8月27日《自然》雜誌內容精選

8月27日《自然》雜誌內容精選

2015-09-07 中國科學報 田學文

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　　封面故事: 用納米晶體進行「取代摻雜」

　　本期封面所示為摻雜一個半導體超晶格而又不會破壞有序陣列的金納米晶體圖像。摻雜是將外來原子引入一種主體材料內、以便改善或生成新的電子性能、磁性能和光性能的一個過程。Christopher Murray及同事將「取代摻雜」的概念引入到了納米晶體超晶格中，在其中採用的是人造原子而不是真正的原子。他們顯示，金納米晶體會隨機吸收到一個半導體納米晶體超晶格中，在其中一個納米晶體可被具有同樣大小但不同組成的另一個納米晶體取代。這樣生成的材料的導電性由受摻雜劑的密度和分布控制的金屬滲透通道來調製。自聚集方式的採用意味著，這一新方法應可以廣泛適用於一系列不同材料和組成。

　　一個雙星體系中多行星系統的脆弱性

　　在對一個多行星太陽系外行星系統中的軌道動態和演化所做的這一數值模擬中，Jihad Touma和Seshadri Sridhar顯示，遷移中的行星易受由遙遠伴星造成的擾動的影響。當軌道進動快到足以與遙遠雙星伴星的軌道運動發生共振時，該模型所產生的結果從大的行星偏心度和相互傾角的激發到該太陽系外行星系統總體上被破壞不等。

　　真核生物中原核生物基因的來源

　　多年來，人們一直假設，真核生物基因組中所見的原核生物基因一定是在一個原核細胞器的內共生之後到達那裡的。但最近的證據表明，在真核生物之間以及在原核生物和真核生物之間也存在實質性的橫向基因轉移。對細菌、古菌和真核生物基因組所做的這項分析，沒有發現連續橫向基因轉移對真核基因內容的演化具有可以檢測得到的累積影響的證據。相反，真核生物是在廣泛的差異基因丟失之後、在相應於線粒體和質體起源的兩次「演化湧入」事件中獲得其原核生物基因的。這一歷史在複雜細胞的核基因組中留下了內共生的一個巨大印記。

　　來自尾場等離子體的加速正電子

　　傳統射頻粒子加速器從大小和成本來講都在逼近研發極限。等離子體尾場加速器是一個很有希望的替代方案。在這種裝置中，一個電子束當其在由第二個電子束產生的尾跡中的一個等離子體波浪上「衝浪」時會被加速。以前，在加速電子方面曾經獲得了有希望的結果，但要做出一臺電子—正電子對撞機還要求加速的正電子。在這項研究中，Sebastien Corde等人演示了一個新的加速方案，在其中，處在一個正電子束前面的粒子會將能量向其後方轉移。這些正電子在此過程中會在1.3米的距離上獲得5千兆電子伏特的能量，能量分散度較低。這意味著，加速電場比射頻加速器強兩個數量級。

　　用銅靶提升原子雷射器性能

　　利用短波長雷射產生相干X射線是X射線科學中一個長期未能實現的目標。以前，已經研發出了一臺用於軟X射線的、基於氖原子、由一個X射線自由電子雷射器泵輸的原子雷射器。Hitoki Yoneda等人利用一個固體銅靶在硬X射線範疇內實現了一臺原子雷射器。該銅靶被SACLA離子化，以實現強放大的自發發射。這樣獲得的原子雷射器能產生比泵輸X射線自由電子雷射脈衝更好的一個X射線束。其波長要比以前報導的幾乎短十倍，將為超快X射線光譜和量子光學創造很多機會。

　　板塊內地震活動的根源

　　Thorsten Becker等人發表了來自地幔流模型的研究結果，它們顯示了遠離美國西部板塊邊界的地震活動與「動態地形」（即來自地幔流的垂直法向應力）的速度變化之間所存在的一個關係。他們得出結論認為，地幔流在這種板塊內環境中在決定地形、地質構造和地震風險方面起著一個舉足輕重的、可以量化的作用。

