邱shannon
编译 | 李言
Science , 12 NOV 2021, VOL 374, ISSUE 6569
《科学》 2021年11月12日,第374卷,6569期
地球科学 Geoscience
Discovery of davemaoite, CaSiO3-perovskite, as a mineral from the lower mantle
下地幔中发现CaSiO3-钙钛矿
作者:OLIVER TSCHAUNER, SHICHUN HUANG, SHUYING YANG, MUNIR HUMAYUN et al.
链接:
摘要
下地幔中的硅酸盐钙钛矿CaSiO3具有重要的地球化学意义,因为它富集了上地幔中不相容的元素,包括产生热量的钍和铀,它们的半衰期比地球的地质 历史 还要长。
我们报告的CaSiO3-钙钛矿是一种已验证认可的矿物(IMA2020-012a),名称为毛钙硅石(davemaoite)。毛钙硅石天然标本证实了下地幔内部存在成分不均一性。
我们的观察表明,毛钙硅石在其结构中除了含有铀和钍外,还含有钾。因此,区域和全球毛钙硅石的丰度影响深部地幔的热收支,该矿物是热力学稳定的。
Abstract
Calcium silicate perovskite, CaSiO3, is arguably the most geochemically important phase in the lower mantle, because it concentrates elements that are incompatible in the upper mantle, including the heat-generating elements thorium and uranium, which have half-lives longer than the geologic history of Earth. We report CaSiO3-perovskite as an approved mineral (IMA2020-012a) with the name davemaoite. The natural specimen of davemaoite proves the existence of compositional heterogeneity within the lower mantle. Our observations indicate that davemaoite also hosts potassium in addition to uranium and thorium in its structure. Hence, the regional and global abundances of davemaoite influence the heat budget of the deep mantle, where the mineral is thermodynamically stable.
Age and composition of young basalts on the Moon, measured from samples returned by Chang’e-5
由嫦娥五号返回的样品测量月球上玄武岩的年龄和组成
作者:XIAOCHAO CHE, ALEXANDER NEMCHIN, DUNYI LIU, TAO LONGCHEN WANG et al.
链接:
摘要
轨道数据显示,月球上最年轻的火山是位于大洋州普罗塞拉姆的玄武岩熔岩,该地区具有高水平的产热元素钾、钍和铀。嫦娥五号任务收集了这些月球玄武岩样本,并将它们带回地球进行实验室分析。
我们认为这些熔岩的年龄为1963 5700万年,并确定了它们的化学和矿物组成。这个时间范围限制了太阳系内部的月球撞击年代学和月球的热演化。没有证据表明,在月球的地幔深处有高浓度的产热元素产生了这些熔岩,因此,对于月球岩浆活动的持久,还需要其他的解释。
Abstract
Orbital data indicate that the youngest volcanic units on the Moon are basalt lavas in Oceanus Procellarum, a region with high levels of the heat-producing elements potassium, thorium, and uranium. The Chang’e-5 mission collected samples of these young lunar basalts and returned them to Earth for laboratory analysis. We measure an age of 1963 57 million years for these lavas and determine their chemical and mineralogical compositions. This age constrains the lunar impact chronology of the inner Solar System and the thermal evolution of the Moon. There is no evidence for high concentrations of heat-producing elements in the deep mantle of the Moon that generated these lavas, so alternate explanations are required for the longevity of lunar magmatism.
化学 Chemistry
Methoxyl stable isotopic constraints on the origins and limits of coal-bed methane
甲氧基稳定同位素对煤层气成因和限制的制约
作者:M. K. LLOYD, E. TREMBATH-REICHERT, K. S. DAWSON, S. J. FEAKINS et al.
链接:
摘要
微生物煤层气是一种重要的经济资源,也是一种强效温室气体的来源,但人们对其形成的控制机制知之甚少。为了测试煤的微生物降解性是否限制微生物甲烷的生成,我们监测了从木材到烟煤成熟度范围内的全球样品组中的甲氧基去甲基反应——一种促进甲烷生成的反应。
残留甲氧基的碳同位素组成与热反应不一致。这表明,在地质时间尺度上,深层生物圈群落参与了植物到煤的转化,甲氧基丰度影响煤层气产量。微生物甲基化导致的碳同位素富集也解释了来自煤和常规烃矿床的微生物甲烷中碳-13含量的神秘抵消。
Abstract
Microbial coal-bed methane is an important economic resource and source of a potent greenhouse gas, but controls on its formation are poorly understood. To test whether the microbial degradability of coal limits microbial methane, we monitored methoxyl group demethylation—a reaction that feeds methanogenesis—in a global sample suite ranging in maturity from wood to bituminous coal. Carbon isotopic compositions of residual methoxyl groups were inconsistent with a thermal reaction, instead implying a substrate-limited biologic process. This suggests that deep biosphere communities participated in transforming plant matter to coal on geologic time scales and that methoxyl abundance influences coal-bed methane yield. Carbon isotopic enrichments resulting from microbial methylotrophy also explain an enigmatic offset in the carbon-13 content of microbial methane from coals and conventional hydrocarbon deposits.
