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Nature、Science综述汇总-004期

Nature、Science综述汇总-004期

《自然》2020年6月25日，第582卷，7813期

主序前恒星AU Microscopii周围残骸盘中的一颗行星

作者：

Peter Plavchan, Thomas Barclay, Jonathan Gagné, Peter Gao, Bryson Cale, William Matzko, et al.

链接：

https://www.nature.com/articles/s41586-020-2400-z

摘要：

AUMicroscopii（AU Mic）是第二近的主序前恒星，距离9.79秒差距，年龄为2200万年。AU Mic在距离恒星约35至210个天文单位处拥有一个相对罕见且空间分辨的边缘残骸盘，其团块表现出非开普勒运动。

探测这样一颗恒星周围新形成的行星面临着挑战，因为恒星上存在斑点、谱斑、耀斑和其他磁性“活动”表现。研究组报告了一颗行星经过AU Mic的观测结果。过境行星AU Mic b的轨道周期为8.46天，轨道距离为0.07天文单位，半径为0.4个木星半径，在3σ置信度下的质量小于0.18个木星质量。

研究组对这颗与残骸盘共存的行星进行观测，有助于检验当前行星形成和演化模型的预测。

可变水输入量控制着小安的列斯群岛火山弧的演化

作者：

George F. Cooper, Colin G. Macpherson, Jon D. Blundy, Benjamin Maunder, Robert W. Allen, Saskia Goes, et al.

链接：

https://www.nature.com/articles/s41586-020-2407-5

摘要：

海洋岩石圈通过汇聚板块边界的俯冲作用将挥发性物质（尤其是水）带入地幔。这种俯冲水运动控制着岩浆的产生、地震、大陆地壳和矿产资源的形成。识别不同的潜在流体源（沉积物、地壳和地幔岩石圈）并追踪从其释放到地表的流体已证明极具挑战性。

大西洋俯冲带是研究该深水循环的有价值的最终成员，因为大西洋岩石圈水化作用因缓慢扩散而产生，预计高度不均匀。作为小安的列斯群岛火山弧多学科项目的一部分，研究组研究了熔融包裹体中的硼微量元素和同位素指纹。这表明蛇纹岩（即水化地幔，而非地壳或沉积物）是俯冲水到中央弧的主要来源。

在过去大约一千万年的时间里，这种蛇纹岩最有可能存在于俯冲到中心弧下的一系列主要断裂带中。这些断裂带目前的脱水与当前地震发生率最高、剪切速度显著降低的位置一致，而之前的脱水历史则与火山生产较高和弧壳较厚的位置相一致。

这些综合地球化学和地球物理的数据表明，俯冲板块的结构和水化作用与火山弧的演化及其相关的地震和火山灾害直接相关。

增材制造高强度大马士革钢

作者：

Philipp Kürnsteiner, Markus Benjamin Wilms, Andreas Weisheit, Baptiste Gault, Eric Aimé Jägle & Dierk Raabe

链接：

https://www.nature.com/articles/s41586-020-2409-3

摘要：激光增材制造对于使用计算机辅助设计模型从金属粉末生产复杂的三维零件很有吸引力。这种方法可以数字化控制加工参数，例如，通过使用高冷却速率和循环再加热，从而获得合金的微观结构。研究组最近发现，这种循环再加热可在激光增材制造过程中在铁-镍-铝合金中原位触发镍-铝的沉积，他们报告了为激光增材量身制造的Fe19Ni5Ti（重量百分比）钢。在制造过程中，对纳米沉淀和马氏体相变的局部控制可形成从大约100微米厚的层到纳米级沉淀的多个长度尺度的复杂微观结构层次。受古代大马士革钢启发，这种钢具有硬质层和软质层，最初是通过熟练铁匠的折叠和锻造技术引入，研究组生产了一种由软硬质层交替组成的材料。该材料具有1300兆帕的拉伸强度和10%的延伸率，显示出比古代大马士革钢更优越的机械性能。研究组使用的原位沉淀强化和局部微观结构控制原理可应用于各种沉淀硬化合金和不同增材制造工艺。

基于纠缠的1120公里外安全量子加密

作者：

Juan Yin, Yu-Huai Li, Sheng-Kai Liao, Meng Yang, Yuan Cao, Liang Zhang, et al.

链接：

https://www.nature.com/articles/s41586-020-2401-y

摘要：

量子密钥分发（QKD）是一种理论上安全的远程用户密钥共享方式。在实地，从卫星到最远1200公里外的地面站实现了点对点QKD。然而，现实世界中基于QKD的加密技术以地球上物理分离的用户为目标，其最大距离约为100公里。

利用量子中继器可以实现长距离纠缠分布，但相关技术在实际应用中还不成熟。在不影响量子通信安全性的前提下，扩展量子通信范围的一个绝佳替代方案是基于卫星的QKD，但迄今为止，基于卫星的纠缠分布还不足以支持QKD。

研究组演示了在不需要可信中继的情况下，以每秒0.12比特的有限码速率在两个相隔1120公里的地面站之间基于纠缠的QKD。纠缠光子对通过Micius卫星的两个双向下行链路分发到中国青海德令哈和新疆南山的两个地面观测站。

高效望远镜和后续光学系统的发展极大地提高了链路效率。生成的密钥对于实际设备是安全的，因为地面接收器经过精心设计，以确保公平采样和对所有已知副信道的免疫。该方法不仅使地面安全距离增加了10倍，而且将QKD的实际安全性提高到了前所未有的水平。

映射介导键形成的分子振动的出现

作者：

Jong Goo Kim, Shunsuke Nozawa, Hanui Kim, Eun Hyuk Choi, Tokushi Sato, Tae Wu Kim, et al.

