为期一周的论文《自然简介》(发表于20200521)

编译|冯薇薇

自然，21 2020年5月，第581期7808

自然，2020年5月21，Vol.581，第7808期。

物理学物理学

大爆炸后65438+5亿年的一个寒冷、巨大、旋转的盘状星系

早期的盘状星系挑战了星系形成的传统模式。

▲作者:马塞尔·尼尔曼、j·泽维尔·普罗查斯卡、尼西姆·卡内卡尔、马克·拉菲尔斯基等。

▲链接:/articles/s 41586-020-2276-y

▲摘要

在传统的星系形成模型中，像银河系这样的大质量盘状星系有望在后期形成。最近的数值模拟表明，这样一个星系可能早在宇宙大爆炸后6543.8+0亿年就已经由冷物质吸积合并而成。

通过探测类星体光的吸收和识别，作者报告了一个红移为4.2603的星系。这些观测结果表明，辐射来自一个寒冷、充满灰尘的旋转圆盘中的气体，旋转速度约为每秒272公里。研究人员检测了星系中一氧化碳的排放，得到的分子量与估计的大约720亿个太阳质量的电离碳排放一致。

当宇宙只有6543.8+0.5亿岁时，如此巨大的、旋转支撑的冷盘星系的存在有利于冷模吸积或合并的形成，尽管其大的旋转速度和大的冷气体含量仍然难以被大多数数值模拟重现。

▲摘要

在传统的星系形成模型中，像银河系这样的大质量盘状星系预计会在后期形成，但最近的数值模拟表明，这种星系可能会在大爆炸后的10亿年前通过冷物质的吸积和合并形成。在这里，我们报告了分辨率约为1.3千秒的成像，它是来自单电离碳的158微米发射谱线、远红外尘埃连续谱和来自红移为4.2603的星系的近紫外连续谱发射，这是通过探测其对类星体光的吸收而确定的。这些观测表明，这种排放来自一个寒冷、多尘、旋转速度约为每秒272公里的圆盘内的气体。对银河系中一氧化碳排放的探测产生了一个分子质量，这与电离碳排放的大约720亿个太阳质量的估计是一致的。当宇宙只有65438+5亿岁时，存在这样一个巨大的旋转支撑的冷圆盘星系，这有利于通过冷模式吸积或合并形成，尽管它的大旋转速度和大量冷气体仍然难以用大多数数值模拟来重现。

原子和分子之间的量子纠缠

▲作者:Yihenglin，David R. Leibrandt，Dietrich Leibfried，Chin-Wen Chou等。

▲链接:/articles/s 41586-020-2257-1

▲摘要

传统的信息处理器在不同的物理载体之间转换、处理、存储和传输信息。

作者证明了40CaH+分子离子的旋转态与40Ca+原子离子的内态之间的纠缠。他们扩展了量子逻辑光谱学中用于纯态初始化、激光操作和分子离子状态读取的方法。

原子与分子离子之间库仑耦合运动的量子相干性使得后续的纠缠操作成为可能。该分子中的量子比特频率为13.4 kHz或855 GHz，凸显了分子量子比特的多功能性。

作者演示了分子如何在不同频率的量子位之间传递量子信息，从而实现混合量子系统。他们期望这种分子量子控制和测量方法能够应用于量子信息科学、量子传感器、基础和应用物理以及受控量子化学。

▲摘要

传统的信息处理器在不同的物理载体之间转换信息以进行处理、存储和传输。这里我们演示了40CaH+分子离子的转动态和40Ca+原子离子的内态之间的纠缠。我们扩展了量子逻辑光谱学中用于分子离子的纯态初始化、激光操纵和状态读出的方法。原子和分子离子之间库仑耦合运动的量子相干性使得随后的纠缠操作成为可能。分子中寻址的量子位具有13.4千赫1或855千兆赫的频率，突出了分子量子位的多功能性。我们的工作展示了分子如何在不同频率的量子位之间转换量子信息，以实现混合量子系统。我们预计我们的量子控制和分子测量方法将在量子信息科学、量子传感器、基础和应用物理以及受控量子化学中得到应用。

仿生学

半球形钙钛矿纳米线阵列视网膜仿生眼

机器仿生眼

▲作者:顾，斯万那迪普波德达，袁，龙，阿里贾维，范志勇等。

▲链接:/articles/s 41586-020-2285-x

▲摘要

人眼具有特殊的图像传感特性，例如极宽的视场、高分辨率和低像差。

作者描述了一种由电化学眼和半球形视网膜组成的高密度纳米线阵列来模拟人类视网膜上的光感受器。该器件的设计与人眼的结构高度相似，在对单根纳米线进行电加工时，有可能实现高成像分辨率。

此外，作者还通过重建投射在仿生装置上的光学模式来展示其图像传感功能。作者表示，该研究将推动仿生光敏器件的广泛应用。

▲摘要

人眼具有特殊的图像传感特性，例如极宽的视野、高分辨率和低像差的灵敏度。在这里，我们展示了一种电化学眼睛，它有一个由高密度纳米线阵列制成的半球形视网膜，模仿人类视网膜上的光感受器。该器件设计与人眼具有高度的结构相似性，当对单个纳米线进行电寻址时，可以实现高成像分辨率。此外，我们通过重建投射到设备上的光学图案来展示我们的仿生设备的图像感测功能。这项工作可能会导致仿生光敏器件，可以在广泛的技术应用中找到用途。

