《科学》（20210521出版）一周论文导读

编译冯维维

Science,21May2021,Volume372Issue6544

《科学》2021年5月21日，第372卷，6544期

物理学Physics

Electronptychographyachievesatomic-resolutionlimitssetbylatticevibrations

电子叠层成像实现晶格振动规定的原子分辨率极限

作者：ZhenChen,YiJiang,Yu-TsunShao,DavidA.Muller,etc.

链接：

https://science.sciencemag.org/content/372/6544/826

摘要

限制电子显微镜图像分辨率和解释的两个主要问题是透镜像差和多次散射。

作者利用叠层成像——一种使用相干散射和多个重叠照明点从远场衍射模式重建图像的技术，克服了这些问题。这种方法的分辨率不是受光学的限制，而是受样品散射强度的限制，所以它可以更好地用于较厚的样品。

作者获得了比PrScO3样品中原子的热振动更好的最终横向分辨率，表明在理论上可以识别单个掺杂原子。

Abstract

Twomajorproblemsthatlimittheresolutionandinterpretationofelectronmicroscopyimagesarelensaberrationsandmultiplescattering.Chenetal.overcametheseissueswithptychography,atechniquethatusescoherentscatteringandmultipleoverlappingilluminationspotstoreconstructanimagefromfar-fielddiffractionpatterns.Thismethodworksataresolutionthatislimited,notbyoptics,butratherbythescatteringstrengthofthesample,soitcanworkbetterwiththickersamples.TheauthorsachievedultimatelateralresolutionbetterthanthethermalvibrationofatomsinaPrScO3sampleandshowedthatitistheoreticallypossibletoidentifysingledopantatoms.

Observationofsuperfluidityinastronglycorrelatedtwo-dimensionalFermigas

二维费米气体中的超流体现象

作者：LennartSobirey,NiclasLuick,MarkusBohlen,HaukeBiss,HenningMoritz,VThomasLompe

链接：

https://science.sciencemag.org/content/372/6544/844

摘要

理解紧密相关的二维系统如何在高温下产生非常规超导性是凝聚态物理中尚未解决的主要问题之一。

超冷的二维费米气体作为干净和可控的模型系统出现，用于研究强相关性和降维的相互作用，但这些系统中超流体的直接证据一直缺失。

作者通过在系统中移动一个周期势，并观察到在临界速度VC以下没有耗散，来证明在超冷二维费米气体中的超流体性。

他们将VC作为相互作用强度的函数进行了测量，并在玻色子超流和费米超流的交叉域中找到一个极大值。作者表示该测量使系统地研究降维对费米超流的影响成为可能。

Abstract

Understandinghowstronglycorrelatedtwo-dimensional(2D)systemscangiverisetounconventionalsuperconductivitywithhighcriticaltemperaturesisoneofthemajorunsolvedproblemsincondensedmatterphysics.Ultracold2DFermigaseshaveemergedascleanandcontrollablemodelsystemstostudytheinterplayofstrongcorrelationsandreduceddimensionality,butdirectevidenceofsuperfluidityinthesesystemshasbeenmissing.Wedemonstratesuperfluidityinanultracold2DFermigasbymovingaperiodicpotentialthroughthesystemandobservingnodissipationbelowacriticalvelocityvc.Wemeasurevcasafunctionofinteractionstrengthandfindamaximuminthecrossoverregimebetweenbosonicandfermionicsuperfluidity.Ourmeasurementsenablesystematicstudiesoftheinfluenceofreduceddimensionalityonfermionicsuperfluidity.

化学Chemistry

Reversibleketonehydrogenationanddehydrogenationforaqueousorganicredoxflowbatteries

有机水相氧化还原流电池酮可逆氢化和脱氢

作者：RuozhuFeng,XinZhang,VijayakumarMurugesan,AaronHollas,YingChen,YuyanShao,EricWalter,NadeeshaP.N.Wellala,LitaoYan,KevinM.Rosso,WeiWang

链接：

https://science.sciencemag.org/content/372/6544/836

摘要

在液流电池中，阴极液和阳极液被存储在单独的槽中，泵被用于将液体循环到由薄膜隔开的电极堆中。这种电池是大规模电网存储应用的理想选择；但是合适的氧化还原分子目前仍然有限。

作者利用“分子工程”对廉价的前体（9-芴酮）进行修饰，作为有机氧化还原流电池的基础。他们在一个氧化还原流电池中测试了一系列不同的分子，其中的反应涉及可逆的酮在水电解质中氢化和脱氢。这些反应具有双电子氧化还原和在空气、高温（50）下操作等优点，更适合于实际应用。

Abstract

Inaflowbattery,catholyteandanolytearestoredinseparatetanks,andpumpsareusedtocirculatethefluidsintoastackwithelectrodesseparatedbyathinmembrane.Suchbatteriesareidealforlarge-scalegridstorageapplications;however,suitableredoxmoleculesarecurrentlylimited.Fengetal.used“molecularengineering”tomodifyaninexpensiveprecursor(9-fluorenone)asthebasisforanorganic-basedredoxflowbattery.Theauthorstestedaseriesofvariantmoleculesinaredoxflowbatteryinwhichthereactionsinvolvereversibleketonehydrogenationanddehydrogenationinanaqueouselectrolyte.Thesereactionshaveadvantageousfeatures,includingtwo-electronredoxandoperationinairandatelevatedtemperatures(50C),thataremoresuitableforreal-worldapplications.