链接：

https://www.nature.com/articles/s41586-020-2417-3

摘要：

化学反应的基础研究通常使用计算或建议的势能面来考虑沿反应坐标的分子动力学。但是，通过以时间分辨的方式跟踪所有核运动（即波包的运动），在实验中完全映射此类动力学很有挑战性，即使对于简单的定型双分子反应：A-B + C→A + B-C，也尚未实现。

研究组使用飞秒X射线液相图和X射线自由电子激光，跟踪了金三聚体3在单体水溶液中的光诱导成键过程中这些振动波包的轨迹。在由三个单体A、B、C通过非共价相互作用聚集在一起形成的络合物中，A与B之间的距离比B与C之间的距离短。

在三维核坐标中跟踪波包发现，在光激发后的最初60飞秒内，A和B之间形成共价键，得到A–B +C。B和C之间的第二个共价键随后在360飞秒内形成，最终形成线性共价键结合的三聚体A–B–C。三聚体表现出谐波振动，研究组仅使用实验数据就可以映射并明确分配给特定的正常模式。

原则上，更强的X射线不仅可以观察到诸如金等高度散射原子的运动，还可以观察到诸如碳和氮等较轻原子的运动，这有助于直接跟踪许多化学反应中涉及的原子运动。

阿瓜达·菲尼克斯纪念性建筑与玛雅文明的萌芽

作者：

Takeshi Inomata, Daniela Triadan, Verónica A. Vázquez López, Juan Carlos Fernandez-Diaz, Takayuki Omori, María Belén Méndez Bauer, et al.

链接：

https://www.nature.com/articles/s41586-020-2343-4

摘要：

考古学家传统上认为玛雅文明的发展是渐进的，并假设小村庄开始出现在前古典时代中期（公元前1000-350年），人们使用陶器并适应定居。早期仪式性建筑群的最新发现开始挑战这种假设。

研究组使用空载激光雷达对此前未知的阿瓜达·菲尼克斯遗址（位于墨西哥塔巴斯科州）进行勘测与挖掘，发现该遗址有一个人造平台，长1400 m，高10-15 m，有9条堤道从中辐射出来。研究组使用放射性碳数据贝叶斯分析，确定该遗址为公元前1000-800年间。

据研究组所知，这是玛雅地区有史以来最古老的纪念性建筑，也是该地区整个西班牙殖民前历史上最大的纪念性建筑。尽管该遗址与早期的圣洛伦索的奥尔梅克中心有一些相似之处，但阿瓜达·菲尼克斯社群可能没有明显的社会不平等现象。

阿瓜达·菲尼克斯和同一时期的其他仪式性建筑群表明，在玛雅文明的初步发展中，社群工作的重要性。

《科学》2020年6月26日，第368卷，6498期

太阳对流区经向流在半球的运动

作者：

Laurent Gizon, Robert H. Cameron, Majid Pourabdian, et al.

链接：

https://science.sciencemag.org/content/368/6498/1469

摘要：

太阳磁场是由对流等离子体的地下运动产生的。在11年的太阳活动周期中，太阳表面磁场聚集（即太阳黑子）所在的维度向赤道漂移。

我们使用日震学来推断1996-2019年间两个太阳周期的经向流（纬向和径向）。我们使用了两个在2001-2011年重叠期间一致的数据源。经向时间平均流在每个半球是一个单体，带着等离子体在45°纬度以每秒4米的速度向对流区底部的赤道方向移动。

我们的结果支持传输流动力模型，该模型解释了太阳黑子出现维度通过经向流的漂移。

围绕最亮的红矮星GJ 887运行的超地球行星系统

作者：

S. V. Jeffers, S. Dreizler, J. R. Barnes, et al.

链接：

https://science.sciencemag.org/content/368/6498/1477

摘要：

离太阳很近的系外行星提供了详细描述太阳系外行星的机会。利用径向速度测量，我们报告发现了一个紧凑的超级地球系外行星系统围绕附近的红矮星GJ 887运行。

这两颗行星的公转周期分别为9.3天和21.8天。假设有类似地球的反照率，这颗21.8天的行星的平衡温度约为350开尔文。这两颗行星位于水可以液态形式存在得宜居带区域，但靠近其边缘。

我们还探测到一个周期约为50天的未经证实的信号，这可能相当于第三个处于更温和轨道的超级地球。我们的观测表明，GJ 887的光度变化率低于1/2000，这对红矮星来说是异常安静的。

各向异性金纳米晶的胶束定向手性种子生长

作者：

Guillermo González-Rubio, Jesús Mosquera, Vished Kumar, et al.