Real-space imaging of anisotropic charge of σ-hole by means of Kelvin probe force microscopy
利用开尔文显微镜对σ-空穴各向异性电荷进行实空间成像
作者:B. MALLADA, A. GALLARDO, M. LAMANEC, B. DE LA TORRE, V. ŠPIRKO et al.
链接:
摘要
各向异性电荷在单个原子上的分布,如σ-空穴,可能会强烈地影响系统的材料和结构特性。然而,原子上这种各向异性电荷分布的空间分辨率是一个长期存在的实验挑战。特别是卤素原子上σ-空穴的存在,只能通过含卤素有机分子的晶体结构测定或理论计算间接证明,因而需要直接的实验可视化。
我们证明了开尔文显微镜与适当的功能化探针可以成像的各向异性电荷的σ-空穴和一氧化碳分子的四极电荷。这为表征各向异性原子电荷起决定性作用的生物和化学系统提供了一种新的方法。
Abstract
An anisotropic charge distribution on inpidual atoms, such as σ-holes, may strongly affect the material and structural properties of systems. However, the spatial resolution of such anisotropic charge distributions on an atom represents a long-standing experimental challenge. In particular, the existence of the σ-hole on halogen atoms has been demonstrated only indirectly through the determination of the crystal structures of organic molecules containing halogens or with theoretical calculations, consequently calling for its direct experimental visualization. We show that Kelvin probe force microscopy with a properly functionalized probe can image the anisotropic charge of the σ-hole and the quadrupolar charge of a carbon monoxide molecule. This opens a new way to characterize biological and chemical systems in which anisotropic atomic charges play a decisive role.
动物学 Zoology
Origins and evolution of extreme life span in Pacific Ocean rockfishes
太平洋岩鱼长寿的起源和进化
作者:SREE ROHIT RAJ KOLORA, XGREGORY L. OWENS, JUAN MANUEL VAZQUEZ , ALEXANDER STUBBS et al.
链接:
摘要
太平洋岩鱼(石鲈属)在寿命上表现出极大的差异,其中一些种类是现存最长寿的脊椎动物。我们重组了88种岩鱼的基因组,并从这些已确认的长寿类群DNA修复通路和137个长寿相关基因中收集了这些基因。
这些基因通过胰岛素信号直接影响寿命,并通过体型和环境适应产生多效效应。对结构变异的全基因组筛选揭示了长寿物种免疫调节butyrophilin基因家族的拷贝数明显增加。
不同岩鱼生活史的进化与遗传多样性耦合,并重塑突变谱,在长寿物种中分离CpG TpG变异。这些分析强调了生命 历史 特征适应的基础上的遗传创新,以及它们如何塑造基因组多样性。
Abstract
Pacific Ocean rockfishes (genus Sebastes ) exhibit extreme variation in life span, with some species being among the most long-lived extant vertebrates. We de novo assembled the genomes of 88 rockfish species and from these identified repeated signatures of positive selection in DNA repair pathways in long-lived taxa and 137 longevity-associated genes with direct effects on life span through insulin signaling and with pleiotropic effects through size and environmental adaptations. A genome-wide screen of structural variation reveals copy number expansions in the immune modulatory butyrophilin gene family in long-lived species. The evolution of different rockfish life histories is coupled to genetic persity and reshapes the mutational spectrum driving segregating CpG TpG variants in long-lived species. These analyses highlight the genetic innovations that underlie life history trait adaptations and, in turn, how they shape genomic persity.
公共卫生 Public Health
Monetary incentives increase COVID-19 vaccinations
货币激励增加了COVID-19疫苗接种率
作者:POL CAMPOS-MERCADE, ARMANDO N. MEIER, FLORIAN H. SCHNEIDER , STEPHAN MEIER et al.
