自然（20220331出版）一周论文导读

　　编译冯维维
　　Nature，31March2022，Volume603Issue7903
　　《自然》2022年3月31日，第603卷，7903期
　　物理学Physics
　　Ahighlymagnifiedstaratredshift6。2
　　一颗红移6。2的高度放大恒星
　　作者：BrianWelch，DanCoe，TomBroadhurst，etc。
　　链接：
　　https：www。nature。comarticless4158602204449y
　　摘要
　　星系团通过强引力透镜作用放大背景天体。透镜星系的典型放大倍数只有几倍，但也可以高达数十或数百倍，将星系拉伸成巨大的弧形。单个恒星可以获得更高的放大倍数，如果它们碰巧与透镜星团排列在一起。最近，人们发现了几颗红移在1到1。5之间的恒星，它们被放大了数千倍。
　　作者报告了一颗更遥远、更持久的放大恒星在大爆炸后红移6。20。1亿年后的观测结果。这颗恒星被前景星系团透镜WHL013708（红移0。566）放大了数千倍，这是由四个独立的透镜模型估计的。
　　他们将描述的这一天体称为埃兰迪尔（Earendel），来自一个意为晨星或升起之光的古英语词。引力透镜揭示出它可能是一个单星或双星系统。埃兰迪尔估计质量超过太阳的50倍。红移意为光在行进中的拉伸程度，可用于推断天体距离；数字越大，天体就越远（或在宇宙历史中越早）。过去观测到放大单星的红移较小，约为11。5。
　　该恒星的温度、质量和光谱性质的确切细节尚不明确，作者希望詹姆斯韦布望远镜或能在未来提供这些信息。
　　Abstract
　　Galaxyclustersmagnifybackgroundobjectsthroughstronggravitationallensing。Typicalmagnificationsforlensedgalaxiesarefactorsofafewbutcanalsobeashighastensorhundreds，stretchinggalaxiesintogiantarcs。Inpidualstarscanattainevenhighermagnificationsgivenfortuitousalignmentwiththelensingcluster。Recently，severalinpidualstarsatredshiftsbetweenapproximately1and1。5havebeendiscovered，magnifiedbyfactorsofthousands，temporarilyboostedbymicrolensing。Herewereportobservationsofamoredistantandpersistentmagnifiedstarataredshiftof6。20。1，900millionyearsaftertheBigBang。ThisstarismagnifiedbyafactorofthousandsbytheforegroundgalaxyclusterlensWHL013708（redshift0。566），asestimatedbyfourindependentlensmodels。Unlikepreviouslensedstars，themagnificationandobservedbrightness（ABmagnitude，27。2）haveremainedroughlyconstantover3。5yearsofimagingandfollowup。ThedelensedabsoluteUVmagnitude，102，isconsistentwithastarofmassgreaterthan50timesthemassoftheSun。ConfirmationandspectralclassificationareforthcomingfromapprovedobservationswiththeJamesWebbSpaceTelescope。
　　Orbitalresolvedvisualizationofsinglemoleculephotocurrentchannels
　　单分子光电流通道的轨道分辨显示
　　作者：MiyabiImaiImada，HiroshiImada，KuniyukiMiwa，YusukeTanaka，KensukeKimura，InhaeZoh，RafaelB。Jaculbia，HirokoYoshino，AtsuyaMuranaka，MasanobuUchiyamaYousooKim
　　链接：
　　https：www。nature。comarticless41586022044010
　　摘要
　　光诱导电子转移（PET）因在光能利用方面的核心作用，已被广泛研究。尽管显微光电流测量方法使其过程效率与局部特征联系起来成为可能，但局部分辨率不足以在分子水平上解决这一问题。最近的工作表明，将扫描隧道显微镜（STM）与可调谐激光驱动的局部等离子体场相结合，可以有效地激发和探测单个分子。
　　作者通过探测电子从第一激发态穿过STM尖端的隧穿，直接以原子尺度分辨率可视化光电流通道通过一个自由基酞菁（FBPc）分子轨道。
　　他们发现光电流的方向和空间分布对偏压非常敏感，即使在平均光电流接近零的电压下也能探测到反向流动的光电流通道。相关观测结果表明，通过将耦合调节到激发态分子轨道，可以促进或抑制特定的光电流通道，从而为通过分子界面的原子尺度电子和几何工程提高能量转换效率提供了新的前景。
　　Abstract
