《自然》（20210211出版）一周论文导读编译|未玖Nature|11Februa

编译|未玖
Nature,11February2021,VOL590,ISSUE7845
《自然》2021年2月11日，第590卷， 7845期

文章图片
物理学Physics
Aquantumenhancedsearchfordarkmatteraxions量子增强搜索暗物质轴子▲作者：K.M.Backes,D.A.Palken,S.AlKenany,B.M.Brubaker,S.B.Cahn,A.Droster,etal.▲链接：https://www.nature.com/articles/s41586-021-03226-7▲摘要在暗物质轴子搜索中，量子不确定性表现为一个基本噪声源，限制了用于探测的正交可观测值的测量。对暗物质的研究很少接近这个极限，到目前为止也无人超越。研究组利用真空压缩来突破量子极限寻找暗物质。通过制备一个压缩状态下的微波频率电磁场，并以近乎无噪声的方式读出压缩正交曲线，研究组可在质量范围内将轴子的搜索速度提高一倍。在16.96-17.12和17.14-17.28微伏的轴子剩余能量窗口中，研究组没有发现暗物质存在的证据。突破量子极限带来了一个基础物理探索的时代，与接近量子极限的收益递减相比，降噪技术将带来极大益处。
Auniversal3Dimagingsensoronasiliconphotonicsplatform基于硅光子学平台的通用三维成像传感器▲作者：ChristopherRogers,AlexanderY.Piggott,DavidJ.Thomson,RobertF.Wiser,IonE.Opris,StevenA.Fortune,etal.▲链接：https://www.nature.com/articles/s41586-021-03259-y▲摘要精确的三维（3D）成像对于机器绘制地图和与物理世界交互至关重要。由于难以为每个像素提供电子和光子连接，以前的系统限制在20个像素以下。研究组演示了一个由512个像素组成的大规模相干探测器阵列在3D成像系统中的操作。利用光子和电子电路单片集成的最新进展，将密集的光学外差探测器阵列与集成的电子读出结构相结合，可直接扩展到任意大的阵列。双轴固态光束转向消除了视野和距离之间的任何权衡。在量子噪声极限下，研究组的系统仅使用4毫瓦的光时，在75米的距离可达到3.1毫米的精度，比现有固态系统在该距离内的精度高出一个数量级。未来使用最先进的组件缩小像素尺寸，可为消费者相机传感器大小的阵列提供超过2000万像素的分辨率。该研究成果为低成本、紧凑和高性能的3D成像相机的开发和普及铺平了道路，这些相机可应用于从机器人技术和自主导航到增强现实和医疗保健等领域。
材料科学MaterialsScience
【《自然》（20210211出版）一周论文导读】Tunablestronglycoupledsuperconductivityinmagic-angletwistedtrilayergraphene魔角扭曲三层石墨烯中可调谐的强耦合超导▲作者：JeongMinPark,YuanCao,KenjiWatanabe,TakashiTaniguchi&PabloJarillo-Herrero▲链接：https://www.nature.com/articles/s41586-021-03192-0▲摘要魔角扭曲双层石墨烯仍然是唯一一种可重现强超导性的体系。研究组在魔角扭曲三层石墨烯（MATTG）中实现了莫尔超导体，它比魔角扭曲双层石墨烯具有更好的电子结构和超导性能。测量霍尔效应和量子振荡作为密度和电场的函数，研究组能够确定系统在正常金属状态下的可调谐相界。零磁场电阻率测量表明，超导性的存在与每个莫尔晶胞中两个载流子所形成的破缺对称相密切相关。研究组发现超导相被抑制，并被限制在部分环绕着破缺对称相的范霍夫奇点处，这很难与弱耦合Bardeen-Cooper-Schrieffer理论相吻合。此外，该系统广泛的原位可调谐性使其能够达到超强耦合状态，其特征是金兹堡-朗道相干长度达到平均粒子间距离，以及非常大的TBKT/TF值，超过0.1 。观察结果表明， MATTG可电调谐至接近二维玻色-爱因斯坦凝聚体的交叉点。研究结果建立了一系列可调谐莫尔超导体，它们有可能彻底改变人们对强耦合超导的基本认识和应用。
Facileroutetobulkultrafine-grainsteelsforhighstrengthandductility一种大规模制备高强度高塑性超细晶钢的简易方法▲作者：JunhengGao,SuiheJiang,HuairuoZhang,YuheHuang,DikaiGuan,YidongXu,etal.▲链接：https://www.nature.com/articles/s41586-021-03246-3▲摘要亚微米晶粒尺寸的钢通常具有较高的韧性和强度，这使其在轻量化技术和节能战略方面具有广阔的应用前景。迄今为止，超细晶（UFG）合金的工业制备通常依赖于扩散相变的控制，因此仅限于制备奥氏体-铁素体相变的钢。此外，这些UFG钢有限的加工硬化和均匀延伸阻碍了其广泛应用。研究组报道了一种在Fe-22Mn-0.6C孪晶诱导塑性钢中大量制备UFG结构的简易方法，即通过微量铜合金化，以及30秒内相干无序富Cu相的晶内纳米析出控制再结晶过程。快速而大量的纳米析出不仅阻止了新的亚微米级再结晶晶粒的生长，而且还通过齐纳钉扎机制提高了所获得的UFG结构的热稳定性。此外，由于析出相完全的相干性和无序性，在载荷条件下，析出相与位错的相互作用较弱。这种方法能够制备晶粒尺寸为800±400纳米的完全再结晶UFG结构，而不会引入有害的晶格缺陷，如脆性颗粒和晶界偏析。与未添加Cu的钢相比， UFG结构的屈服强度提高了一倍，达到710兆帕左右，均匀延展性为45% ，抗拉强度为2000兆帕左右。这种晶粒细化的概念亦可扩展到其他合金系统，并且制造工艺较易应用到现有的工业生产线。