为期一周的论文《自然简介》(发表于20210408)

编译|李昂

《自然》, 2021年4月8日,第592卷第7853期

《自然》2021年4月8日第592卷第7853期。

天文学天文学

一颗炽热的大行星大气中的五种含碳和氮的物种

炽热巨行星大气中的五种含碳氮物质

作者:保罗·贾科贝、马特奥·布罗吉、西达尔特·甘地、帕特里西奥·库比略斯等。

链接:

/articles/s 41586-021-03381-x

摘要

之前对热木星的观测表明,当它们从其主星面前经过时,大气中往往存在水蒸气和一氧化碳;这是在通常的化学平衡假设下,根据太阳的比例成分研究出来的。

在HD 209458b的大气中发现了氰化氢和这两种分子。HD 209458b是一颗被充分研究的热木星(平衡温度在1500 k左右)。曾经检测到氨,但后来被否认。

这里我们报告HD 209458b的观测结果,显示有水、一氧化碳、氰化氢、甲烷、氨、乙炔,每个分子的标准偏差为5.3 ~ 9.9。辐射和化学平衡的大气模型表明,被探测物质具有富碳的化学成分,碳氧比接近或大于1,高于太阳的数值(0.55)。

根据现有的大气化学和行星形成与迁移情景的模型,这可能表明HD 209458b是在远离其当前位置的地方形成的,然后向内迁移。

摘要

先前对热木星在它们的主星前经过时的观测揭示了在它们的大气中经常存在水蒸气和一氧化碳;这是在通常的化学平衡假设下,根据成比例的太阳成分进行研究的。这两种分子以及氰化氢都是在HD 209458b的大气中发现的,HD 209458 b是一颗经过充分研究的热木星(平衡温度约为1,500开尔文),而氨则是在那里暂时检测到的,随后遭到驳斥。在这里,我们报告了HD 209458b的观测结果,表明存在水(H2 O)、一氧化碳(CO)、氰化氢(HCN)、甲烷(H4 C)、氨(H3 N)和乙炔(C2H2),每个分子的统计显著性为5.3至9.9个标准偏差。辐射和化学平衡中的大气模型解释了检测到的物种,表明碳氧比接近或大于1,高于太阳值(0.55)。根据将大气化学与行星形成和迁移情景相关联的现有模型,这将表明HD 209458b在远离其当前位置的地方形成,随后向内迁移。

考古学考古学

105000年前在一个更潮湿的卡拉哈里沙漠中的创新智人行为

卡拉哈里盆地105000年前人类的创新行为。

作者:杰恩·威尔金斯,本杰明·j·朔维尔,罗宾·皮克林,卢克·格利加尼奇,等。

链接:

/articles/s 41586-021-03419-0

摘要

非洲的考古记录为智人复杂符号和技术行为的出现提供了最早的证据。但保存完好的年代学较强的晚更新世地层遗址在南非内陆非常罕见,所以海岸假说一直没有得到验证。

在这里,我们展示了大约6.5438+0.05亿年前,类似于南部非洲沿海地区的早期人类发明。他们同时生活在600多公里外的内陆地区。我们报告了有意收集非实用物品(方解石晶体)和鸵鸟蛋壳的证据。

这些证据来自卡拉哈里盆地南部一个层状岩石矿床的发掘现场,我们通过光释光测年技术确定其距今约6.5438+0.05亿年。残余凝灰岩矿床的铀钍测年表明,这里偶尔会有大量淡水流过;这些岩层中最古老的可以追溯到11到65438+万年,与考古发现一致。

我们的研究结果表明,非洲南部内陆人类的创新行为并不落后于沿海附近的人,这些创新行为可能是在湿润的大草原环境中发展起来的。

摘要

非洲的考古记录为智人特有的复杂的象征和技术行为的出现提供了最早的证据。然而,在南部非洲的内陆地区,保存完好、年代可靠的成层晚更新世遗址非常罕见,因此海岸假说仍未得到验证。在这里,我们展示了与大约105万年前(ka)非洲南部沿海地区相似的早期人类创新在大约同一时间存在于居住在600多公里内陆的人类中。我们报道了从卡拉哈里盆地南部层状岩礁矿床的挖掘中有意收集的非实用物品(方解石晶体)和鸵鸟蛋壳的证据,我们通过光释光测定其年代约为105 ka。残余石灰华沉积物的铀-钍年代测定表明大量新鲜流动水的零星时期;这些幕中最古老的一幕可追溯到110至100 ka之间,与考古沉积物同期。我们的结果表明,非洲南部内陆人类的行为创新并不落后于沿海地区,这些创新可能是在潮湿的热带草原环境中发展起来的。