链接:
摘要
低COVID-19疫苗接种率正在威胁公共卫生。为了提高疫苗接种率,世界各国政府都在考虑使用货币激励政策。在此,我们证实有保障的奖金对COVID-19疫苗接种的影响。我们在瑞典进行了一项大规模的预先注册随机对照试验(有8286名参与者),并将数据与全人群的行政接种记录联系起来。
我们发现,只需支付24美元(200瑞典克朗),疫苗接种率就从的基线接种率提高了个百分点(P = )。相比之下,行为推动增加了接种疫苗的意愿,但对接种率的影响很小,在统计学上不显著。研究结果突出表明,适度的货币激励有可能提高疫苗接种率。
Abstract
The stalling of COVID-19 vaccination rates threatens public health. To increase vaccination rates, governments across the world are considering the use of monetary incentives. Here we present evidence about the effect of guaranteed payments on COVID-19 vaccination uptake. We ran a large preregistered randomized controlled trial (with 8286 participants) in Sweden and linked the data to population-wide administrative vaccination records. We found that modest monetary payments of 24 US dollars (200 Swedish kronor) increased vaccination rates by percentage points (P = ), from a baseline rate of . By contrast, behavioral nudges increased stated intentions to become vaccinated but had only small and not statistically significant impacts on vaccination rates. The results highlight the potential of modest monetary incentives to raise vaccination rates.
蓝色天机
铝酸镧(LaAlO3)和钽酸钾(KTaO3)是两种绝缘体,但当它们组合在一起时,界面就能导电甚至出现超导现象。这种刚刚“问世”的界面超导引发了科学家强烈的兴趣,来自浙江大学物理学系、中科院物理所等机构的学者发现,可以像调控半导体器件那样,用电压连续调控LaAlO3/KTaO3界面的导电性质:随着门电压的变化,它呈现了从超导到绝缘体的连续转变。同时,研究团队还在这一界面观测到了可被连续调控的量子金属态等许多新奇的物理现象。
5月14日,相关论文Electric field control of superconductivity at the LaAlO3/KTaO3(111) interface (电场控制LaAlO3/KTaO3(111)界面超导)在《科学》杂志上线。论文的共同第一作者为浙大物理系博士生陈峥、刘源和北京航空航天大学博士后张慧,共同通讯作者是浙大物理学系谢燕武研究员,中科院物理所孙继荣研究员和周毅研究员。这一发现为人们 探索 低温量子现象呈现了一个崭新的视野,也为超导器件的研发提供了新的思路。
“后浪”的潜力
LaAlO3/KTaO3界面超导今年2月才刚刚在《科学》杂志正式“亮相”。在氧化物界面超导家族中,它是第2位入列的成员。第1位成员亮相于2007年,瑞士日内瓦大学的Triscone教授等首先发现了LaAlO3/SrTiO3界面存在超导现象,这标志着一类新的超导体系的诞生:氧化物界面超导。
Triscone曾用一堆乐高积木来形容这一领域的奇妙:不同的氧化物可以产生千变万化的组合,每种组合都有可能蕴含着未知的、新奇的性质。随后的研究发现,LaAlO3/SrTiO3的超导电性可以通过电压来开启或关闭,就像我们熟知的半导体晶体管。这不禁让人畅想,或许有一天我们能制造出像半导体一样可以精确调控的超导器件。
而一年多前“新生”于美国阿贡实验室的“后浪”LaAlO3/KTaO3的表现似乎更加抢眼。今年2月发表在《科学》杂志的论文指出,“LaAlO3/KTaO3的超导转变温度可达 K,比“前浪”的 K高出整整一个数量级。那么,它会有哪些新奇的性质?它的超导性能也能被调控吗?它对超导机制研究会有哪些价值?神秘的“后浪”吸引着谢燕武与他的合作伙伴们去一探究竟。
