Nature一周论文导读 | 2026年8月13日

Ubiquitous Kelvin–Helmholtz instabilities driving plasma mixing on the Sun

普遍存在的开尔文—亥姆霍兹不稳定性驱动太阳等离子体混合

太阳光球层中磁场与湍流对流之间的相互作用，驱动其磁化大气的动力学、演化和结构形成。现代观测的空间分辨率水平通常很难探测到这种相互作用。

研究组报道了利用世界首台4米级太阳望远镜，即美国国家科学基金会的丹尼尔·K·伊诺耶太阳望远镜所获取的太阳光球层高空间分辨率观测结果。时序图像揭示了一个比以往观测更复杂、更动态的太阳场景。

研究组发现在磁通量集中区的边缘处普遍存在磁化开尔文—亥姆霍兹不稳定性，这为长期存在的理论预测提供了实验验证。太阳光球层中小尺度磁化开尔文—亥姆霍兹不稳定性的发现（可通过高分辨率数值模拟重现），对学界理解伴涡旋运动（或导致磁通量编织）磁场的产生与耗散过程具有深远意义。

研究结果印证了以下图像：在可见太阳表面之下的磁场聚集区互不连通，但它们却与太阳光球层中以亮斑和黑子孔形式显现的单片磁通区域相连。开尔文—亥姆霍兹不稳定性是磁流体动力学系统中传输质量、能量、动量和磁通量的高效机制，为理解诸如此次观测到的磁活动区过程提供了变革性见解。[论文详细信息]

Superconducting 2D cuprate with a single CuO₂ plane

具有单CuO₂平面的超导二维铜酸盐

原子级薄的范德华晶体代表了二维（2D）极限下的理想材料体系。这种维度的降低通常会导致重要影响，石墨烯及其他可通过门控轻松调控的2D材料中所涌现的新物理现象便是最佳例证。将这种自上而下的制备方法推广至其他材料体系，蕴含着广阔机遇。近期实验表明，铜酸盐高温超导的关键物理特性仅需两个CuO₂面即可承载。

研究组通过检测仅包含一个CuO₂平面的单层Bi₂Sr₂CuO_6+δ（Bi-2201），将降维推向了极致。在这个终极2D极限下，研究组观察到了显著的维度效应，表现为最佳超导转变温度降低约10%。此外，这一维度降低还带来了前所未有的可调性，即通过对单层样品进行精细控制氧化处理，研究组成功将Bi-2201的相图拓展至未知领域。

利用这种可调性，研究组发现当温度趋近于零时，在绝缘态与超导态之间会出现一个异常金属态。同时还观测到一种以发散临界指数为特征的异常标度行为。这些发现揭示了铜酸盐中超导体—绝缘体量子相变的本质。[论文详细信息]

Perovskite–organic tandem solar cells with a photo-transformable stabilizer

光转换稳定剂助力高效钙钛矿-有机叠层太阳能电池

宽禁带（WBG）混合卤化物钙钛矿具有高溴（Br）含量，用作钙钛矿—有机叠层太阳能电池（TSC）的前电池材料，但往往存在初始卤化物混合不均匀以及光致卤化物偏析的问题，限制了钙钛矿-有机TSC的性能。

研究组将一种光转换添加剂4-[3-(三氟甲基)-3H-二氮杂环丙烯-3-基]苄基铵盐（TDB）引入WBG钙钛矿前驱体溶液中，以建立一种两阶段策略来稳定混合卤化物相。在结晶过程中，TDB通过抑制富Br相的快速析出并加速退火过程中的卤化物混合，改善了初始卤化物的均匀性。

在运行光照条件下，TDB发生转化，形成一种对钙钛矿晶界表面具有更强吸附作用的新物种，抑制了与碘化物相关的缺陷形成，并抑制了缺陷辅助的载流子捕获和离子迁移，从而减缓了光致卤化物偏析。

具有代表性的WBG钙钛矿（带隙能量（Eg）=1.88 eV）太阳能电池实现了20.01%的功率转换效率（PCE），开路电压为1.42 V，填充因子为85.13%，且在光照下稳定性得到改善。

将该WBG钙钛矿太阳能电池集成到单片钙钛矿—有机TSC中，研究组获得了28.80%的PCE，经认证的稳态PCE为28.04%。该钙钛矿—有机TSC在ISOS-L-1标准协议下运行625小时后，仍保持其初始PCE的90%。[论文详细信息]

