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2020-11-04 中国科学报
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  菲莱着陆器揭示彗星内部低强度原始冰

  2014年11月12日,“菲莱”着陆器降落在67P/丘留莫夫—格拉西缅科彗星附近,在彗星表面弹跳了两次,然后到达阿拜多斯地区的一个悬崖下。这一着陆过程为人们了解彗星核的性质提供了线索。

  研究组对此前未发现的第二次着陆点进行调查,菲莱在这儿花了近两分钟进行穿越彗星的旅程,在两个相邻的彗星巨石上产生了四次不同的表面接触。当它穿过巨石之间的缝隙时,使石块内部的原始水冰暴露了出来,即45亿年前彗星形成以来的水冰。

  研究组在19个月后进行了多仪器观测,发现这种水冰混合了无处不在的富含深色有机物的材料,其局部尘/冰质量比与之前在碰撞时新暴露的水冰和阴影中的水冰中观测到的值一致。

  在缝隙的末端,菲莱在巨石冰上留下了0.25米深的印记,提供了原位测量结果,确认原始冰的抗压强度极低(小于12帕斯卡,比刚落下的小雪还软),并对冰内部的孔隙率(75±7%)进行关键评估。研究组的结果为彗星着陆器收集挥发性高的冰样品提供了限制条件。

  相关论文信息:https://doi.org/10.1038/s41586-020-2834-3

  不同偏振角摆动的重复快速射电暴

  快速射电暴(FRB)是持续时间为毫秒的未知来源的无线电瞬变。两种可能从FRB产生极相干发射的机制为中子星磁层或远离中心能源的相对论激波。详细的偏振观测可能有助于人们理解发射机制。

  但是,现有的FRB偏振数据令人困惑,因为它们显示了许多偏振特性,包括某些中继器在每次爆发期间的恒定偏振角或在其他一些明显的一次性事件中的可变偏振角。

  研究组报告了来自FRB 180301的15次爆发的观测结果,并发现其中有7次发生了不同的偏振角波动。这些爆发的偏振角特征的多样性与无线电发射的磁层起源一致,并不利于引用相对论激波的辐射模型。

  相关论文信息:https://doi.org/10.1038/s41586-020-2827-2

  磁性拓扑材料的高通量计算

  本征磁性拓扑材料的发现,包括具有大反常霍尔效应的半金属和轴子绝缘体,指导了固态材料的基础研究。拓扑量子化学使对顺磁拓扑材料的理解和研究成为可能。使用磁拓扑量子化学(MTQC)获得的磁拓扑指数,研究组基于第一性原理计算对磁拓扑材料进行高通量搜索。

  研究组以毕尔巴鄂晶体学网站服务器上的磁性材料数据库作为起点,该数据库包含超过549种具有通过中子散射实验推导出磁性结构的磁性化合物,并确定了130种强化半金属,以及拓扑绝缘子。

  对于每种化合物,研究组执行完整的电子结构计算,包括使用不同哈伯德电位值的完整拓扑相图。使用自定义代码查找所有磁性空间组中所有波段的磁共表示,研究组生成数据馈入MTQC算法,以确定每种磁性材料的拓扑。其中一些材料显示了以前未知的拓扑相,包括对称指示的磁性半金属、三维反常霍尔绝缘体和高阶磁性半金属。

  研究组分析了各种交互作用下材料的拓扑趋势:130种拓扑材料中有60%具有对交互作用敏感的拓扑,其他材料在各种交互作用下则具有稳定的拓扑。研究组为未来的实验研究提供了一个材料数据库和诊断磁性材料拓扑的开放源代码。

  相关论文信息:https://doi.org/10.1038/s41586-020-2837-0

  钛硅石—1中双核位上的高效环氧化

  钛硅石—1(TS-1)是一种具有MFI骨架结构的沸石材料,其中1%~2%的硅原子被钛原子取代。由于它能与过氧化氢(H2O2)催化烯烃环氧化,只留下水作为副产品,因此在工业上得到广泛应用;使用该工艺每年可生产约一百万吨环氧丙烷。TS-1的催化性能通常归因于沸石骨架中分离的Ti(IV)位点的存在。

  虽然进行了近40年的实验和计算研究,但要充分表征TS-1仍很困难,这些活性Ti(IV)位点的结构尚未得到证实。研究组结合光谱学和显微技术,详细描述了一系列具有良好分散钛原子的高活性和选择性TS-1丙烯环氧化催化剂。

  研究组发现,与H217O2接触时,所有样品均表现出特征性的固态17O核磁共振特征,这表明在双核钛位点上形成了桥接过氧物质。此外,密度泛函理论计算表明,两个钛原子之间的协同作用使丙烯能够通过低能反应途径进行环氧化,其关键的氧转移过渡态类似于过酸烯烃环氧化。

  因此,研究组提出TS-1在H2O2丙烯环氧化反应中高效的原因,是双核钛位点,而非骨架中孤立的钛原子。这一修正后的活性位点结构可以实现TS-1和工业环氧化工艺的进一步优化。

  相关论文信息:https://doi.org/10.1038/s41586-020-2826-3

打印 责任编辑:侯茜

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