新世早期中新世晚期东太平洋生产力的提高提供了一种新机制，即使在风力驱动上升流较弱的情况下也是如此。
　　该发现为赤道太平洋动力学提供了新的线索，并有助于限制它们在不久的将来可能发生的变化，因为预计下个世纪地球将达到上新世那样的变暖水平。
　　Abstract
　　OceandynamicsintheequatorialPacificdrivetropicalclimatepatternsthataffectmarineandterrestrialecosystemsworldwide。Howthisregionwillrespondtoglobalwarminghasprofoundimplicationsforglobalclimate，economicstabilityandecosystemhealth。Asaresult，numerousstudieshaveinvestigatedequatorialPacificdynamicsduringthePliocene（5。32。6millionyearsago）andlateMiocene（around6millionyearsago）asananalogueforthefuturebehaviouroftheregionunderglobalwarming。PalaeoceanographicrecordsfromthistimepresentanapparentparadoxwithproxyevidenceofareducedeastwestseasurfacetemperaturegradientalongtheequatorialPacificindicativeofreducedwinddrivenupwellingconflictingwithevidenceofenhancedbiologicalproductivityintheeastPacificthattypicallyresultsfromstrongerupwelling。HerewereconciletheseobservationsbyprovidingnewevidenceforaradicallydifferentfrommoderncirculationregimeintheearlyPliocenelateMiocenethatresultsinolder，moreacidicandmorenutrientrichwaterreachingtheequatorialPacific。TheseresultsprovideamechanismforenhancedproductivityintheearlyPliocenelateMioceneeastPacificeveninthepresenceofweakerwinddrivenupwelling。OurfindingsshednewlightonequatorialPacificdynamicsandhelptoconstrainthepotentialchangestheywillundergointhenearfuture，giventhattheEarthisexpectedtoreachPliocenelikelevelsofwarminginthenextcentury。
　　Directradiativeeffectsofairbornemicroplastics
　　空气中微塑料的直接辐射效应
　　作者：LauraE。Revell，PeterKuma，EricC。LeRu，WalterR。C。SomervilleSallyGaw
　　链接：
　　https：www。nature。comarticless4158602103864x
　　摘要
　　微塑料现在被认为是大气中广泛存在的污染物，由于其体积小、密度低，可以随风绕地球传播。大气气溶胶，如矿物粉尘和其他类型的空气悬浮颗粒物，通过吸收和散射辐射（直接辐射效应）影响地球气候，其影响通常用有效辐射强迫（ERF）度量进行量化。然而，空气中微塑料的辐射效应及其对全球气候的影响尚不清楚。
　　研究组计算了空气中微塑料的光学性质和直接辐射效应（不包括气溶胶云相互作用）。假设平均表面浓度为1个微塑料颗粒m3，且垂直分布在10公里高空，则计算出当今大气中空气微塑料的ERF为0。0440。399mWm2。
　　然而，微塑料的地理和垂直分布存在很大的不确定性。假设它们局限于边界层，短波效应占主导地位，微塑料ERF约为0。7460。553mWm2。与气溶胶辐射相互作用引起的总ERF相比（0。71至0。14Wm2），微塑料ERF很小。
　　然而，塑料产量在过去70年中迅速增长；如果不认真改革塑料生产和废物管理实践，空气中微塑料的丰度和ERF将继续增加。
　　Abstract
　　Microplasticsarenowrecognizedaswidespreadcontaminantsintheatmosphere，where，duetotheirsmallsizeandlowdensity，theycanbetransportedwithwindsaroundtheEarth。Atmosphericaerosols，suchasmineraldustandothertypesofairborneparticulatematter，influenceEarth’sclimatebyabsorbingandscatteringradiation（directradiativeeffects）andtheirimpactsarecommonlyquantifiedwiththeeffectiveradiativeforcing（ERF）metric。However，theradiativeeffectsofairbornemicroplasticsandassociatedimplicationsforglobalclimateareunknown。Herewepresentcalculationsoftheopticalpropertiesanddirectradiativeeffectsofairbornemicroplastics（excludingaerosolcloudinteractions）。TheERFofairbornemicroplasticsiscomputedtobe0。0440。399milliwattspersquaremetreinthepresentdayatmosphereassumingauniformsurfaceconcentrationof1microplasticparticlepercubicmetreandaverticaldistributionupto10kilometresaltitude。However，therearelargeuncertaintiesinthegeographicalandverticaldistributionofmicroplastics。Assumingthattheyareconfinedtotheboundarylayer，shortwaveeffectsdominateandthemicroplasticERFisapproximately0。7460。553milliwattspersquaremetre。ComparedwiththetotalERFduetoaerosolradiationinteractions（0。71to0。14wattspersquaremetre），themicroplasticERFissmall。However，plasticproductionhasincreasedrapidlyoverthepast70years；withoutseriousattemptstooverhaulplasticproductionandwastemanagementpractices，theabundanceandERFofairbornemicroplasticswillcontinuetoincrease。