材料科学

魔角石墨烯中Pomeranchuk效应的熵证据

魔角石墨烯中Pomeranciuk效应的熵证据

作者:阿萨夫·罗森,朴正民,乌里松·迪纳尔,曹苑,丹尼尔·拉顿·勒·格兰,等。

链接:

/articles/s 41586-021-03319-3

摘要

20世纪50年代,波美拉查克预言液氦-3加热后可能会凝固,这与我们的直觉相反。这种效应是由空间中固态原子的高过剩核自旋熵引起的。在这里,我们发现类似的效应也发生在魔角扭曲的双层石墨烯中。

利用局部和全局电子熵测量,我们发现当每摩尔晶胞中填充近一个电子时,电子熵显著增加到每晶胞约1 k B。这个巨大的超额熵被指向其磁源的面内磁场所猝灭。可压缩性随着电子密度的变化而急剧下降,随着费米能级的复位而回到狄拉克点附近,这标志着两相之间的界限清晰。

我们将这种跳跃映射为电子密度、温度和磁场的函数。这揭示了一个相图。和Pomeranchuk一样,温度和磁场驱动低熵电子液体向几乎自由磁矩的高熵关联态转变。

关联态的特征是看似矛盾的属性的不寻常组合,其中一些与流动的电子有关——如缺乏热力学间隙、金属性和狄拉克可压缩性——而另一些与局部矩有关,如大熵及其在磁场下的消失。

摘要

在1950年代,Pomeranchuk预言,与直觉相反,液态3He可能在加热时凝固。这种效应的出现是由于固体相中的高过剩核自旋熵,其中原子是空间局域化的。在这里,我们发现在魔角扭曲的双层石墨烯中发生了类似的效应。使用局部和全局电子熵测量,我们表明在每个莫尔晶胞填充一个电子附近,每个晶胞的电子熵显著增加到大约1k B(k B是玻尔兹曼常数)。这个巨大的超额熵被一个面内磁场猝灭,指向它的磁源。作为电子密度函数的可压缩性的急剧下降,伴随着费米能级重置回到狄拉克点附近,标志着两相之间的清晰边界。我们将这种跳跃映射为电子密度、温度和磁场的函数。这揭示了一个相图,该相图与类似Pomeranchuk的温度和场驱动的从低熵电子液体到具有几乎自由磁矩的高熵关联态的转变一致。关联态的特点是看似矛盾的属性的不寻常组合,一些与巡回电子相关——如缺乏热力学间隙、金属性和类狄拉克可压缩性——另一些与局域矩相关,如大熵及其在磁场下的消失。

扭曲双层石墨烯中的同位旋波美拉查克效应

扭曲双层石墨烯的同位旋波美拉查克效应

作者:齐藤裕,杨,葛,刘,,渡边健二,等。

链接:

/articles/s 41586-021-03409-2

摘要

这里,我们展示了一种机制来描述魔角扭曲双层石墨烯中自旋和槽同位旋的有限温度动力学。

值得注意的是,在超晶格填充因子1附近,电阻率在高温时出现峰值,而在低温极限时没有相应的相位。倾斜磁场的磁输运和面内磁矩的热力学测量表明,电阻率的峰值与系统发展为有限同位旋极化的有限场磁相变有关。这些数据表明了一种波美拉查克型机制。

