1 Nature：激光冷却反氢原子

电磁场量子激发的光子是无质量的，但携带动量。因此，光子可以在碰撞时对物体施加力。40年前，人们首次证明可用激光冷却来减缓原子和离子的平移运动。在接下来的几十年里，它彻底改变了原子物理学，现在已成为许多领域的主力军，包括量子简并气体、量子信息、原子钟和基础物理测试的研究。然而，这项技术尚未应用于反物质。在此，加拿大不列颠哥伦比亚大学T. Momose、M. C. Fujiwara、丹麦奥尔胡斯大学J. S. Hangst演示了反氢的激光冷却，反氢是由一个反质子和一个正电子组成的反物质原子。通过脉冲窄线宽Lyman-α激光辐射激发反氢中的1S-2P跃迁，作者对磁捕获反氢样品进行了多普勒冷却。虽然只在一维应用激光冷却，但是捕集阱耦合了反原子的纵向和横向运动，从而导致了所有三维的冷却。作者观察到中值横向能量减少了一个数量级以上，其中相当一部分反原子达到了亚微电伏横向动能。此外，作者还报道了在激光冷却的反氢原子样品中观察到的激光驱动的1S–2S跃迁。观察到的光谱线比未经激光冷却的光谱线窄约四倍。激光冷却的演示及其直接应用对反物质研究具有深远的意义。

原文链接：https://doi.org/10.1038/s41586-021-03289-6

2 Nature：通过带电喷雾进行3D纳米打印

三维（3D）打印彻底改变了电子，光学，能源，机器人，生物工程和传感的制造工艺。缩小3D打印尺寸将使利用微结构和纳米结构特性的应用成为可能。但是，用于金属3D纳米打印的现有技术需要聚合物-金属混合物、金属盐或流变油墨，从而限制了材料的选择和所得结构的纯度。以前，气溶胶光刻已被用于在预先形成图案的基板上组装高纯度3D金属纳米结构的阵列，但几何形状有限。在这里，韩国首尔大学Mansoo Choi、浦项科技大学Junsuk Rho介绍了一种使用多种材料直接3D打印金属纳米结构阵列的技术，该阵列具有灵活的几何形状和小至数百纳米的特征尺寸。印刷过程在干燥的气氛中进行，不需要聚合物或墨水。取而代之的是，将离子和带电的气雾剂粒子引导到一个电介质掩模上，该介质掩模包含浮在偏置的硅基板上的一系列孔。离子在每个孔周围聚集，生成静电透镜，将带电的气溶胶颗粒聚焦成纳米级射流。这些射流由包含掩模的孔下方形成的聚合电场线引导，其作用类似于传统3D打印机的喷嘴，从而能够在硅衬底上进行气溶胶粒子的3D打印。通过在打印过程中移动基材，作者成功地打印了各种3D结构，包括螺旋、悬垂的纳米柱、环和字母。另外，为了演示该技术的潜在应用，作者打印了一组垂直开口环谐振器结构。结合其他3D打印方法，作者希望该3D纳米打印技术能够在纳米制造方面取得实质性进展。

https://doi.org/10.1038/s41586-021-03353-1

3 Nature：确定无定形固体的三维原子结构

诸如玻璃，塑料和非晶薄膜之类的非晶态固体在我们的日常生活中无处不在，并且具有广泛的应用范围，从电信到电子和太阳能电池。但是，由于缺乏长程有序，无定形固体的三维（3D）原子结构迄今尚无法进行直接的实验测定。在这里，美国加州大学洛杉矶分校苗建伟开发了一种原子电子断层扫描重建方法，以通过实验确定非晶态固体的3D原子位置。使用多组分玻璃形成合金作为原理证明，作者定量表征了3D原子排列的短程和中程有序。观察到，尽管近距离有序的3D原子堆积在几何上是无序的，但是一些近距离有序的结构彼此连接形成晶体状的超团簇并产生中距离有序。发现四种类型的晶体状中程有序：面心立方、六方密堆积、体心立方和简单立方，共存于无定形样品中，显示出平移而不是取向有序。这些观察结果提供了直接的实验证据，以支持金属玻璃有效团簇堆积模型的总体框架。作者希望这项工作将为确定各种非晶态固体的3D结构铺平道路，这可能会改变对非晶态材料和相关现象的基本认识。

