世界水资源的现状是什么（全球地表水储量变化的人类影响）
世界水资源的现状是什么（全球地表水储量变化的人类影响）▲ 链接：▲ 作者：Long Zhang Fengcheng Wu Shaocong Hou Zhe Zhang Yu-Hsun Chou Kenji Watanabe et al.Van der Waals heterostructure polaritons with moiré-induced nonlinearity莫尔诱导非线性的范德华异质结极化子
编译 | 未玖
Nature 4 March 2021 VOL 591 ISSUE 7848
《自然》2021年3月4日，第591卷，7848期
物理学Physics
Van der Waals heterostructure polaritons with moiré-induced nonlinearity
莫尔诱导非线性的范德华异质结极化子
▲ 作者：Long Zhang Fengcheng Wu Shaocong Hou Zhe Zhang Yu-Hsun Chou Kenji Watanabe et al.
▲ 链接：
https://www.nature.com/articles/s41586-021-03228-5
▲ 摘要
在现代科学技术中，利用腔来控制物质与光的相互作用非常重要。这一点在强耦合机制中得到证明，物质-光混合模式在其中形成，其特性可由光-波长光子控制。
相比之下，纳米尺度上的物质激发更难获得。在二维范德华异质结中，可形成用于电子激发的可调莫尔晶格势，从而在晶格势中产生相关的电子气体。虽然限制在莫尔晶格中的激子已有报道，但未观察到协同效应，与光的相互作用仍然是微扰的。
研究组通过在微腔中集成MoSe2–WS2异质双层膜，在高达液氮温度下，在莫尔-晶格激子和微腔光子之间建立了协同耦合，从而将物质和光的多功能控制集成到一个平台中。由于激子受阻、抑制激子能量转移和抑制励磁诱发的退相，莫尔极化子的密度依赖性显示出强非线性，这些都与莫尔激子的量子约束特性相一致。
这种莫尔极化子系统结合了强非线性和利用腔工程和长程光相干对物质激发的微观尺度调谐，为研究可调谐量子发射器阵列的集体现象提供了一个平台。
材料科学Materials Science
Ligand-engineered bandgap stability in mixed-halide perovskite LEDs
混合卤化物钙钛矿LED配体设计的带隙稳定性
▲ 作者：Yasser Hassan Jong Hyun Park Michael L. Crawford Aditya Sadhanala Jeongjae Lee James C. Sadighian et al.
▲ 链接：
https://www.nature.com/articles/s41586-021-03217-8
▲ 摘要
卤化铅钙钛矿是一种很有前途的半导体发光材料，因为它们具有明亮的、带隙可调的高纯色发光。由于低带隙富碘化物畴的形成，混合卤化物钙钛矿尚未实现有效、颜色稳定的红色电致发光。
研究组报道了用多齿配体处理混合卤化物钙钛矿纳米晶体以抑制电致发光操作下的卤化物偏析。他们展示了颜色稳定的红色发射，中心波长为620纳米，电致发光外量子效率为20.3%。
研究组证明配体处理的一个关键功能是通过去除铅原子来“清洁”纳米晶体表面。密度泛函理论计算表明，配体与纳米晶体表面的结合抑制了碘弗伦克尔缺陷的形成，从而抑制了卤化物的偏析。
研究组的工作举例说明了金属卤化物钙钛矿的功能性如何对（纳米）晶体表面的性质极其敏感，并提出了一个控制表面缺陷形成和迁移的途径。这对于实现光发射的带隙稳定性至关重要，也可能对其他需要带隙稳定的光电应用产生更广泛的影响，例如光伏。
人工智能Artificial Intelligence
Self-powered soft robot in the Mariana Trench
马里亚纳海沟里的自驱动软体机器人
▲ 作者：Guorui Li Xiangping Chen Fanghao Zhou Yiming Liang Youhua Xiao Xunuo Cao et al.