新的调控,新的机制
调控,是实验科学研究最重要的手段和内容。在这项研究中,研究团队发现了一种全新的调控机制,实现了LaAlO3/KTaO3导电性能的连续可调,器件随电压变化呈现了从超导到绝缘体的连续转变。
博士生陈峥和刘源在实验室制备样品
谢燕武介绍,导电电子在低温下两两配对,就会形成超导,目前已知的超导体系已经非常多,但能被电场调控的凤毛麟角。“”我们的调控方法本质就是调控电子‘队形’的空间分布,让它们在更靠近或更远离界面的地方运动。”大量的电子在氧化物界面附近运动时,会受到晶格缺陷(也称为“无序”)的影响。“就像开车时遇到障碍物。”谢燕武说,这种“无序”越贴近界面分布越密集,越远离界面则越稀疏。基于这一认识,研究团队提出了改变电子空间分布的思路,“如果有更多的电子靠近界面,那么整体来看它们遇到的‘障碍物’就变多了,这会显著影响电子以及配对后的超导库珀对的运动行为。”
每平方厘米界面通道里有80万亿个电子在运动,门电压通过改变它们的“队形”来影响界面导电性能。“山丘”形状示意了无序分布。
在这项实验中,研究人员测试了门电压从-200V到150V区间时界面的导电性能。“不论在超导转变温度之上还是之下,导电性都可被连续调控。”陈峥说,“我们还直接测量了在这一门电压区间电子‘队形’空间分布的变化,当导电通道在6纳米时,LaAlO3/KTaO3看起来是很好的超导,而当通道调整到2纳米时,它就成了绝缘体。”
在-200V到150V区间施加不同门电压时LaAlO3/KTaO3界面的面电阻(Rsheet)随温度(T)的变化。
“从表面看,我们与传统的方法用的都是门电压调控,但背后的调控机制是全新的。”孙继荣说,传统的方法,无论是半导体晶体管还是LaAlO3/SrTiO3,都是通过改变电子浓度从而实现对导电性能的调控,这里需要有个前提:电子浓度低。“相比之下,LaAlO3/KTaO3界面的电子浓度很高,不能满足传统的调控机制,因此需要 探索 全新的调控机制。”孙继荣说,新的调控仍然以类似于晶体管的方式工作,但本质上打破了对于电子浓度的限制。
量子金属态
博士生陈峥与刘源全程参与了样品的制备和测试。陈峥说,研究过程中最难忘的是第一次测出LaAlO3/KTaO3超导性的那一天,“表明我们已经掌握了制备这一新界面超导体系的方法,可以开始我们的调控研究了!”随着实验的推进,越来越多的数据涌现出来。当他们把它们放到一起时,惊奇地发现在低温下是一条又一条水平线条,也就是说,无论温度在0~1K的区间内如何变化,LaAlO3/KTaO3界面的电阻几乎始终是恒定的。“量子金属是同时具有部分超导和金属特性的新奇量子物态,这是一种典型的量子金属态。”周毅说,“已知的量子金属态都只处于某个量子临界点上。而这个系统可以连续调控,量子金属作为相图上一个物相的形式存在,这个新发现令我们异常激动。”
器件实物照片。中间核心桥路部分宽20微米,长100微米。
《科学》杂志的审稿人对这项研究给与了非常积极的回应,他们认为,这种完全可调的超导性是一项引人入胜的突破,该项研究充分深入,几乎覆盖了过去10多年人们在LaAlO3/SrTiO3体系中获得的认识。
谢燕武说,对于新材料的研究主要来自于两方面动力:一方面想通过新材料的研究来发现新的物理现象,获得更多的科学见解;另一方面也试图为开发新器件提供有益的线索。“我们在LaAlO3/KTaO3体系中的研究可为理解超导机制,尤其是理解高温超导中的机制提供全新的素材,同时也为将来开发超导器件提供了新的视野。”
这项研究的团队成员还包括浙大物理系博士生孙艳秋、张蒙,以及浙大材料学院田鹤教授和刘中然博士。
研究得到了浙江大学量子交叉中心同仁在技术和设备等方面的全方位支持,同时还得到了浙江大学“双一流”建设专项经费、国家重点研发计划、国家自然科学基金、和浙江省重点研发计划等支持。
浙大物理系谢燕武课题组
论文DOI:
(原题为《浙大团队Science再发文!解密如何利用电场控制氧化物界面超导》。编辑张钟文)
science和sci的区别为《science》是科学杂志。SCI(Science Citation Index)是由美国科学信息研究所(ISI)1961年创办
5本子刊: 《Science Signaling》 (科学信号)。 《Science Translational Medicine 》(科学转化医学)。 201
美国的《科学》杂志(science)跟英国的《自然》杂志(Nature)齐名。《科学美国人》杂志(Scientific American)和Popular Sc
是一个科学类型的杂志。这个杂志可以让我们更好地了解大自然 ,与大自然有个亲密的接触。
下面谈一下投稿的基本过程,特别是与Cell、Nature、Science、PNAS等影响因子比较高的杂志有关的一些技术性问题,也许可以打破其神秘感。其实这些杂志