在这个机制中,与同位旋非极化费米液相相比,铁磁相中无序同位旋矩的熵在更高的温度下稳定了相。

摘要

这里我们展示了一个相似的机制描述了魔角扭曲双层石墨烯中自旋和谷同位旋的有限温度动力学。尽管在低温极限下没有出现相应相关相的迹象,但在高温下,电阻率峰值出现在超晶格填充因子1附近。倾斜场磁输运和面内磁矩的热力学测量表明,电阻率峰值与系统产生有限同位旋极化的有限场磁相变有关。这些数据暗示了Pomeranchuk型机制,其中铁磁相中无序同位旋矩的熵相对于同位旋非极化费米液相在更高温度下稳定了该相。

离子溶剂化笼聚合物膜的多样性导向合成

基于离子溶剂化的聚合物薄膜多样性取向合成

作者:米兰达·j·巴兰、马克·e·卡林顿、斯瓦加特·萨胡、阿尔特姆·巴斯金、琼·宋华等。

链接:

/articles/s 41586-021-03377-7

摘要

在这里,我们描述了一种多样性导向的微孔聚合物膜合成策略,以确定以FVEs作为锂离子溶剂笼的候选材料。

这种策略包括通过Mannich反应使双邻苯二酚单体多样化,从而在FVEs中引入锂离子配位功能,加强拓扑聚合使FVEs进入不同的孔结构,以及各种具有孔几何和介电性质的聚合物反应。

与对照膜相比,具有离子溶剂化笼的候选膜具有更高的离子电导率和更高的阳离子转移数,其中FVEs是特异性的,表明常规膜渗透边界和离子转移选择性是可以克服的。

摘要

在这里,我们描述了一个微孔聚合物膜的个性化合成策略,以确定候选人的特点是FVEs作为锂离子(Li+)的溶剂化笼。这种策略包括通过Mannich反应将双(邻苯二酚)单体分散以在FVEs中引入Li+配位官能团,用于将FVEs网络成不同孔结构的拓扑增强聚合,以及用于分散孔几何形状和介电性质的几个聚合物上反应。具有离子溶剂化离子笼的最有前途的候选膜表现出比对照膜更高的离子电导率和更高的阳离子迁移数,其中FVEs是非特异性的,表明可以克服膜渗透性和离子传输选择性的传统界限。

地球科学

永久性大气氧化作用的2亿年延迟

延迟了两亿年的永久性大气氧化。

作者:西蒙·w·波尔顿,安德烈·贝克,维维安·m·卡明,奥布里·l·泽克尔,唐纳德·e·坎菲尔德&;戴维·约翰斯顿

链接:

/articles/s 41586-021-03393-7

摘要

早期的大气氧化发生在以多次全球冰期为标志的长期极端气候不稳定期,氧气浓度首次升至当前大气水平10- 5以上的时间推测为24.3亿年前。然而,大气氧含量的波动一直持续到大约23.2亿年前,这代表了大气中不可逆氧化的估计时间。

在这里,我们通过南非德兰士瓦的优越海洋沉积物,以高分辨率重建了远古早期最后两次冰期的大气和局部海洋氧化还原条件。利用多种硫同位素和铁-硫-碳体系,我们证明了大气氧水平在大约23.2亿年前以后持续波动,这与海洋氧化还原化学和气候的主要扰动有关。

因此,在大约2亿年的时间里,氧气水平在当前大气水平的10- 5的阈值附近波动。永久性的大氧化事件比目前的估计晚了大约1亿年。

摘要

早期大气氧化发生在以多次全球冰川为标志的长期极端气候不稳定时期,氧浓度最初上升到当前大气水平的10- 5以上,这被限制在大约24.3亿年前。然而,据报道,大气含氧量随后的波动一直发生到大约23.2亿年前,这代表了大气不可逆氧化的估计时间。在这里,我们报道了古元古代早期最后两次冰期的大气和局部海洋氧化还原条件的高分辨率重建,正如来自南非德兰士瓦超群的海洋沉积物所记录的那样。使用多种硫同位素和铁-硫-碳系统学,我们证明了大约23.2亿年前大气氧水平的持续振荡,这与海洋氧化还原化学和气候的主要扰动有关。因此,氧气水平在当前大气水平的10- 5的阈值范围内波动了大约2亿年,随着洛马贡迪碳同位素漂移在大约22.2亿年前最终到达永久大气氧化,比目前估计的晚了大约10亿年。