截止2019年10月10日，浙江大學在Cell，Nature及Science上發表了7篇重要研究成果，我們系統總結了這些成果：
【1】高熵合金是一類材料，其中包含五個或更多近似等原子比例的元素。它們非常規的成分和化學結構有望實現前所未有的機械性能組合。這類合金的合理設計取決於對幾乎無限的組成空間中的組成，結構和性能關係的理解。2019年10月9日，浙江大學電子顯微鏡中心餘倩，喬治亞理工Ting Zhu、加州大學伯克利分校Robert Ritchie共同通訊在Nature在線發表題為"Tuning element distribution, structure and properties by composition in high-entropy alloys"的研究論文，該研究使用原子解析度化學映射來揭示廣泛研究的面心立方CrMnFeCoNi Cantor合金和新面心立方合金CrFeCoNiPd的元素分布。在Cantor合金中，五個組成元素的分布相對隨機且均勻；相比之下，在CrFeCoNiPd合金中，鈀原子的原子尺寸和電負性與其他元素明顯不同，其均質性大大降低。映射原子級元素分布為理解化學結構提供了機會，從而為調整組成和原子構型以獲得出色的機械性能提供了基礎；
【2】量子計算的成功依賴於糾纏大規模系統的能力。多方糾纏態對於量子信息科學中的眾多應用至關重要。然而，在完全可控和可擴展的量子平台上生成和驗證多方糾纏仍然是一個突出的挑戰。2019年8月9日，浙江大學王浩華，中國科學院物理研究所范桁及鄭東寧共同通訊在Science 在線發表題為「Generation of multicomponent atomic Schrödinger cat states of up to 20 qubits」的研究論文，該研究在量子處理器上報告了18-qubit Greenberger-Horne-Zeilinger（GHZ）狀態和多組分原子薛丁格貓狀態的確定性生成，其具有20個超導量子位。該研究在固態平台上的方法不僅應該激發對探索量子多體系統基本物理學的興趣，而且還能夠開發實際量子計量學和量子信息處理中的應用；
【3】2019年4月12日，中科院上海藥物所徐華強，王明偉，浙江大學張岩及匹茲堡大學醫學院Jean-Pierre Vilardaga共同通訊在Science發表題為「Structure and dynamics of the active human parathyroid hormone receptor-1」的研究論文，該研究報告了人類PTH1R與長效PTH類似物和刺激性G蛋白結合的冷凍電子顯微鏡結構。 結合的肽採用延伸的螺旋，其氨基末端深入插入受體跨膜結構域（TMD），導致跨膜螺旋6的羧基末端部分解旋並在該螺旋中間誘導尖銳的扭結以允許受體 與G蛋白結合。與單個TMD結構狀態相反，細胞外結構域採用多種構象。這些結果提供了對PTH結合和受體激活的結構基礎和動力學的見解。總而言之，該結構模型有助於解釋甲狀旁腺激素如何與其受體相互作用以及受體激活的分子基礎；
【4】最近提出遺傳補償反應（GCR）作為基因敲除和基因敲除之間表型差異的可能解釋;然而，GCR的潛在分子機制仍然沒有被描述。浙江大學彭金榮及陳軍在Nature在線發表題為「PTC-bearing mRNA elicits a genetic compensation response via Upf3a and COMPASS components」的研究論文，該研究使用capn3a和nid1a基因的斑馬魚敲除和敲除模型，顯示帶有過早終止密碼子（PTC）的mRNA迅速觸發涉及Upf3a和COMPASS復合物組分的GCR。與具有小肝臟的capn3a敲低胚胎和具有短體長的nid1a敲低胚胎不同，capn3a-null和nid1a-null突變體看起來正常，這些表型差異歸因於同一家族中其他基因的上調。這些發現為GCR提供了潛在的機制基礎，並且可能有助於開發治療策略，通過在突變基因中產生PTC或引入含有PTC的轉基因來觸發GCR來治療與遺傳病相關的錯義突變；
