極渦的亞赫茲群集動力學

拓撲結(jié)構(gòu)的群集動力學在基礎和應用兩個方面都很有意義。最近在鐵電超晶格中已經(jīng)實現(xiàn)了由電極化而非電子自旋構(gòu)成的拓撲結(jié)構(gòu)，這對拓撲序的超快電場控制而言前景廣闊。然而，人們對這種復雜的擴展納米結(jié)構(gòu)功能的動力學機制知之甚少。

研究組利用太赫茲場激發(fā)和飛秒X射線衍射測量，觀察到極渦特有的超快群集極化動力學，其頻率比實驗實現(xiàn)的磁渦高幾個數(shù)量級，橫向尺寸更小。

一種以前未發(fā)現(xiàn)的可調(diào)諧模式（渦旋）以納米尺度原子位移圓形模式的瞬態(tài)陣列形式出現(xiàn)，可在皮秒時間尺度上逆轉(zhuǎn)其渦度。其頻率在臨界應變下顯著降低，表明結(jié)構(gòu)動力學的凝結(jié)。研究組使用基于第一性原理的原子計算和相場模型來揭示微觀原子排列并證實渦旋模式的頻率。極渦中亞赫茲群集動力學的發(fā)現(xiàn)為超高速高密度拓撲結(jié)構(gòu)中電場驅(qū)動的數(shù)據(jù)處理提供了機會。

相關(guān)論文信息：https://www.nature.com/articles/s41586-021-03342-4

保護全球海洋生物多樣性、糧食和環(huán)境

海洋具有獨特的生物多樣性，提供寶貴的食物資源，是一個主要的人為碳匯。海洋保護區(qū)（MPAs）是恢復海洋生物多樣性和生態(tài)系統(tǒng)服務的有效工具，但目前只有2.7%的海洋受到高度保護。海洋保護水平如此之低，主要是由于與漁業(yè)和其他開采用途的沖突。

為了解決這個問題，研究組制定了一個保護規(guī)劃框架，以優(yōu)先安排那些在今天和未來能夠帶來多重效益的高度保護的MPA。研究組發(fā)現(xiàn)，大幅度增加海洋保護可帶來三重好處，即保護生物多樣性、提高漁業(yè)產(chǎn)量和確保面臨人類活動威脅的海洋碳儲量。

研究結(jié)果表明，大多數(shù)沿海國家都擁有可以為實現(xiàn)生物多樣性保護、糧食供應和碳儲存這3個目標作出重大貢獻的優(yōu)先領(lǐng)域。全球協(xié)調(diào)的努力可能比未協(xié)調(diào)的國家級保護規(guī)劃的效率高出近1倍。研究組靈活的優(yōu)先次序框架有助于為國家海洋空間計劃和全球海洋保護、糧食安全和氣候行動目標提供信息。

相關(guān)論文信息：https://www.nature.com/articles/s41586-021-03371-z

破火山口塌陷驅(qū)動的大噴發(fā)動力學

最大的玄武巖噴發(fā)與破火山口塌陷有關(guān)，并通過準周期地面位移和中等規(guī)模地震表現(xiàn)出來，但控制其動力學的機制仍不清楚。

研究組提供了一個物理模型來解釋這些過程，它解釋了破火山口頂部的準周期黏滑塌陷和火山的長期噴發(fā)行為。

此外，研究表明，正是破火山口塌陷本身維持了大規(guī)模噴發(fā)，而觸發(fā)破火山口塌陷需要地形產(chǎn)生的壓力。

該模型與2018年基拉韋厄火山噴發(fā)的數(shù)據(jù)一致，使人們能夠估計火山通道系統(tǒng)的性質(zhì)。結(jié)果表明，在噴發(fā)期間，兩個熱儲層處于活躍狀態(tài)，并對它們的連通性形成了限制。

根據(jù)該模型，基拉韋厄火山噴發(fā)在其潛在破火山口塌陷概率超過60%后停止，可能是由于第二個熱儲層的存在。最后，研究組表明，這個物理框架一般適用于過去50年來最大的破火山口塌陷噴發(fā)。

相關(guān)論文信息：https://www.nature.com/articles/s41586-021-03414-5

（未玖編譯）