自然要覽-
作者:馮維維
發(fā)布時間:2021-06-08
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溫帶湖泊普遍缺氧

溫帶湖泊含氧量出現(xiàn)了大范圍、長期的下降。這一針對近400個湖泊在80年的時間里計算得出的趨勢或許和氣候變暖以及水體透明度下降有關。

該下降趨勢可能會威脅到至關重要的湖泊生態(tài)系統(tǒng)。水體系統(tǒng)的溶解氧濃度會影響?zhàn)B分平衡、生物多樣性、飲用水質量和溫室氣體排放。雖然海洋的氧流失已經(jīng)得到了證明,但人們對湖泊溶解氧濃度的變化一直不夠了解,一定程度上是因為缺乏長期、大規(guī)模的研究。

為解決這一問題,研究人員編制了1941年至2017年間由政府、大學、非營利組織采集的393個溫帶湖泊(大部分位于歐美)的溫度和溶解氧測量數(shù)據(jù)。這些淡水環(huán)境減少的溶解氧是海洋中觀測到的2倍到9倍左右。

研究人員指出,水溫上升與表層水氧濃度下降有關,而深層水氧含量下降則與更強的熱分層(不同深度形成不同的溫躍層)以及水體透明度降低有關。但這一趨勢中也有例外,比如大量湖泊(87個)的水溫和溶解氧濃度都出現(xiàn)了上升。

不過,這種反?,F(xiàn)象或許是由水華導致的。水華可能會讓表層的氧濃度升高、深層的氧溶解度降低。

研究人員總結稱,人類活動和氣候變暖預計將繼續(xù)導致湖泊溶解氧的進一步流失,必須采取持續(xù)、嚴格的湖泊系統(tǒng)管理措施以應對這些影響。

相關論文信息:

https://doi.org/10.1038/s41586-021-03550-y

異質雙層膜中摩爾離子的特征

由范德華材料形成的摩爾超晶格可以支持多種電子相,包括Mott絕緣體、超導體和廣義Wigner晶體。當激子被摩爾超晶格限制時,一類新的激子出現(xiàn)了,這為實現(xiàn)人工激子晶體和量子光學效應帶來了希望。

當這些摩爾激子與載流子耦合時,可能會產(chǎn)生相關態(tài)。然而,對于電荷耦合摩爾激子態(tài),沒有實驗證據(jù),也沒有理論預測它們的性質。

研究人員報道了二硒化鎢/二硒化鉬異質薄膜中與摩爾勢耦合的離子的光學特征。摩爾三離子態(tài)顯示了多個尖銳的發(fā)射線與復雜的電荷密度依賴關系,這與傳統(tǒng)三離子態(tài)的行為形成了鮮明對比。

研究人員從輻射衰變中推斷出對三離子態(tài)發(fā)射的不同貢獻,其中剩余載流子駐留在不同的摩爾微型帶中。在不同的器件和樣品區(qū)域觀察到離子特征變化,表明其對樣品的不均勻性和變異性有很高的靈敏度。這些離子特征的觀察促進了對摩爾超晶格中高階電子相關效應的進一步理論和實驗研究。

相關論文信息:

https://doi.org/10.1038/s41586-021-03541-z

量子存儲器間的電信預示糾纏

未來的量子網(wǎng)絡將使遙遠地點之間的糾纏分布成為可能,并可將其應用于量子通信、量子傳感和分布式量子計算。這個網(wǎng)絡的核心是在遠程互聯(lián)的量子節(jié)點上產(chǎn)生和存儲糾纏態(tài)的能力。

雖然各種遠程物理系統(tǒng)已經(jīng)成功地糾纏在一起,但沒有一個能夠包含網(wǎng)絡運行的所有要求。研究人員報告了兩個空間分離的量子節(jié)點之間預示糾纏的演示,其中的糾纏被存儲在多模固態(tài)量子存儲器。

在不同實驗室的量子存儲器之間的糾纏是通過檢測高達1.4千赫茲的電信光子來預示的,并且糾纏被存儲在晶體中,預先確定的存儲時間高達25微秒。

研究人員還證明了生成的糾纏對預警路徑中的損耗具有魯棒性,并演示了使用62種時域模式的時間復用操作。研究人員表示這可以擴展到更長的距離上的糾纏,并為基于固態(tài)資源的現(xiàn)場部署、多路復用量子中繼器的設計提供了一條可行的路線。

相關論文信息:

https://doi.org/10.1038/s41586-021-03481-8

界面水對外加電場的不對稱響應

人們對界面水的介電響應的理解依賴于近似線性響應,即外電場誘導線性比例極化。這意味著對場的符號具有反對稱性。然而,原子模擬表明,界面水的極化可能與線性響應有很大的偏差。

研究人員提出了一項針對這個問題的實驗研究。他們測量了單層石墨烯電極附近重水的振動和頻率產(chǎn)生譜,以研究其在受控電化學條件下對外部電場的響應。OD拉伸的光譜顯示正負電極電荷明顯不對稱。

當負電荷低于5×1012電子每平方厘米時,觀察到非氫鍵OD基團指向石墨烯表面的峰值頻率為每厘米2700次。在中性或正極電位下,這種“自由OD”峰突然消失,而光譜顯示氫鍵OD物種的寬峰為2300~2650/厘米。

米勒定律將振動和頻率產(chǎn)生響應與介電常數(shù)聯(lián)系起來。觀察到的與每米±3×108伏特電場線性響應的偏差使人們對將界面水作為簡單介質處理的有效性提出了質疑。

相關論文信息:

https://doi.org/10.1038/s41586-021-03504-4

(馮維維編譯)

《中國科學報》 (2021-06-08 第2版 國際)


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