原文链接：https://doi.org/10.1038/s41586-021-03354-0

4 Nature：莫尔石墨烯中Flavor Hund的耦合、Chern间隙和电荷扩散率

相互作用驱动的自发对称性破坏是物质许多量子相的核心。在莫尔系统中，平带中破碎的自旋/能谷的味对称性是相关基态和拓扑基态最终出现的母态的基础。然而，这种味对称性破坏的微观机制及其与低温相的联系尚不清楚。在此，美国麻省理工学院Pablo Jarillo-Herrero、曹原研究了魔角扭曲双层石墨烯（MATBG）的破缺对称多体基态及其非平凡拓扑结构。作者直接观察到味对称性破坏是莫尔超晶格所有整数填充处化学势的固定，这证明了味洪德耦合在多体基态中的重要性。在破坏时间反转对称性时，作者分别测量了填充因子为1、2、3时Chern数分别为3、2、1的Chern绝缘体态的能隙，这与MATBG的Hofstadter蝶形谱中的味对称破缺一致。此外，电阻率和化学势的同时测量提供了MATBG在奇异金属区的温度依赖性电荷扩散率，这一量以前仅在超冷原子中进行过研究。该结果使大家更接近于一个统一的框架来理解MATBG拓扑带中的相互作用，无论有无磁场。

原文链接：https://doi.org/10.1038/s41586-021-03366-w

5 Science：范德华界面可产生面内极化和自发的光伏效应

范德华界面可以通过层堆叠来形成，而无需考虑晶格常数或各个构建块的对称性。在此，日本东京大学Toshiya Ideue设计了硒化钨和黑磷的范德华界面的对称性，并实现了面内电子极化，这导致了自发光伏效应的出现。沿极性方向观察到自发的光电流，而在垂直于该方向的方向上却没有。所观察到的自发光电流可以用量子力学位移电流来解释，该位移电流反映了这个突现界面的几何和拓扑电子性质。本文的结果为适用于各种范德华界面的对称工程提供了一个简单的指导。

原文链接：https://science.sciencemag.org/content/372/6537/68

6 Science：PT对称和非厄米拓扑态的非线性调谐

拓扑学、宇称时间（PT）对称性和非线性是自然科学中复杂系统中许多基本现象的起源，但它们之间的相互作用尚未得到探索。在此，南开大学陈志刚、Hrvoje Buljan、希腊克里特大学Konstantinos G. Makris建立了一个非线性非厄米拓扑平台，用于PT对称性和拓扑态的主动调谐。研究发现，非厄米光子晶格中拓扑缺陷势的损失可以仅通过非线性来调整，从而可以在PT对称和非PT对称状态之间进行过渡，并且可以控制拓扑零模。揭示了两个明显拮抗作用之间的相互作用：对异常点的敏感性和非厄米拓扑态的坚固性。该方案通过局部非线性使用全局PT对称性和拓扑的单通道控制，可能为非常规的光处理和设备应用提供机会。

原文链接：https://science.sciencemag.org/content/372/6537/72

7 Science：沸石中的分离硼用于丙烷的氧化脱氢

丙烷的氧化脱氢（ODHP）是由页岩气生产丙烯的一项关键技术，但常规的金属氧化物催化剂容易发生过氧化反应，形成无价值的CO_x。最近发现，基于硼的催化剂对该反应具有选择性，并且B–O–B齐聚物通常被视为活性中心。在此，中科院武汉物理与数学研究所郑安民、浙江大学的孟祥举、王亮以及肖丰收表明，没有这种齐聚物的沸石骨架中分离出的硼对ODHP表现出高活性和选择性，由于B–O–SiOx的存在，这也阻碍了在潮湿环境中浸出硼的完全水解，在长期试验中实现了优异的耐久性。 此外，作者证明了在硼硅酸盐沸石中具有–B [OH…O（H）–Si]₂结构的分离的硼为活性中心，该硼能够激活氧和碳氢键来催化ODHP。

原文链接：https://science.sciencemag.org/content/372/6537/76

8 Science：光学量子气体中非厄米特相变的观察

光的量子气体（例如光学微腔中的光子或极化子冷凝物）是集体量子系统，能够对例如腔体损耗的耗散进行调整。这一特性使它们成为研究耗散相的工具，耗散相是量子多体物理学中的新兴课题。在此，德国波恩大学Martin Weitz通过实验证明了光子玻色-爱因斯坦凝聚体到耗散相的非厄米相变，其特征是凝结体的二阶相干性呈双指数衰减。 由于量子气体中出现异常点而发生相变。 尽管玻色-爱因斯坦凝聚通常通过平滑的交换与激射相关，但是观察到的相变将双指数相与激射和中间的振荡凝结区分开。该方法可用于研究拓扑或晶格系统中的各种耗散量子相。

原文链接：https://science.sciencemag.org/content/372/6537/88