　　Givenitscentralroleinutilizinglightenergy，photoinducedelectrontransfer（PET）fromanexcitedmoleculehasbeenwidelystudied。However，eventhoughmicroscopicphotocurrentmeasurementmethodshavemadeitpossibletocorrelatetheefficiencyoftheprocesswithlocalfeatures，spatialresolutionhasbeeninsufficienttoresolveitatthemolecularlevel。Recentworkhas，however，shownthatsinglemoleculescanbeefficientlyexcitedandprobedwhencombiningascanningtunnellingmicroscope（STM）withlocalizedplasmonfieldsdrivenbyatunablelaser。Hereweusethatapproachtodirectlyvisualizewithatomicscaleresolutionthephotocurrentchannelsthroughthemolecularorbitalsofasinglefreebasephthalocyanine（FBPc）molecule，bydetectingelectronsfromitsfirstexcitedstatetunnellingthroughtheSTMtip。Wefindthatthedirectionandthespatialdistributionofthephotocurrentdependsensitivelyonthebiasvoltage，anddetectcounterflowingphotocurrentchannelsevenatavoltagewheretheaveragedphotocurrentisnearzero。Theseobservationssuggestthatspecificphotocurrentchannelscanbepromotedorsuppressedbytuningthecouplingtoexcitedstatemolecularorbitals，andthusprovidenewperspectivesforimprovingenergyconversionefficienciesbyatomicscaleelectronicandgeometricengineeringofmolecularinterfaces。
　　化学Chemistry
　　Catalogueofflatbandstoichiometricmaterials
　　平带化学计量材料宝库
　　作者：NicolasRegnault，YuanfengXu，MingRuiLi，DaShuaiMa，MilenaJovanovic，AliYazdani，StuartS。P。Parkin，ClaudiaFelser，LeslieM。Schoop，N。PhuanOng，RobertJ。Cava，LuisElcoro，ZhiDaSongB。AndreiBernevig
　　链接：
　　https：www。nature。comarticless41586022045191
　　摘要
　　费米能级附近或相当水平的拓扑电子扁平带是通向非常规超导和相关绝缘态的一条很有前途的途径。然而，相关的实验大多局限于工程材料，如摩尔系统。
　　作者提出了在费米水平附近的平坦带自然发生的三维化学计量材料的目录。他们将拓扑量子化学网站收录的55206种无机晶体结构数据库材料纳入考量，其中提供了它们的结构参数、空间群、能带结构、态密度和拓扑表征。
　　他们创建了MaterialsFlatband数据库网站，为未来的理论和实验研究提供了一个强大的搜索引擎，并利用数据库提取了2379种高质量平带材料的列表，从中确定了345种有希望的候选材料，这些材料可能拥有平面带，但电荷中心并不强烈地定位在原子位置上。
　　最终作者展示了五种具有代表性的材料，并利用平行工作中引入的S矩阵方法对它们在费米能附近的平坦带的起源提供了理论解释。
　　Abstract
　　TopologicalelectronicflattenedbandsnearorattheFermilevelareapromisingroutetowardsunconventionalsuperconductivityandcorrelatedinsulatingstates。However，therelatedexperimentsaremostlylimitedtoengineeredmaterials，suchasmoirsystems。HerewepresentacatalogueofthenaturallyoccuringthreedimensionalstoichiometricmaterialswithflatbandsaroundtheFermilevel。Weconsider55，206materialsfromtheInorganicCrystalStructureDatabasecataloguedusingtheTopologicalQuantumChemistrywebsite，whichprovidestheirstructuralparameters，spacegroup，bandstructure，densityofstatesandtopologicalcharacterization。Wecombineseveraldirectsignaturesandpropertiesofbandflatnesswithahighthroughputanalysisofallcrystalstructures。