Photocatalytic water splitting by 2D polymer with out-of-plane carrier flow

具有面外载流子流动的二维聚合物光催化水分解

利用半导体颗粒进行太阳能驱动的水分解，为制氢提供了一条可持续路径。二维（2D）π共轭聚合物因其成本效益和光电可调性，已成为颇具前景的光催化剂。然而，聚合物中的光激发态在很大程度上局限于π共轭2D平面内，使得载流子容易发生复合。

尽管学界广泛通过调控电子结构来增强面内电荷分离，但长期实验仍持续暴露出量子效率的瓶颈。为了最大化电荷利用效率，主要挑战在于诱导面外载流子迁移，即促使载流子穿过范德华键合层进行流动。

研究组以聚合氮化碳晶体为模型体系，证明了通过在不同聚合物面封装纳米膜来施加横向或纵向内电场，可在长达约200 nm的惊人距离上激活面外载流子输运。横向和纵向电场分别将全分解水的表观量子效率提升至53.4%和82.1%。

该研究提出了一种新策略，实现了从本征2D限域激发态向动力学驱动的3D空间分离态的转变，为通过聚合物光催化最大化能量转换效率奠定了基础。[论文详细信息]

Selectivity emerges from indiscriminate photoreduction

无差别的光还原反而催生了选择性

单电子转移（SET）还原是有机化合物活化的最基本策略之一。利用SET设计选择性反应，其基础前提是底物氧化还原电位的差异可以预测SET的相对速率，即还原越有利，反应越快。

然而，在形形色色的氧化还原催化中，如何设计反应以使SET选择性地作用于两个底物中较难还原者，仍颇具挑战。当针对热力学上难以还原或难以氧化的底物时，这一限制几乎排除了偶联反应。

研究组提出了一种与底物氧化还原电位无关的替代性外层SET选择性机制。并证明超强光还原剂通过扩散限制的SET使底物氧化还原电位失去相关性，从而使得下游化学步骤与回传电子转移（BET）之间的竞争能够产生新的选择性分布。

研究组以环丙基酮与更易还原的烯烃之间的自由基环化反应为例验证了这些原理。尽管这些不匹配的氧化还原电位此前阻碍了这些反应的发生，但研究组实现了选择性自由基环化，即使所需的酮还原在热力学上变得不利（相差一个伏特量级）。更广泛而言，这些研究为设计需要突破氧化还原电位控制的选择性SET反应提供了通用蓝图。[论文详细信息]

Cascading continental-scale floods across Europe in 1342–1343

1342—1343年席卷欧洲大陆的连锁性特大洪水事件

近几十年来，欧洲经历了极端洪水事件。然而，更大的洪水仍有可能发生，必须在洪水风险管理中加以考虑。通过分析有文献记载的历史最大洪水，有助厘清其特征。在中欧，1342年7月的马格达莱纳洪水通常被视为过去千年中最大的一次；然而，关于其特征的认识尚不完整。

研究组表明，在1341年末至1343年间，欧洲大部分地区发生了16次重大洪水事件。其中四次事件的重现期为500至1000年（即马格达莱纳洪水、巴塞洛缪洪水、圣烛节洪水和雅各布洪水）。尽管此前马格达莱纳事件被认为是1342年欧洲唯一的极端洪水，但研究组的新文献资料数据集表明，它其实只是更广泛洪水序列的一部分。

在过去700年中，极端洪水发生次数最多的年份是1342年，而1343年也位列前十。这一极不寻常的洪水序列产生了重大的社会经济影响，包括欧洲防洪减灾措施的范式转变。一系列火山喷发以及多年期的北极海冰退缩，是这一洪水序列的可能原因。

在风险管理中，决策者很少考虑在数月内集中发生的极端洪水集群。因此，亟需制定能够应对这种可能性的快速、主动的风险策略。[论文详细信息]

Science一周论文导读 | 2026年8月20日

A native sulfur deposit in Gale crater, Mars

火星盖尔陨石坑中的原生硫矿床

火星岩石含有含硫物种，包括硫酸盐和硫化物。这些化合物记录了火星地质演化过程中运行的硫循环。研究者利用“好奇”号探测器对火星盖尔陨石坑内盖迪兹谷地的一片浅色石块矿床进行了调查，发现这些石块由天然硫组成。该硫矿床似乎在盖迪兹谷地底部一条蜿蜒嵌入的峡谷内就地形成。

天然硫的存在表明，古代火星上存在涉及浮力地下流体的硫富集路径。他们提出，该硫的主要来源是岩浆蒸气，这些蒸气在近地表冰冻圈中冷却，并在盖迪兹谷地侵蚀过程中通过减压作用释放出来。[论文详细信息]