Biphenylenenetwork:Anonbenzenoidcarbonallotrope

联苯网络:一种非苯类碳同素异形体

作者：QitangFan,LinghaoYan,MatthiasW.Tripp,OndrejKrejcí,StavrinaDimosthenous,StefanR.Kachel,MengyiChen,AdamS.Foster,UlrichKoert,PeterLiljeroth,J.MichaelGottfried

链接：

https://science.sciencemag.org/content/372/6544/852

摘要

虽然石墨烯形成了二维的碳片，但其他排列的碳环也可以组装成平面的薄片。

作者在金表面上合成了一种由sp2杂化碳原子组成的四元、六元和八元环的联苯碳片。吸附的卤代三苯分子经过两步互聚脱氢氟化聚合，通过碳-碳键形成四元环和八元环。

扫描隧道光谱显示，该碳同素异形体是金属的，而不是电介质。作者期望这种互聚体HF-zip方法能够补充其他非苯类碳同素异形体的合成工具箱。

Abstract

Althoughgrapheneformstwo-dimensionalcarbonsheets,otherarrangementsofcarbonringscouldalsoassembleasflatsheers.Fanetal.synthesizedanultraflatbiphenylenecarbonsheetconsistingofsp2-hybridizedcarbonatomsformingfour-,six-,andeight-memberedringsonagoldsurface.Anadsorbedhalogenatedterphenylmoleculeundergoesatwo-stepinterpolymerdehydrofluorinationpolymerizationthatcreatesthefour-andeight-memberedringsthroughcarbon–carbonbondformation.Scanningtunnelingspectroscopyrevealedthatthiscarbonallotropeismetallic.TheyexpecttheinterpolymerHF-zippingmethodtocomplementthetoolboxforthesynthesisofothernonbenzenoidcarbonallotropes.

气候与生态Climate&Ecology

Globalaccelerationinratesofvegetationchangeoverthepast18,000years

过去18000年，全球植被变化加速

作者：OndrejMottl,SuzetteG.A.Flantua,KuberP.Bhatta1,JohnW.Williams,etc.

链接：

https://science.sciencemag.org/content/372/6544/860

摘要

在过去的18000年里，全球植被首先因伴随最后一次冰川消失的气候变化而发生变化，此后因为人类压力的增加而发生变化；但是对全球植被变化率的幅度和模式了解甚少。

通过对1181个花粉化石序列的汇编和新开发的统计方法，作者发现，从4.6万年前到2.9万年前，全球范围内的植被组成变化速度在加速，这在过去1.8万年里的全球范围内都是前所未有的。

全新世晚期的变化速率等于或超过了所有大陆的除冰速率，这表明人类对陆地生态系统的影响规模甚至超过了气候驱动的最后一次除冰。作者表示从上个世纪的生态数据中可以看出，生物多样性变化的加速始于数千年前。

Abstract

Globalvegetationoverthepast18,000yearshasbeentransformedfirstbytheclimatechangesthataccompaniedthelastdeglaciationandagainbyincreasinghumanpressures;however,themagnitudeandpatternsofratesofvegetationchangearepoorlyunderstoodglobally.Usingacompilationof1181fossilpollensequencesandnewlydevelopedstatisticalmethods,wedetectaworldwideaccelerationintheratesofvegetationcompositionalchangebeginningbetween4.6and2.9thousandyearsagothatisgloballyunprecedentedoverthepast18,000yearsinbothmagnitudeandextent.LateHoloceneratesofchangeequalorexceedthedeglacialratesforallcontinents,whichsuggeststhatthescaleofhumaneffectsonterrestrialecosystemsexceedseventheclimate-driventransformationsofthelastdeglaciation.Theaccelerationofbiopersitychangedemonstratedinecologicaldatasetsfromthepastcenturybeganmillenniaago.

BalancingconservationprioritiesfornatureandforpeopleinEurope

欧洲保护自然的优先事项

作者：LouiseM.J.O’Connor,LauraJ.Pollock,JulienRenaud,WillemVerhagen,PeterH.Verburg,SandraLavorel,LuigiMaiorano,WilfriedThuiller

链接：

https://science.sciencemag.org/content/372/6544/856

摘要

保护科学家一致认为，应该扩大保护区以保护生物多样性和生态系统服务，但往往很难确定保护区的优先级。

考虑到推动整个欧洲保护的因素，作者的分析囊括了，以（>800）脊椎动物物种的分布为代表的物种的价值；以自然旅游等活动为代表的景观的文化价值；以及碳汇和防洪等生态系统服务的价值。

Abstract

Thereisconsensusamongconservationscientiststhatprotectedareasshouldbeexpandedtosafeguardbiopersityandecosystemservices,butitisoftendifficulttoprioritizeareasforprotection.ConsideringfactorsthatmotivateconservationacrossEurope,ananalysisbyO'Connoretal.includesthevalueofspecies,representedbydistributionof>800vertebratespecies;theculturalvalueoflandscapes,representedbyactivitiessuchasnaturetourism;andthevalueofecosystemservicessuchascarbonsequestrationandfloodprotection.Althoughthesethreemainfeaturesoftendonotcoincideinthelandscape,theauthorsfoundthatafocusonbiopersityinspatialconservationplanningisthemosteffectivemeansofcapturingarangeofnature'svalues.