【5】2019年2月28日，哈佛醫學院吳皓，James J. Chou及浙江大學陳樞青共同通訊在Cell發表題為「Higher-Order Clustering of the Transmembrane Anchor of DR5 Drives Signaling」的研究論文，該論文報告了一個意外的發現，對於死亡受體5（DR5），腫瘤壞死因子受體超家族中的受體，受體中單獨的跨膜螺旋（TMH）直接組裝高階結構以驅動信號傳導，並且這種結構未被束縛的胞外域抑制。該研究提供了新的機會和獨特的觀點來調節這些受體的信號轉導，這些數據可用於疾病治療，包括癌症免疫療法；
【6】2019年1月18日，南京大學汪民懷，浙江大學俞紹才等人在Science上發表了題為「Aerosol-driven droplet concentrations dominate coverage andwater of oceanic low level clouds」的文章，該研究表明氣溶膠驅動的液滴濃度是主導海洋低層雲的覆蓋和水的重要因素；
【7】2019年1月9日，浙江大學陳紅勝，新加坡南洋理工大學張柏樂及Gao Zheng共同通訊在Nature在線發表題為「Realization of a three-dimensional photonic topological insulator」的研究論文，該論文實驗證明了一種具有極寬（超過25％帶寬）3D拓撲帶隙的3D光子拓撲絕緣體。使用直接場測量，研究人員繪製出有間隙的體帶結構和光子表面態的狄拉克樣色散，並展示沿非平面表面的穩健光子傳播。該工作將3D拓撲絕緣體系列從費米子擴展到玻色子，並為三維幾何中的拓撲光子腔，電路和雷射器的應用鋪平了道路；
1.通過成分來調整高熵合金中的元素分布，結構和性能
《周易》有云：「尺蠖之屈，以求信也；龍蛇之蟄，以存身也」。所謂丈夫之志，能屈能伸，堅強與堅韌並存，是歷史和自然對一個完美事物的重要標準之一。金屬材料的製備和使用淵源千年，是我們建設和改變世界所用的最大量和最重要的材料之一。然而完美難以企及，金屬材料的強與韌往往不可兼得。因此從幾千年前冷兵器時代武器製造開始，人們就一直在追求堅強與堅韌並存的金屬材料，也是從那個時候開始，人們已經意識到，金屬材料的不同處理過程一定在改變著什麼，因為它會帶來強韌性的顯著變化。隨著我們認知世界的能力逐步提高，我們已經知道，這個「什麼」，就是材料的結構。所謂「千錘百鍊」也就是說的這個改變結構以求更好性能的本徵關係。
近年來，這個歷史悠久的金屬結構材料研究領域又被激起了一朵浪花。人們研究發現，如果打破傳統的合金設計方法（少量合金元素添加進主元素中），將多種元素等原子比固溶在一起，理論上會製得原子排列有序而元素排列無序的所謂高熵合金。部分高熵合金可以同時具備高強度和高塑性，從而打破傳統金屬中強塑性難以兼得的困境。但是背後的原因卻讓人摸不透。對於高熵合金結構-性能關聯性的研究大有「廬山」之態。
近日，浙江大學材料科學與工程學院、矽材料國家重點實驗室、電子顯微鏡中心張澤院士團隊的余倩和美國喬治亞理工學院的朱廷、加州大學伯克利分校的Robert. Ritchie合作，從解密高熵合金中元素分布開始著手，揭開了廬山真面目。余倩說：「準確認識高熵合金中高強塑性背後的本徵原因將幫助我們揭秘高效的強韌化機理，有利於材料性能優化設計和高性能合金的研發。」
