科学（20220513出版）一周论文导读

　　编译未玖
　　Science，13MAY2022，VOL376，ISSUE6594
　　《科学》2022年5月13日，第376卷，6594期
　　物理学Physics
　　QuantumgasmicroscopyofKardarParisiZhangsuperdiffusion
　　KPZ超扩散的量子气体显微镜
　　作者：DAVIDWEI，ANTONIORUBIOABADAL，BINGTIANYE，FRANCISCOMACHADO，JACKKEMP，KRITSANASRAKAEW，ETAL。
　　链接：
　　https：www。science。orgdoi10。1126science。abk2397
　　摘要：
　　KardarParisiZhang（KPZ）普适性类描述了大量经典随机模型的粗粒度行为。令人惊讶的是，最近人们推测KPZ普适性也可用于描述一维量子海森堡模型中的自旋输运。
　　研究组通过多达50个自旋的自旋链畴壁弛豫，在冷原子量子模拟器中实验探测输运来验证这个猜想。他们发现，畴壁弛豫确实由KPZ动力学指数z32控制，KPZ标度的出现需要可积性和非阿贝尔SU（2）对称性。
　　最后，研究组利用量子气体显微镜实现的单自旋敏感性探测，来测量基于自旋输运统计的可观测数据。该研究结果产生了一个明确的非线性特征，这是KPZ普适性的一个标志。
　　Abstract：
　　TheKardarParisiZhang（KPZ）universalityclassdescribesthecoarsegrainedbehaviorofawealthofclassicalstochasticmodels。Surprisingly，KPZuniversalitywasrecentlyconjecturedtoalsodescribespintransportintheonedimensionalquantumHeisenbergmodel。Wetestedthisconjecturebyexperimentallyprobingtransportinacoldatomquantumsimulatorviatherelaxationofdomainwallsinspinchainsofupto50spins。WefoundthatdomainwallrelaxationisindeedgovernedbytheKPZdynamicalexponentz32andthattheoccurrenceofKPZscalingrequiresbothintegrabilityandanonabelianSU（2）symmetry。Finally，weleveragedthesinglespinsensitivedetectionenabledbythequantumgasmicroscopetomeasureanobservablebasedonspintransportstatistics。OurresultsyieldaclearsignatureofthenonlinearitythatisahallmarkofKPZuniversality。
　　Observingemergenthydrodynamicsinalongrangequantummagnet
　　在长程量子磁体中观测新兴流体动力学
　　作者：M。K。JOSHI，F。KRANZL，A。SCHUCKERT，I。LOVAS，C。MAIER，R。BLATT，ETAL。
　　链接：
　　https：www。science。orgdoi10。1126science。abk2400
　　摘要：
　　确定非平衡量子态的普适性质是现代物理学的一个重大挑战。一个有趣的预测是，经典流体力学普遍出现在任何相互作用的量子系统演化中。
　　研究组通过实验探测了51个单独控制离子的量子动力学，实现了长程相互作用的自旋链。通过测量无限温度状态下的时空分辨关联函数，他们观测到了整个从正常扩散到反常超扩散的流体动力学普适性类家族，均由Lvy飞行描述。
　　研究组提取了流体力学理论的输运系数，反映了系统的微观性质。该结果表明，工程量子系统有潜力为量子物质非平衡态的普适性提供关键见解。
　　Abstract：
　　Identifyinguniversalpropertiesofnonequilibriumquantumstatesisamajorchallengeinmodernphysics。Afascinatingpredictionisthatclassicalhydrodynamicsemergesuniversallyintheevolutionofanyinteractingquantumsystem。Weexperimentallyprobedthequantumdynamicsof51inpiduallycontrolledions，realizingalongrangeinteractingspinchain。Bymeasuringspacetimeresolvedcorrelationfunctionsinaninfinitetemperaturestate，weobservedawholefamilyofhydrodynamicuniversalityclasses，rangingfromnormaldiffusiontoanomaloussuperdiffusion，thataredescribedbyLvyflights。Weextractedthetransportcoefficientsofthehydrodynamictheory，reflectingthemicroscopicpropertiesofthesystem。Ourobservationsdemonstratethepotentialforengineeredquantumsystemstoprovidekeyinsightsintouniversalpropertiesofnonequilibriumstatesofquantummatter。
