《自然》要览——海平面上升、量子纠错、硅气凝胶的增材制造、压电热释电效应

1900年以来海平面上升的原因

自1900年以来，全球平均海平面上升的速度随时间而变化，但造成海平面上升的因素仍不清楚。

在此，我们提出利用独立观测及其固有不确定性重建1900年以来海平面的概率框架。海洋热膨胀、冰体损失和陆地储水变化对海平面变化的贡献之和与全球尺度和流域尺度观测海平面变化趋势和多年代际变化是一致的。

自1900年以来，由冰川数量减少造成的海平面上升是热膨胀的两倍。冰川和格陵兰冰原的大量流失解释了20世纪40年代全球海平面上升的高速率，而人工水库蓄水的急剧增加是20世纪70年代低于平均水平的主要原因。

自20世纪70年代以来，海平面上升的加速是由海洋热膨胀和格陵兰岛增加的冰盖损失共同造成的。我们的结果将1900年以来观测到的全球平均海平面上升的幅度与基于潜在过程的估计相一致，这意味着不需要额外的过程来解释1900年以来观测到的海平面变化。

相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41586-020-2591-3

振荡器网格态量子比特的量子纠错

为了超越经典计算机，量子计算机必须提高对量子位进行逻辑操作的准确性。在这里，我们通过反馈协议实验制备了方形和六边形的GKP编码状态，该反馈协议包含了非破坏性测量，这些测量是由一个超导微波谐振腔作为振荡器实现的。

科学家证明了一个编码量子位的QEC与抑制所有逻辑错误，在定量上与基于实验测量缺陷的理论估计一致。科学家的协议适用于其他连续变量系统，与之前的QEC实现相比，可以减轻各种噪声过程产生的所有逻辑错误，并促进量子计算容错。

相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41586-020-2603-3

硅气凝胶的增材制造

硅气凝胶因其超低导热性和开孔结构，在绝热、催化、物理、环境修复、光学器件和超高速粒子捕获等领域得到了广泛的应用。

在此，科学家提出了一种墨水直写技术，用于从稀释的二氧化硅纳米颗粒悬浮液中的二氧化硅气凝胶粉浆中创建微型硅气凝胶物体。由于高体积分数的凝胶颗粒，墨水表现出剪切稀释行为。

因此，在打印过程中，它们很容易通过喷嘴流动，但在打印后它们的黏度迅速增加，以确保被打印的物体保持其形状。印刷后，硅溶胶在氨气中形成凝胶，使后续处理成为气凝胶。

打印的气凝胶是纯硅，并保持典型的硅气凝胶的高比表面积（751平方米/克）和超低导热性。此外，科学家还演示了功能纳米颗粒可以很容易地结合在一起。打印的硅气凝胶对象可以用于热管理，作为小型气体泵和降解挥发性有机化合物。

相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41586-020-2594-0

界面极性对称引起的压电热释电效应

几十年来，由于大量的独特现象——例如光生伏打效应、量子霍尔效应及高温超导——以及它们在如今技术设备中的关键角色，异质结构中的界面一直是凝聚态物理研究的重点。

科学家表明，一个来自于异质结构界面带弯曲的内建电场在其中诱发了极性对称，从而产生了包括压电和热释电在内的自然功能，即使元件材料是中心对称的。

科学家研究了由贵金属和中心对称半导体形成的经典界面，即肖特基连接点，包括掺杂铌的锶钛氧化物晶体、掺杂铌的二氧化钛晶体、掺杂铌的钡锶钛氧化物陶瓷和硅。

耗尽区内嵌的电场在半导体中诱发极性结构，产生大量的压电和热释电效应。尤其是，界面的热释电系数和优点比传统的块状极性材料高出一个数量级。

相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41586-020-2602-4

作者：李言