Inparticular，weidentifymaterialshostinglinegraphorbipartitesublatticesineithertwoorthreedimensionsthatprobablyleadtoflatbands。Fromthistroveofinformation，wecreatetheMaterialsFlatbandDatabasewebsite，apowerfulsearchengineforfuturetheoreticalandexperimentalstudies。Weusethedatabasetoextractacuratedlistof2，379highqualityflatbandmaterials，fromwhichweidentify345promisingcandidatesthatpotentiallyhostflatbandswithchargecentresthatarenotstronglylocalizedontheatomicsites。WeshowcasefiverepresentativematerialsandprovideatheoreticalexplanationfortheoriginoftheirflatbandsclosetotheFermienergyusingtheSmatrixmethodintroducedinaparallelwork。
　　Observingpolymerizationin2Ddynamiccovalentpolymers
　　观察二维动态共价聚合物的聚合
　　作者：GaoleiZhan，ZhenFengCai，KarolStrutyski，LihuaYu，NiklasHerrmann，MartaMartnezAbada，ManuelMelleFranco，AurelioMateoAlonsoStevenDeFeyter
　　链接：
　　https：www。nature。comarticless41586022044096
　　摘要：
　　结晶二维聚合物的质量与难以捉摸的聚合和结晶过程密切相关。在（亚）分子水平上理解这些过程的机理，对于改进预测合成和定制材料性能，以应用于催化和（光电子）等领域至关重要。
　　作者利用原位扫描隧道显微镜，对一种模型硼氧辛二维动态共价聚合物进行了表征，以实时和环境条件下揭示成核延伸过程的定性和定量细节。
　　序列数据分析可以观察到非晶向结晶的转变、核的时间依赖性演化、非经典结晶路径的存在，重要的是，可以通过实验精确地确定必要的结晶参数，包括临界核的大小，成核速率和生长速率。
　　Abstract
　　Thequalityofcrystallinetwodimensional（2D）polymersisintimatelyrelatedtotheelusivepolymerizationandcrystallizationprocesses。Understandingthemechanismofsuchprocessesatthe（sub）molecularleveliscrucialtoimprovepredictivesynthesisandtotailormaterialpropertiesforapplicationsincatalysisand（opto）electronics，amongothers。Wecharacterizeamodelboroxine2Ddynamiccovalentpolymer，byusinginsituscanningtunnellingmicroscopy，tounveilbothqualitativeandquantitativedetailsofthenucleationelongationprocessesinrealtimeandunderambientconditions。Sequentialdataanalysisenablesobservationoftheamorphoustocrystallinetransition，thetimedependentevolutionofnuclei，theexistenceof‘nonclassical’crystallizationpathwaysand，importantly，theexperimentaldeterminationofessentialcrystallizationparameterswithexcellentaccuracy，includingcriticalnucleussize，nucleationrateandgrowthrate。
　　生物和地球物理学BiophysicsGeophysics
　　Thecolloidalnatureofcomplexfluidsenhancesbacterialmotility
　　复合液体的胶体性质增强了细菌的运动
　　作者：ShashankKamdar，SeunghwanShin，PremkumarLeishangthem，LorraineF。Francis，XinliangXuXiangCheng
　　链接：
　　https：www。nature。comarticless41586022045093
　　摘要
　　在人类微生物群落、海洋和土壤生态系统中，微生物的自然栖息地充满了胶体和大分子。这种环境表现出非牛顿流体性质，极大地影响微生物的运动。
　　作者发现鞭毛细菌在稀释的胶体悬浮液中表现出与稀释的聚合物溶液中显示出定量相似的运动行为，特别是普遍的颗粒大小相关的运动增强高达80，并伴有对细菌摆动的强烈抑制。
　　由于胶体的硬球性质，其大小和体积分数在不同的实验中有所不同，该结果阐明了长期以来关于复杂流体中细菌运动性增强的争议，并表明聚合物动力学或非捕获这种现象的必要条件。
　　Abstract：