　　封面故事: 用納米晶體進行「取代摻雜」
　　本期封面所示為摻雜一個半導體超晶格而又不會破壞有序陣列的金納米晶體圖像。摻雜是將外來原子引入一種主體材料內、以便改善或生成新的電子性能、磁性能和光性能的一個過程。Christopher Murray及同事將「取代摻雜」的概念引入到了納米晶體超晶格中，在其中採用的是人造原子而不是真正的原子。他們顯示，金納米晶體會隨機吸收到一個半導體納米晶體超晶格中，在其中一個納米晶體可被具有同樣大小但不同組成的另一個納米晶體取代。這樣生成的材料的導電性由受摻雜劑的密度和分布控制的金屬滲透通道來調製。自聚集方式的採用意味著，這一新方法應可以廣泛適用於一系列不同材料和組成。
　　一個雙星體系中多行星系統的脆弱性
　　在對一個多行星太陽系外行星系統中的軌道動態和演化所做的這一數值模擬中，Jihad Touma和Seshadri Sridhar顯示，遷移中的行星易受由遙遠伴星造成的擾動的影響。當軌道進動快到足以與遙遠雙星伴星的軌道運動發生共振時，該模型所產生的結果從大的行星偏心度和相互傾角的激發到該太陽系外行星系統總體上被破壞不等。
　　真核生物中原核生物基因的來源
　　多年來，人們一直假設，真核生物基因組中所見的原核生物基因一定是在一個原核細胞器的內共生之後到達那裡的。但最近的證據表明，在真核生物之間以及在原核生物和真核生物之間也存在實質性的橫向基因轉移。對細菌、古菌和真核生物基因組所做的這項分析，沒有發現連續橫向基因轉移對真核基因內容的演化具有可以檢測得到的累積影響的證據。相反，真核生物是在廣泛的差異基因丟失之後、在相應於線粒體和質體起源的兩次「演化湧入」事件中獲得其原核生物基因的。這一歷史在複雜細胞的核基因組中留下了內共生的一個巨大印記。
　　來自尾場等離子體的加速正電子
　　傳統射頻粒子加速器從大小和成本來講都在逼近研發極限。等離子體尾場加速器是一個很有希望的替代方案。在這種裝置中，一個電子束當其在由第二個電子束產生的尾跡中的一個等離子體波浪上「衝浪」時會被加速。以前，在加速電子方面曾經獲得了有希望的結果，但要做出一臺電子—正電子對撞機還要求加速的正電子。在這項研究中，Sebastien Corde等人演示了一個新的加速方案，在其中，處在一個正電子束前面的粒子會將能量向其後方轉移。這些正電子在此過程中會在1.3米的距離上獲得5千兆電子伏特的能量，能量分散度較低。這意味著，加速電場比射頻加速器強兩個數量級。
　　用銅靶提升原子雷射器性能
　　利用短波長雷射產生相干X射線是X射線科學中一個長期未能實現的目標。以前，已經研發出了一臺用於軟X射線的、基於氖原子、由一個X射線自由電子雷射器泵輸的原子雷射器。Hitoki Yoneda等人利用一個固體銅靶在硬X射線範疇內實現了一臺原子雷射器。該銅靶被SACLA離子化，以實現強放大的自發發射。這樣獲得的原子雷射器能產生比泵輸X射線自由電子雷射脈衝更好的一個X射線束。其波長要比以前報導的幾乎短十倍，將為超快X射線光譜和量子光學創造很多機會。
　　板塊內地震活動的根源
　　Thorsten Becker等人發表了來自地幔流模型的研究結果，它們顯示了遠離美國西部板塊邊界的地震活動與「動態地形」（即來自地幔流的垂直法向應力）的速度變化之間所存在的一個關係。他們得出結論認為，地幔流在這種板塊內環境中在決定地形、地質構造和地震風險方面起著一個舉足輕重的、可以量化的作用。

列印 責任編輯：侯茜