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2021-11-17 中国科学报
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  声光学晶格研究获进展

  量子化的声波(声子)控制着晶体材料的弹性响应,也在决定其热力学性质和电响应方面起着不可或缺的作用(例如,将电子结合到超导库珀对中)。

  晶格声子和弹性物理学在由周期光势中性原子构成的量子固体模拟器中是不存在的:与真实固体不同,传统的光学晶格是无声的,因为它们极其坚硬。因此,晶体的光学晶格实现缺乏一些决定真实材料低温特性的中心动力学自由度。

  研究组使用耦合到共焦光学谐振器的玻色—爱因斯坦凝聚(BEC)来创建具有声子模式的光学晶格。多模腔QED系统扮演有源量子气体显微镜的角色,通过短程、光子介导的原子—原子相互作用,对声子进行成像和诱导支持声子具象化。

  动态磁化率测量揭示了声子色散关系,证明这些集体激发表现出与BEC—光子耦合强度相关的声速。该研究结果为探索量子固体中丰富的弹性物理夯实了基础,从量子熔化转变到量子体系中奇异的“分形”拓扑缺陷。

  相关论文信息:https://doi.org/10.1038/s41586-021-03945-x

  一种超导体中的相关电子态级联

  过渡金属原子的kagome晶格为研究几何阻挫和非平凡能带拓扑下的电子关联提供了一个激动人心的平台,并不断带来惊喜。

  利用光谱成像扫描隧道显微镜,研究组在一种新型kagome超导体CsV3Sb5中发现了不同对称破缺电子态的温度依赖级联。在远高于超导转变Tc~2.5K的温度下,一个具有2a0周期的三向电荷序打破了晶格的平移对称性。

  当系统冷却到Tc时,研究组观察到在费米能级上有一个显著的V形光谱间隙开口和六重旋转对称性的额外破缺,这在超导转变过程中持续存在。这种旋转对称性破缺是由于微分电导图中出现了额外的4a0单向电荷序和强各向异性散射。后者可直接归因于钒—kagome能带的轨道选择性重整化。

  该实验揭示了可在kagome晶格上共存的复杂电子态,并突出了与高Tc超导体和扭曲双层石墨烯的有趣相似之处。

  相关论文信息:https://doi.org/10.1038/s41586-021-03946-w

  脆性—韧性损伤导致动态板片分段

  俯冲是板块的主要驱动力,俯冲板块的强度控制着地球热化学演化的许多方面。每个俯冲板块在弯曲过程中经历强烈的正断层作用,以适应海沟外部隆起处从水平运动至向下运动的过渡。

  研究组使用数值俯冲模型研究了这种弯曲诱发板块损伤的后果,包括磨粒损伤在内的脆性和韧性变形均可跟踪且自洽耦合。由于脆性和韧性损伤局部化之间的强烈反馈,外部隆起区域可能出现普遍的板片弱化和明显的分段。

  这种板片损伤现象解释了强板块和弱板片的俯冲二分法、海沟附近大偏移正断层的发育、分段地震速度异常和俯冲板片内成像不同界面的发生,以及在海沟处观察到的有效黏度降低的较深局部板内区域的出现。

  此外,脆性—黏滞损伤的板片在地幔温度升高时有剥离的趋势。考虑到地球的冷却历史,这意味着间歇性俯冲和频繁的板块断裂事件可能是地球独有的特征,且一直持续到比此前提议更近的时间。

  相关论文信息:https://doi.org/10.1038/s41586-021-03937-x

  末次冰盛期以来全球地表温度解析

  过去2.4万年的气候变化为了解地球系统对外部强迫的反应提供了重要见解。气候模型模拟和代理数据可用于对该关键时段进行独立研究。然而,它们有时会得出截然相反的结论。

  研究组利用这两种类型的信息,通过古气候数据同化,以200年的分辨率对跨越末次冰盛期的地表温度变化进行首次代理约束的全场再分析。他们证明了过去2.4万年的温度变化与两种主要气候机制有关:冰原和温室气体的辐射强迫,以及海洋翻转环流变化和季节性日晒变化的叠加。

  与此前基于代理的重建模相比,研究结果表明,自全新世早期(约9000年前)起,全球平均气温小幅但稳定地升高了约0.5摄氏度。与最近的温度变化相比,再分析结果表明,现代变暖的速度和幅度与过去2.4万年的变化相比都是不寻常的。

  相关论文信息:https://doi.org/10.1038/s41586-021-03984-4

打印 责任编辑:阎芳

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