　　Thenaturalhabitatsofmicroorganismsinthehumanmicrobiome，oceanandsoilecosystemsarefullofcolloidsandmacromolecules。SuchenvironmentsexhibitnonNewtonianflowproperties，drasticallyaffectingthelocomotionofmicroorganisms。Hereweshowthatflagellatedbacteriaindilutecolloidalsuspensionsdisplayquantitativelysimilarmotilebehaviourstothoseindilutepolymersolutions，inparticularauniversalparticlesizedependentmotilityenhancementupto80accompaniedbyastrongsuppressionofbacterialwobbling。Byvirtueofthehardspherenatureofcolloids，whosesizeandvolumefractionwevaryacrossexperiments，ourresultsshedlightonthelongstandingcontroversyoverbacterialmotilityenhancementincomplexfluidsandsuggestthatpolymerdynamicsmaynotbeessentialforcapturingthephenomenon。
　　AssemblyofthebasalmantlestructurebeneathAfrica
　　非洲地幔基底结构的组合
　　作者：NicolasFlament，merF。Bodur，SimonE。WilliamsAndrewS。Merdith
　　链接：
　　https：www。nature。comarticless4158602204538y
　　摘要
　　板块构造塑造了地球表面，并与地球内部深处的运动有关。寒冷的海洋岩石圈下沉到地幔中，热的地幔柱从地球深处升起，导致火山活动。过去3。2亿年间的火山爆发与目前位于非洲和太平洋下面的地幔底部的两个大型结构有关。这导致了一种假设，即这些基底地幔结构在地质年代中一直是静止的。
　　与此相反的是，观测和模型表明，构造板块、俯冲带和地幔柱一直是活动的，而基底地幔结构目前正在变形。
　　作者重建了10亿年前到现在的地幔流动，以表明火山活动的历史在统计上与固定的基底地幔结构一致。在重建过程中，寒冷的岩石圈在740年到5亿年前深入非洲半球，从4亿年前开始，在冈瓦纳前后板块的推动下，非洲下面的结构逐渐组装起来，直到6000万年前才成为一个连贯的结构。
　　作者称地幔流动模型表明，基底地幔结构是可移动的，随着时间的推移会聚集和分散，类似于地球表面的大陆。其模型还预测了非洲地幔中大陆物质的存在，这与地球化学数据一致。
　　Abstract
　　PlatetectonicsshapesEarth’ssurface，andislinkedtomotionswithinitsdeepinterior。Coldoceaniclithospheresinksintothemantle，andhotmantleplumesrisefromthedeepEarth，leadingtovolcanism。Volcaniceruptionsoverthepast320millionyearshavebeenlinkedtotwolargestructuresatthebaseofthemantlepresentlyunderAfricaandthePacificOcean。Thishasledtothehypothesisthatthesebasalmantlestructureshavebeenstationaryovergeologicaltime，incontrasttoobservationsandmodelssuggestingthattectonicplates，subductionzonesandmantleplumehavebeenmobile，andthatbasalmantlestructuresarepresentlydeforming。Herewereconstructmantleflowfromonebillionyearsagotothepresentdaytoshowthatthehistoryofvolcanismisstatisticallyasconsistentwithmobilebasalmantlestructuresaswithfixedones。Inourreconstructions，coldlithospheresankdeepintotheAfricanhemispherebetween740and500millionyearsago，andfrom400millionyearsagothestructurebeneathAfricaprogressivelyassembled，pushedbyperiGondwanaslabs，tobecomeacoherentstructureasrecentlyas60millionyearsago。Ourmantleflowmodelssuggestthatbasalmantlestructuresaremobile，andaggregateanddisperseovertime，similarlytocontinentsatEarth’ssurface。OurmodelsalsopredictthepresenceofcontinentalmaterialinthemantlebeneathAfrica，consistentwithgeochemicaldata