气候变化下的湖泊热浪丨《自然》（20210121出版）一周论文导读编译|未玖Nature|21Januar

编译|未玖
Nature,21January2021,VOL589,ISSUE7842
《自然》2021年1月21日，第589卷， 7842期

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物理学Physics
Trappedfractionalchargesatbulkdefectsintopologicalinsulators
拓扑绝缘子中在体缺陷处捕获的分数电荷
▲作者：ChristopherW.Peterson,TianheLi,WentaoJiang,TaylorL.Hughes&GauravBahl
▲链接：
https://www.nature.com/articles/s41586-020-03117-3
▲摘要
拓扑晶体绝缘体（TCIs）可表现出异常、量化的电学现象，如分数极化和边界局部分数电荷。这种量化的分数电荷通常用于观测识别包括高阶拓扑结构在内的、缺乏清晰频谱特征的TCI 。
人们预测在晶体缺陷破坏TCI晶格结构的地方，分数电荷也会显现，这可能会提供大量的晶体拓扑探针。然而，鉴于直到最近才能够测量TCIs中的电荷分布，该功能尚未在实验中得到证实。
研究组通过实验证明了在TCI超材料中，向错缺陷能稳健地捕获分数电荷，并且表明即使在没有任何频谱特征的情况下，这种捕获的电荷也能指示非平凡的、高阶晶体拓扑结构。此外，研究组还揭示了捕获的电荷与这些缺陷处局部存在的拓扑束缚态之间的联系。
当晶体对称性保护被破坏时，研究组测试了这些拓扑特征的鲁棒性，并发现单个鲁棒束缚态可与分数电荷一起定位在每个向错处。结果表明， TCIs中的向错缺陷能很好地捕获分数电荷和拓扑束缚态，证明了分数电荷作为晶体拓扑探针的优越性。
Bulk–disclinationcorrespondenceintopologicalcrystallineinsulators
拓扑晶体绝缘子的体-向错对应
▲作者：YangLiu,ShuwaiLeung,Fei-FeiLi,Zhi-KangLin,XiufengTao,YinPoo,etal.
▲链接：
https://www.nature.com/articles/s41586-020-03125-3
▲摘要
大多数天然和人造材料都有晶体结构，从中产生丰富的拓扑相。然而，在实验中广泛使用的由边缘性质确定能带拓扑结构的体-边对应关系不足以识别各种拓扑晶相，这给大家族拓扑晶体材料的实验分类带来了挑战。从理论上预测，普遍存在的晶体缺陷能有效探测边缘以外的晶体拓扑结构，但这一点尚未在实验中得到证实。
研究组报道了一个实验，证明体-向错对应表现为分数光谱电荷和向错处的鲁棒束缚态。分数向错电荷来源于对称保护的体电荷模式，这是许多拓扑晶体绝缘体（TCI）的基本性质。此外，向错处的鲁棒束缚态是TCIs的次要属性，但可以直接观测到。
利用可重构光子晶体作为具有高阶拓扑结构的光子TCI ，研究组通过泵浦探针和近场探测测量来观察这些标志性特征。结果表明，分数电荷和局域态都出现在TCI相的向错处，却消失在在平凡相。这种体-向错对应的实验揭示了一种基本现象，为探索拓扑材料提供了新范式。
材料科学MaterialsScience
【气候变化下的湖泊热浪丨《自然》（20210121出版）一周论文导读】Areprogrammablemechanicalmetamaterialwithstablememory
一种具有稳定记忆的可重编程机械超材料
▲作者：TianChen,MarkPauly&PedroM.Reis
▲链接：
https://www.nature.com/articles/s41586-020-03123-5
▲摘要
超材料被设计为通过其底层结构布局的几何排列来实现奇异的物理特性。传统的机械超材料通过晶胞优化实现目标泊松比或形状变换等功能，往往具有空间异质性。这些功能以一种无法更改的方式被编程到超材料的布局中。
尽管最新研究已产生了在制造后调整这些特性的方法，但它们尚未表现出诸如硬盘驱动器数字设备类的机械可重编程性，即其中每个单元可以根据需要实时写入或读取。
研究组通过使用可平铺的机械超材料的设计框架克服了这一挑战，该材料在晶胞水平上具有稳定的内存。研究组的设计包括一组物理二进制阵列（m位），类似于数字位，并清楚地描述了写入和读取阶段。
利用磁驱动在双稳态壳的平衡点之间移动，每个m位可在两个稳定状态（充当内存）之间独立可逆地切换。在变形情况下，每种状态都与一种明显不同的机械响应相关联，这种机械响应是完全弹性的，能够可逆地循环，直到系统被重新编程。
将一组二进制指令编码到平铺阵列上会产生明显不同的机械性能；具体来说，刚度和强度可在一个数量级范围内变化。研究组期望在这种设计范式中，机械性能的稳定记忆和按需可重编程性将促进高级形式机械超材料的发展。
地球科学EarthScience
Observationoftheonsetofabluejetintothestratosphere、