　　材料科学MaterialsScience
　　HighlyenhancedferroelectricityinHfO2basedferroelectricthinfilmbylightionbombardment
　　轻离子轰击增强HfO2基铁电薄膜的铁电性
　　作者：SEUNGHUNKANG，WOOSUNGJANG，ANNAN。MOROZOVSKA，OWOONGKWON，YEONGROKJIN，YOUNGHOONKIM，etal。
　　链接：
　　https：www。science。orgdoi10。1126science。abk3195
　　摘要：
　　非易失和准同型的后摩尔电子器件的不断发展需要集成铁电材料和半导体材料。与原子层沉积兼容的氧化铪（HfO2）基铁电体的出现开辟了有趣且颇有前景的研究途径。然而，HfO2中铁电性的起源和控制途径仍然是个谜。
　　研究组证明了局部氦（He）注入可以激活这些材料中的铁电性。他们还分析了可能的竞争机制，包括He离子引发的摩尔体积变化、空位再分布、空位生成和空位迁移率的激活。
　　这些发现既揭示了该系统中铁电性的起源，也为纳米工程二元铁电体开辟了新途径。
　　Abstract：
　　ContinuousadvancementinnonvolatileandmorphotropicbeyondMooreelectronicdevicesrequiresintegrationofferroelectricandsemiconductormaterials。Theemergenceofhafniumoxide（HfO2）basedferroelectricsthatarecompatiblewithatomiclayerdepositionhasopenedinterestingandpromisingavenuesofresearch。However，theoriginsofferroelectricityandpathwaystocontrollingitinHfO2arestillmysterious。Wedemonstratethatlocalhelium（He）implantationcanactivateferroelectricityinthesematerials。Thepossiblecompetingmechanisms，includingHeioninducedmolarvolumechanges，vacancyredistribution，vacancygeneration，andactivationofvacancymobility，areanalyzed。Thesefindingsbothrevealtheoriginsofferroelectricityinthissystemandopenpathwaysfornanoengineeredbinaryferroelectrics
　　Ultrafastwaterpermeationthroughnanochannelswithadenselyfluorousinteriorsurface
　　内表面致密氟纳米通道可超快渗透水
　　作者：YOSHIMITSUITOH，SHUOCHEN，RYOTAHIRAHARA，TAKESHIKONDA，TSUBASAAOKI，TAKUMIUEDA，ETAL。
　　链接：
　　https：www。science。orgdoi10。1126science。abd0966
　　摘要：
　　水通道蛋白的疏水性内表面促进了水在其中的超快渗透。聚四氟乙烯有着致密的氟面，因此具有很强的防水性。
　　研究组报道了一系列内径为0。91。9纳米的含氟低聚酰胺纳米环。这些纳米环在磷脂双层膜中进行超分子聚合，形成含氟纳米通道，其内壁被氟原子密集覆盖。直径最小的纳米通道的水渗透通量比水通道蛋白和碳纳米管的水渗透通量大两个数量级。
　　该研究所提出的纳米通道具有可忽略的氯离子（Cl）渗透性，这是由静电负氟内表面提供的强大静电屏障造成的。因此，这种纳米通道有望在脱盐过程中显示出近乎完美的阻盐。
　　Abstract：
　　Ultrafastwaterpermeationinaquaporinsispromotedbytheirhydrophobicinteriorsurface。Polytetrafluoroethylenehasadensefluorinesurface，leadingtoitsstrongwaterrepellence。Wereportaseriesoffluorousoligoamidenanoringswithinteriordiametersrangingfrom0。9to1。9nanometers。Thesenanoringsundergosupramolecularpolymerizationinphospholipidbilayermembranestoformfluorousnanochannels，theinteriorwallsofwhicharedenselycoveredwithfluorineatoms。Thenanochannelwiththesmallestdiameterexhibitsawaterpermeationfluxthatistwoordersofmagnitudegreaterthanthoseofaquaporinsandcarbonnanotubes。Theproposednanochannelexhibitsnegligiblechlorideion（Cl）permeabilitycausedbyapowerfulelectrostaticbarrierprovidedbytheelectrostaticallynegativefluorousinteriorsurface。Thus，thisnanochannelisexpectedtoshownearlyperfectsaltreflectancefordesalination。
　　化学Chemistry