链接：

https://science.sciencemag.org/content/368/6498/1472

摘要：

表面活性剂辅助金属纳米颗粒（NPs）生长可以通过在不对称辅助表面活性剂存在下形成手性胶束的模板效应来获得具有较高手性活性的各向异性金纳米晶。

混合胶束吸附在金纳米棒上，形成准螺旋状图案，以明显的形态学和光学旋向直接种子生长成NPs。明显的手性褶皱导致手性等离子体模具有高的不对称因子（~0.20）。

通过改变手性褶皱的尺寸，手光性质可以在可见光和近红外光谱内进行调整。这种胶束定向机制可以扩展到其他系统，比如手性铂壳在金纳米棒上的种子生长。该方法为制备具有高手性光学活性的NPs提供了一种可重复、简单和可扩展的方法。

质量分辨电子圆二色性离子光谱学

作者：

Steven Daly, Frédéric Rosu, Valérie Gabelica

链接：

https://science.sciencemag.org/content/368/6498/1465

摘要：

DNA和蛋白质具有手性：它们的三维结构不能与镜像叠加。圆二向色光谱法广泛应用于手性化合物的表征，但对混合物的数据解释较为困难。

我们记录了在质谱仪中分离的DNA螺旋的电子圆二色谱。我们研究了具有不同二级结构的富G链，以负离子的形式电喷射，用紫外纳秒光参量振荡器激光照射，并测量了左右圆偏振光的电子光解效率的差异。

重建的圆二向色性离子光谱类似于它们的液相对应物，从而允许我们分配DNA螺旋拓扑。直接在生物分子离子上测量圆二色性的能力扩展了质谱分析结构的能力。

接触方式的变化塑造了中国新冠疫情发展动态

作者：

Juanjuan Zhang, Maria Litvinova, Yuxia Liang, et al.

链接：

https://science.sciencemag.org/content/368/6498/1481

摘要：

为阻止2019新型冠状病毒（COVID-19）传播，中国实施了密集的非药物干预措施。随着传播在其他国家的加剧，年龄、接触方式、社会距离、感染易感性和COVID-19动态之间的相互作用仍不清楚。

为了回答这些问题，我们分析了武汉和上海在疫情爆发前和期间的接触调查数据以及湖南省的接触追踪信息。在因新冠疫情保持社交距离的期间，日常接触减少了7 - 8倍，大多数接触仅限于家庭。

我们发现，相比15至64岁的成人（优势比为0.34,95%可信区间0.24到0.49），0到14岁的儿童更不易受SARS-CoV-2感染，而65岁以上的成人更容易感染（优势比为1.47,95%可信区间1.12到1.92）。基于这些数据，我们建立了一个传播模型来研究社交距离和学校关闭对传播的影响。

我们发现，中国在疫情爆发期间仅采取社交距离控制就足以控制COVID-19的传播。虽然主动关闭学校本身不能阻断传播，但可以将高峰发病率降低40%至60%，并延缓疫情发展。

基于超构透镜阵列的高维多光子量子源

作者：

Lin Li , Zexuan Liu, Xifeng Ren, et al.

链接：

https://science.sciencemag.org/content/368/6498/1487

摘要：

二维超表面的发展在量子光学技术中显示了巨大的潜力，因为它在光场操作方面具有良好的灵活性。通过将超构透镜阵列与非线性晶体集成，我们在10×10阵列中演示了100路自发参量下转换光子对源，显示了高维纠缠和多光子态产生的前景。

我们展示的二维、三维以及四维路径纠缠态的保真度分别达到98.4%，96.6%和95.0%。此外，我们观察到4光子和6光子的产生，不同金属产生的光子具有很高的不可分辨性。

我们的超构透镜阵列量子光子源结构紧凑、稳定、可控，为集成量子器件提供了一个新的平台。

适应北极的狗出现在更新世-全新世过渡时期

作者：

Mikkel-Holger S. Sinding, Shyam Gopalakrishnan, Jazmín Ramos-Madrigal, et al.

链接：

https://science.sciencemag.org/content/368/6498/1495

摘要：

虽然雪橇犬是最特殊的犬类之一，但它们的起源和演变却没有像其他犬类那样受到关注。

通过对10只现代格陵兰雪橇犬、一只具有考古学证据与雪橇技术有关的约9500岁的西伯利亚犬和一只约33000岁的西伯利亚狼进行基因组测序，我们应用了基因组学方法来研究它们在时空中的联系。

我们发现古代狗和现代雪橇犬之间有显著的基因相似性。我们检测了从更新世西伯利亚狼（但不是现代美国狼）到现代雪橇犬的基因流。

这一结果表明，现代雪橇犬的主要祖先可以追溯到西伯利亚，那里的雪橇犬特有的单倍型基因在9500年前就已经建立起来了，而这种基因可能与适应北极的环境有关。