▲ 链接：
https://www.nature.com/articles/s41586-020-03153-z
▲ 摘要
深海仍然是地球上最大的未知领域，因为它很难探索。由于深海压力极高，通常需要刚性容器和压力补偿系统来保护机电系统。然而，深海生物缺乏庞大或沉重的耐压系统，却仍可以在极深的地方繁衍生息。
受深海狮子鱼的结构启发，研究组开发了一种用于深海探测的无缆软体机器人，通过将电子元件集成在硅胶基体中，使机载电源、控制和驱动免受压力的影响。这种自驱动的机器人不需要任何刚性容器。
为了减少电子元件间界面的剪切应力，研究组通过增加元件之间的距离或将它们与印刷电路板分离开来分散电子元件。对用于机器人拍打鳍的介电弹性体材料的精心设计，使机器人能在10900米深的马里亚纳海沟现场试验中成功驱动，并在3224米深的中国南海自由游泳。
通过系统实验和理论分析，研究组验证了电子元件和软执行器的耐压特性。该工作突出了设计在极端条件下使用的柔软、轻便设备的潜力。
Quantum circuits with many photons on a programmable nanophotonic chip
可编程纳米光子芯片上的多光子量子电路
▲ 作者：J. M. Arrazola V. Bergholm K. Brádler T. R. Bromley M. J. Collins I. Dhand et al.
▲ 链接：
https://www.nature.com/articles/s41586-021-03202-1
▲ 摘要
人们对量子计算的实际应用越来越感兴趣，导致用于执行量子算法的可编程机器的可用性快速增长。现在的光子量子计算机局限于不确定性操作、低光子数和低速率，或固定的随机门序列。
研究组介绍了一种使用集成纳米光子学执行多光子量子电路操作的全栈硬件-软件系统：一个可编程芯片、在室温下运行、并与全自动控制系统接口。
该系统使远程用户能够执行量子算法，需要多达8种模式的强压缩真空，在单一时间模式下初始化为双模压缩态，一个完全通用和可编程的四模干涉仪，以及所有输出上的光子数字解析读出。通过强压缩和高采样率，可以探测光子数和速率超过以往任何可编程量子光学演示的多光子事件。
研究组验证了器件输出的非经典性，并利用该平台进行了三种量子算法的原理证明演示：高斯玻色子采样、分子振动光谱和图形相似性。这些演示验证了该平台可作为扩展量子信息处理的光子技术的启动平台。
地球科学Earth Science
Human alteration of global surface water storage variability
全球地表水储量变化的人类影响
▲ 作者：Sarah W. Cooley Jonathan C. Ryan & Laurence C. Smith
▲ 链接：
https://www.nature.com/articles/s41586-021-03262-3
▲ 摘要
了解人类对全球水文循环的影响程度对地球淡水资源的可持续性至关重要。然而，由于缺乏对世界上池塘、湖泊和水库的水位观测，与地表水的自然变化相比，人类管理（水库）的地表水储存变化的量化受到了限制。因此，全球地表水的储存量变化及其被人类改变的程度仍然未知。
研究组表明，地球上57%的季节性地表水储存变化发生在人类管理的水库中。利用美国宇航局于2018年底发射的ICESat-2卫星激光高度计的测量数据，研究组收集了一个广泛的全球水位数据集，量化了2018年10月至2020年7月227386个水体的水位变化。
研究组发现，人类管理水库的季节变化平均为0.86米，而自然水体的季节性变化仅为0.22米。热带盆地地表水储量的自然变化最大，而中东、非洲南部和美国西部的人为变化最大。此外，研究组还发现了强烈的区域模式，在北纬45度以南地区，67%的地表水储量变化受到人类的影响，而在某些干旱和半干旱地区，该比率接近100%。
随着经济发展、人口增长和气候变化继续对全球水资源造成压力，研究组的方法提供了一个有用的基线，ICESat-2和未来的卫星任务将能够跟踪人类对全球水文循环的改变。
Stress-induced amorphization triggers deformation in the lithospheric mantle
应力诱发的非晶化触发岩石圈地幔的变形
▲ 作者：Vahid Samae Patrick Cordier Sylvie Demouchy Caroline Bollinger Julien Gasc Sanae Koizumi et al.
▲ 链接：
https://www.nature.com/articles/s41586-021-03238-3
▲ 摘要
富橄榄岩的力学性质是决定地球岩石圈与软流圈之间力学耦合的关键。实验研究提出了一种橄榄石中涉及晶界滑动的非牛顿、晶粒尺寸敏感机制。
然而，对晶界滑动的微观结构研究很少，对单一还是多种物理机制起作用尚未达成共识。最重要的是，在多晶塑性模型中并没有理论框架来整合晶界力学。
研究组确定了一种富橄榄岩中晶界变形的机制。即在镁橄榄石中，应力作用下晶界发生非晶化，由于这些非晶层中晶界迁移率的激活，富橄榄岩开始有延展性。这一机制可能会在遇到高应力条件时，在地底深部触发塑性过程。
研究组提出的机制尤其适用于岩石圈-软流圈边界，在那里橄榄石达到玻璃化转变温度，造成其粘度降低，从而促进晶界滑动。