物理化学

短程有序及其对CrCoNi中熵合金的影响

CrCoNi中短程有序结构对熵合金性能的影响

▲作者:张若鹏、史腾昭、丁俊、阎崇、陶佳、安德鲁·米纳等。

▲链接:/articles/s 41586-020-2275-z

▲摘要

传统的金属合金是元素的混合物，其中少数几种原子在低于其溶解度极限时倾向于随机分布，在高于其溶解度极限时形成第二相。

作者报道了用能量过滤透射电子显微镜观察到的中熵合金的结构特征，这些特征可归因于短程排列。该序列的增加将导致更高的叠加断层能量和硬度。

这些结果表明，纳米尺度的局域有序度可以通过形变热处理来调节，这为调节中高熵合金的力学性能提供了一种新的途径。

▲摘要

传统的金属合金是元素的混合物，其中少数种类的原子如果低于它们的溶解度极限，则倾向于随机分布，或者如果高于它们的溶解度极限，则形成第二相。在这里，我们报告了观察，使用能量过滤透射电子显微镜，结构特征归因于短程有序的CrCoNi中熵合金。这种有序度的增加导致更高的堆垛层错能和硬度。这些发现表明，纳米尺度的局部有序程度可以通过热力学处理来定制，这为调节中熵和高熵合金的机械性能提供了一种新的途径。

地球科学

从1980到2018北半球雪团的类型和趋势

1980至2018北半球的雪情。

▲作者:Jouni Pulliainen、Kariluojus、Chris Derksen、Lawrence Mudryk、Johannes Norberg等。

▲链接:/articles/s 41586-020-2258-0

▲摘要

全球变暖已经大大减少了北半球冰雪的覆盖范围和持续时间。利用新的GlobSnow 3.0数据集，作者得出北半球1980 ~ 2018年平均年最大降雪量为3062±35亿吨。

作者量化了3月份(最接近积雪峰值)的数据，覆盖了40 N以上的非高寒地区，最重要的是还包括了基于野外积雪观测的偏差修正。

作者将GlobSnow 3.0的估计与三个独立的雪量估计进行了比较，每个估计都有或没有偏差修正。在四个数据集中，偏差修正的范围从2433.2亿吨到3380亿吨降低到2846亿吨到3062亿吨——不确定性从33%降低到7.4%。

作者发现，在39年的卫星记录中，不同的大陆有不同的趋势。比如北美的降雪量每10年减少460亿吨，而欧洲和亚洲的趋势可以忽略；这两个大陆显示出高度的区域差异。这项研究有助于更好地评估季节性降雪在地球能量、水和碳收支中的作用。

▲摘要

变暖的地表温度导致北半球积雪的范围和持续时间大幅减少。在这里，我们使用新的Glob Snow 3.0数据集来显示北半球1980–2018年最大积雪量平均为306235亿吨(千兆吨)。我们的量化是针对3月份(与积雪量峰值最接近的月份)，覆盖了北纬40°以上的非高山地区，而且最重要的是，包括了基于实地积雪观测的偏差修正。我们将我们的GlobSnow 3.0估计值与三个独立的雪量估计值进行了比较，每个估计值都有和没有偏差修正。在四个数据集之间，偏差校正将范围从2433-3380千兆吨(平均2867)减少到2846-3062千兆吨(平均2938)，不确定性从33%减少到7.4%。基于我们的偏差修正的GlobSnow 3.0估计，我们在39年的卫星记录中发现了不同的大陆趋势。例如，北美的雪量每十年减少46亿吨，但欧亚大陆的趋势可以忽略不计；两个大陆都表现出高度的区域可变性。我们的结果能够更好地估计季节性雪量在地球能量、水和碳收支中的作用。

古人类学

保加利亚Bacho Kiro洞穴的早期旧石器时代智人

旧石器时代晚期最早的智人来自保加利亚。

▲作者:让-雅克·胡布林、尼古拉·西拉科夫、特森卡·察诺瓦等。

▲链接:/articles/s 41586-020-2259-z

▲摘要

在欧洲旧石器时代中期到晚期的过渡时期，非洲的智人取代了当地的尼安德特人，并在一定程度上吸收了他们。

作者报道了与旧石器时代早期文化遗迹有关的人类遗骸的发现和直接测年，这些遗骸来自巴乔奇的罗洞穴。

作者通过对一颗牙齿的线粒体DNA和蛋白质组学鉴定的几个古代人类骨骼碎片的形态学分析，将这些发现鉴定为智人，并将旧石器时代早期科学技术的扩张与45000年前智人向欧亚大陆中纬度地区的传播联系起来。

这次挖掘出土了大量的骨制品，包括洞穴熊牙齿制成的挂件，让人想起西欧最后一批尼安德特人制作的东西。这些发现与以前的模型一致，以前的模型是基于智人和尼安德特人之间的多次迁移。

▲摘要

欧洲旧石器时代中期到晚期的过渡见证了当地尼安德特人被来自非洲的智人取代和部分吸收。在这里，我们报道了在巴乔基罗洞穴(保加利亚)中发现的与早期旧石器时代有关的人类遗骸的发现和直接年代测定。通过蛋白质组筛选确定的一颗牙齿和几块人类骨骼碎片的线粒体DNA的形态学分析，将这些发现归因于智人，并将早期旧石器时代技术的扩展与智人在4.5万年前向欧亚大陆中纬度地区的传播联系起来。挖掘出了大量的骨制品，包括用洞穴熊牙齿制作的挂件，这些挂件让人想起后来西欧最后一批尼安德特人制作的挂件。这些发现与基于多波智人到达欧洲并与下降的尼安德特人接触的模型相一致。