Ultralong sheathed single-metal-atom chains synthesized under high pressure

高压下合成的超长鞘状单金属原子链

单金属原子链（SMACs）代表了一维纳米结构的终极极限。它们既是凝聚态物理研究的典型模型体系，也是下一代纳米电子学的基本构建单元。然而，合成适用于实际应用的单金属原子链仍然具有挑战性。

研究者通过将β-铜酞菁压缩至21吉帕以上，以毫克级规模制备了微米级长度的碳包覆铜单金属原子链。这些单金属原子链具有原子尺度的有序性，可通过酸辅助剥离法分离，并表现出卓越的稳定性，Cu-Cu距离被限制在2.57埃。实验和计算结果提示其具有各向异性电导和反铁磁相互作用。

研究建立了一种普适性的包覆型单金属原子链合成策略，使其成为未来电子学和自旋电子学应用的一个极具前景的平台。[论文详细信息]

Preferred synthesis of armchair transition metal dichalcogenide nanotubes

扶手椅型过渡金属二硫化物纳米管的优选合成

纳米管是一类重要的晶体材料，但控制其结构，尤其是手性，仍然是一个根本性挑战。研究报道了一种合成具有优选扶手椅手性的过渡金属二硫化物纳米管的策略。

二硫化锡、二硫化钼和二硫化钨纳米管在氮化硼纳米管通道内以高产率和结构纯度形成。原子分辨率成像、电子衍射和圆二色性显示扶手椅型偏好高达83%。密度泛函理论排除了结构稳定性作为这一偏好的起源，但证实了锯齿形纳米带在能量上更稳定。

机器学习势分子动力学模拟表明，锯齿形纳米带卷曲形成扶手椅型纳米管，这一过程随后通过原位透射电子显微镜被观测到。研究有助启发实现各种特定手性纳米管的按需合成。[论文详细信息]

Laser Mössbauer spectroscopy of ²²⁹Th in CaF₂

CaF₂中²²⁹Th的激光穆斯堡尔光谱学

原子钟是世界上最精确的计时工具，但依赖于原子核能级之间跃迁的核钟可能被证明更加实用。科学家们长期以来一直关注一个特定的原子核——钍-229，因为它的跃迁与激光频率兼容。特别有前景的是固态核钟，其中钍原子核被嵌入氟化钙等固体中。然而，固体内部电场梯度的存在导致原子核能级分裂。

研究者对掺入氟化钙单晶中的钍-229的核钟跃迁进行了激光穆斯堡尔光谱学测量。根据光谱，研究人员确定了晶体中钍离子的四种不同掺杂位点，并表征了它们各自不同的电场环境。该技术为原子核环境提供了强大的探测手段，为设计未来的固态核钟提供了基础数据。[论文详细信息]

Genomes of Poaceae relatives reveal key metabolic innovations preceding the evolution of grasses

禾本科近缘物种基因组揭示草类演化前夕的关键代谢创新

禾本科植物包含许多重要的经济粮食作物，并在多样化的生态系统中扮演初级生产者的角色。它们也表现出独特的代谢特征，例如在质体和细胞质中均能合成淀粉，以及能够同时利用苯丙氨酸和酪氨酸合成木质素。然而，这些特征的演化起源一直不清楚。

研究对禾本科植物的姐妹类群进行了基因组测序，发现尽管部分胞质淀粉合成基因是在禾本科内部出现的，但一个关键的质体膜转运蛋白的出现要早于它们的演化。一次早于禾本科特异性全基因组复制的串联重复事件，催生了具有双功能的苯丙氨酸/酪氨酸解氨酶，从而使得禾本科植物能够进行双重木质素生物合成。[论文详细信息]

TGW1a locus simultaneously shortens growth duration and boosts grain yield in rice

水稻TGW1a位点同时缩短生育期并提高籽粒产量

现代耕作制度中，每年种植多季作物，要求每季作物的生育期更短。然而，这种缩短的生育期往往导致产量降低。研究者利用开花期和籽粒产量具有显著差异的水稻种质资源，鉴定出一个与早开花和增大籽粒相关的遗传位点。

该位点下的基因编码一种类似成花素的蛋白质。通过将该蛋白质与一个控制籽粒数量的不利等位基因解偶联，研究者将两个有利等位基因组合在一起，从而在缩短生育期的同时实现了更高的籽粒产量。[论文详细信息]

转载自科学网微信公众号

原文链接：https://mp.weixin.qq.com/s/WpbAPE3QJRAM_Rbb83jjiA

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一审：冯晨，二审：平静波，三审：杨保华