　　Scalableprocessingforrealizing21。7efficientallperovskitetandemsolarmodules
　　可扩展处理实现21。7效率的全钙钛矿串联太阳能模块
　　作者：KEXIAO，YENHUNGLIN，MEIZHANG，ROBERTD。J。OLIVER，XIWANG，ZHOULIU，ETAL。
　　链接：
　　https：www。science。orgdoi10。1126science。abn7696
　　摘要：
　　将全钙钛矿串联太阳能电池作为模块而非单结结构来制造面临诸多挑战，包括生长高质量的宽禁带钙钛矿，以及减缓互连触点处卤化物和金属互扩散造成的不可逆退化。
　　研究组展示了使用可扩展制造技术制备高效全钙钛矿串联太阳能模块。通过系统调节无甲基铵1。8eV混合卤化物钙钛矿的铯比，他们提升了大面积刀片涂层薄膜的结晶均匀性。
　　研究组在互连的子电池间引入导电共形扩散势垒，以提高全钙钛矿串联太阳能模块的功率转换效率（PCE）和稳定性。
　　该串联模块获得了21。7的认证PCE，孔径面积为20cm2，在模拟1太阳光照下连续运行500小时后仍保持75的初始效率。
　　Abstract：
　　Challengesinfabricatingallperovskitetandemsolarcellsasmodulesratherthanassinglejunctionconfigurationsincludegrowinghighqualitywidebandgapperovskitesandmitigatingirreversibledegradationcausedbyhalideandmetalinterdiffusionattheinterconnectingcontacts。Wedemonstrateefficientallperovskitetandemsolarmodulesusingscalablefabricationtechniques。Bysystematicallytuningthecesiumratioofamethylammoniumfree1。8electronvoltmixedhalideperovskite，weimprovethehomogeneityofcrystallizationforbladecoatedfilmsoverlargeareas。Anelectricallyconductiveconformaldiffusionbarrierisintroducedbetweeninterconnectingsubcellstoimprovethepowerconversionefficiency（PCE）andstabilityofallperovskitetandemsolarmodules。OurtandemmodulesachieveacertifiedPCEof21。7withanapertureareaof20squarecentimetersandretain75oftheirinitialefficiencyafter500hoursofcontinuousoperationundersimulated1sunillumination。
　　地球科学EarthScience
　　HighresolutionmappingoflossesandgainsofEarth’stidalwetlands
　　全球潮汐湿地消长的高分辨率绘图
　　作者：NICHOLASJ。MURRAY，THOMASA。WORTHINGTON，PETEBUNTING，STEPHANIEDUCE，VALERIEHAGGER，CATHERINEE。LOVELOCK，ETAL。
　　链接：
　　https：www。science。orgdoi10。1126science。abm9583
　　摘要：
　　人们预期潮汐湿地会对全球环境变化做出动态响应，但湿地损失在多大程度上被湿地增加所抵消仍不清楚。
　　研究组对卫星数据进行了全球分析，以同时监测19992019年间三种高度互联的潮间生态系统类型潮滩、潮沼和红树林的变化。
　　在全球范围内，13700km2的潮汐湿地已经消失，但被9700km2的湿地增加所抵消后，最终20年间净缩减4000km2。
　　研究组发现，这些损失和增长中有27与直接人类活动有关，例如转向农业和恢复失去的湿地。所有其他变化都归因于间接驱动因素，包括沿海过程和气候变化的影响。
　　Abstract：
　　Tidalwetlandsareexpectedtoresponddynamicallytoglobalenvironmentalchange，buttheextenttowhichwetlandlosseshavebeenoffsetbygainsremainspoorlyunderstood。Wedevelopedaglobalanalysisofsatellitedatatosimultaneouslymonitorchangeinthreehighlyinterconnectedintertidalecosystemtypestidalflats，tidalmarshes，andmangrovesfrom1999to2019。Globally，13，700squarekilometersoftidalwetlandshavebeenlost，butthesehavebeensubstantiallyoffsetbygainsof9700km2，leadingtoanetchangeof4000km2overtwodecades。Wefoundthat27oftheselossesandgainswereassociatedwithdirecthumanactivitiessuchasconversiontoagricultureandrestorationoflostwetlands。Allotherchangeswereattributedtoindirectdrivers，includingtheeffectsofcoastalprocessesandclimatechange。