溫帶湖泊普遍缺氧

溫帶湖泊含氧量出現(xiàn)了大范圍、長(zhǎng)期的下降。這一針對(duì)近400個(gè)湖泊在80年的時(shí)間里計(jì)算得出的趨勢(shì)或許和氣候變暖以及水體透明度下降有關(guān)。

該下降趨勢(shì)可能會(huì)威脅到至關(guān)重要的湖泊生態(tài)系統(tǒng)。水體系統(tǒng)的溶解氧濃度會(huì)影響?zhàn)B分平衡、生物多樣性、飲用水質(zhì)量和溫室氣體排放。雖然海洋的氧流失已經(jīng)得到了證明，但人們對(duì)湖泊溶解氧濃度的變化一直不夠了解，一定程度上是因?yàn)槿狈﹂L(zhǎng)期、大規(guī)模的研究。

為解決這一問題，研究人員編制了1941年至2017年間由政府、大學(xué)、非營(yíng)利組織采集的393個(gè)溫帶湖泊（大部分位于歐美）的溫度和溶解氧測(cè)量數(shù)據(jù)。這些淡水環(huán)境減少的溶解氧是海洋中觀測(cè)到的2倍到9倍左右。

研究人員指出，水溫上升與表層水氧濃度下降有關(guān)，而深層水氧含量下降則與更強(qiáng)的熱分層（不同深度形成不同的溫躍層）以及水體透明度降低有關(guān)。但這一趨勢(shì)中也有例外，比如大量湖泊（87個(gè)）的水溫和溶解氧濃度都出現(xiàn)了上升。

不過，這種反?，F(xiàn)象或許是由水華導(dǎo)致的。水華可能會(huì)讓表層的氧濃度升高、深層的氧溶解度降低。

研究人員總結(jié)稱，人類活動(dòng)和氣候變暖預(yù)計(jì)將繼續(xù)導(dǎo)致湖泊溶解氧的進(jìn)一步流失，必須采取持續(xù)、嚴(yán)格的湖泊系統(tǒng)管理措施以應(yīng)對(duì)這些影響。

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https://doi.org/10.1038/s41586-021-03550-y

異質(zhì)雙層膜中摩爾離子的特征

由范德華材料形成的摩爾超晶格可以支持多種電子相，包括Mott絕緣體、超導(dǎo)體和廣義Wigner晶體。當(dāng)激子被摩爾超晶格限制時(shí)，一類新的激子出現(xiàn)了，這為實(shí)現(xiàn)人工激子晶體和量子光學(xué)效應(yīng)帶來了希望。

當(dāng)這些摩爾激子與載流子耦合時(shí)，可能會(huì)產(chǎn)生相關(guān)態(tài)。然而，對(duì)于電荷耦合摩爾激子態(tài)，沒有實(shí)驗(yàn)證據(jù)，也沒有理論預(yù)測(cè)它們的性質(zhì)。

研究人員報(bào)道了二硒化鎢/二硒化鉬異質(zhì)薄膜中與摩爾勢(shì)耦合的離子的光學(xué)特征。摩爾三離子態(tài)顯示了多個(gè)尖銳的發(fā)射線與復(fù)雜的電荷密度依賴關(guān)系，這與傳統(tǒng)三離子態(tài)的行為形成了鮮明對(duì)比。

研究人員從輻射衰變中推斷出對(duì)三離子態(tài)發(fā)射的不同貢獻(xiàn)，其中剩余載流子駐留在不同的摩爾微型帶中。在不同的器件和樣品區(qū)域觀察到離子特征變化，表明其對(duì)樣品的不均勻性和變異性有很高的靈敏度。這些離子特征的觀察促進(jìn)了對(duì)摩爾超晶格中高階電子相關(guān)效應(yīng)的進(jìn)一步理論和實(shí)驗(yàn)研究。

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https://doi.org/10.1038/s41586-021-03541-z

量子存儲(chǔ)器間的電信預(yù)示糾纏

未來的量子網(wǎng)絡(luò)將使遙遠(yuǎn)地點(diǎn)之間的糾纏分布成為可能，并可將其應(yīng)用于量子通信、量子傳感和分布式量子計(jì)算。這個(gè)網(wǎng)絡(luò)的核心是在遠(yuǎn)程互聯(lián)的量子節(jié)點(diǎn)上產(chǎn)生和存儲(chǔ)糾纏態(tài)的能力。

雖然各種遠(yuǎn)程物理系統(tǒng)已經(jīng)成功地糾纏在一起，但沒有一個(gè)能夠包含網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的所有要求。研究人員報(bào)告了兩個(gè)空間分離的量子節(jié)點(diǎn)之間預(yù)示糾纏的演示，其中的糾纏被存儲(chǔ)在多模固態(tài)量子存儲(chǔ)器。

在不同實(shí)驗(yàn)室的量子存儲(chǔ)器之間的糾纏是通過檢測(cè)高達(dá)1.4千赫茲的電信光子來預(yù)示的，并且糾纏被存儲(chǔ)在晶體中，預(yù)先確定的存儲(chǔ)時(shí)間高達(dá)25微秒。

研究人員還證明了生成的糾纏對(duì)預(yù)警路徑中的損耗具有魯棒性，并演示了使用62種時(shí)域模式的時(shí)間復(fù)用操作。研究人員表示這可以擴(kuò)展到更長(zhǎng)的距離上的糾纏，并為基于固態(tài)資源的現(xiàn)場(chǎng)部署、多路復(fù)用量子中繼器的設(shè)計(jì)提供了一條可行的路線。

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https://doi.org/10.1038/s41586-021-03481-8

界面水對(duì)外加電場(chǎng)的不對(duì)稱響應(yīng)

人們對(duì)界面水的介電響應(yīng)的理解依賴于近似線性響應(yīng)，即外電場(chǎng)誘導(dǎo)線性比例極化。這意味著對(duì)場(chǎng)的符號(hào)具有反對(duì)稱性。然而，原子模擬表明，界面水的極化可能與線性響應(yīng)有很大的偏差。

研究人員提出了一項(xiàng)針對(duì)這個(gè)問題的實(shí)驗(yàn)研究。他們測(cè)量了單層石墨烯電極附近重水的振動(dòng)和頻率產(chǎn)生譜，以研究其在受控電化學(xué)條件下對(duì)外部電場(chǎng)的響應(yīng)。OD拉伸的光譜顯示正負(fù)電極電荷明顯不對(duì)稱。

當(dāng)負(fù)電荷低于5×1012電子每平方厘米時(shí)，觀察到非氫鍵OD基團(tuán)指向石墨烯表面的峰值頻率為每厘米2700次。在中性或正極電位下，這種“自由OD”峰突然消失，而光譜顯示氫鍵OD物種的寬峰為2300~2650/厘米。

米勒定律將振動(dòng)和頻率產(chǎn)生響應(yīng)與介電常數(shù)聯(lián)系起來。觀察到的與每米±3×108伏特電場(chǎng)線性響應(yīng)的偏差使人們對(duì)將界面水作為簡(jiǎn)單介質(zhì)處理的有效性提出了質(zhì)疑。

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https://doi.org/10.1038/s41586-021-03504-4

（馮維維編譯）