北京時間10月10日，這項成果在線刊登在國際頂尖雜誌《自然》（《Nature》）上。論文的第一單位為浙江大學，第一作者是浙江大學高溫合金研究所丁青青博士，清華大學陳曉博士、喬治亞理工Ying Zhang為共同第一作者，通訊作者是浙江大學電子顯微鏡中心餘倩教授，喬治亞理工Ting Zhu教授、加州大學伯克利分校Robert Ritchie教授為共同通訊作者。
百鍊剛如何化為繞指柔
何為高熵合金？這是由多種元素高濃度固溶在一起所形成的晶體結構清楚而元素分布混亂的固溶體，其中一種典型的高熵合金Cantor alloy由鐵，鈷，鎳，鉻和錳這幾種元素組成。由於性能由結構決定，晶格又是位錯等缺陷結構和行為的本徵調控單元，解密高熵合金中基元-序構-性能的關聯性是關鍵。然而鐵，鈷，鎳，鉻和錳皆為近鄰，電負性、原子半徑、原子序數等差異不大，從晶格尺度直接解析高熵合金的變形機理非常困難。
「作為一種最重要的晶體缺陷，位錯的結構、位錯何時啟動，啟動之後如何滑移和交互作用直接影響材料的強度和塑性變形能力。而從位錯理論來看，位錯的結構、行為又直接受原子尺度的晶格所影響，特別是各種原子的排列、分布等。」余倩說。
「丘陵」起伏 位錯滑移宛如「交叉潮」「回頭潮」
余倩課題組首先通過原子尺度的元素分布表征，揭示了高熵合金多種元素如何固溶在一起的重要疑問。「我們發現了高熵合金中獨特的濃度波起伏，相比於傳統固溶體合金中在晶格尺度趨於平直的元素濃度波起伏，高熵合金中，即使是CrMnFeCoNi合金也存在各種元素的濃度在晶格間25%到15%的震盪。這樣的濃度起伏會帶來納米尺度晶格阻力的震盪和局域層錯能的變化。」余倩說。緊接著，通過在保證完全固溶的前提下增加元素間電負性和原子大小的差距，貝紅斌老師製備了納米尺度各種元素濃度起伏在60%到0之間的CrFeCoNiPd合金。
這就好比一堆蘋果、梨、橙子，乍一看都差不多，換上一個西瓜，就很顯眼了，「把錳換成了鈀，晶格調控效應放大了，便於我們『看清』背後的機理。」丁青青說。
在高倍電鏡的放大下，研究人員看到，一條條的位錯線，好像一浪又一浪的錢塘潮，滾滾向前。普通材料的位錯線是沿著固定的滑移帶像一線潮那樣奔湧向前。但是CrFeCoNiPd合金中，位錯線卻走得磕磕絆絆。打個比方，本來整體往前走的一線潮，就像遇到了丘陵般起伏的水底，改變了方向和形狀，形成了「交叉潮」甚至「回頭潮」。
圖1 CrFeCoNiPd高熵合金中的位錯行為
這些「丘陵」就是不同元素（如圖2所示）的濃度起伏，他們的存在是晶格尺度下的調控位錯移動的本質。
圖2 CrFeCoNiPd合金中的五種組成元素的分布
圖3 CrMnFeCoNi合金中五種組成元素的分布（與圖2的CrFeCoNiPd合金對比）
科研人員把這樣的位錯移動稱為交滑移，位錯不沿著原有的晶面走，而是選擇了另一個晶面。這樣，位錯之間的相互作用就會增加，提供了更多變形的可能，同時也「呼喚」更強的外力來推動位錯往前走。
「大量的交滑移作用，使得合金有更好的均勻變形能力又有更好的強度，魚和熊掌可以兼得了。」課題組成員符曉倩說。
在普通材料中，出現如此大量的劇烈的交滑移並不常見。
實驗發現，在CrFeCoNiPd合金中，鈀的加入引起了所有元素濃度波起伏的加劇。由於濃度波的波幅大大增加，室溫下材料塑性變形方式從傳統的不全位錯滑移、全位錯滑移、孿晶變形等轉變為罕見的大量均勻分布的交滑移為主導的變形方式。同時，原子內應力分布發生變化（如圖4所示），引起極小空間尺度的晶格阻力震盪顯著加劇，在晶格中造出來丘陵的地貌，這是大量交滑移出現的本質原因，也使得材料的力學性能與CrMnFeCoNi合金相比，在保證相當水平的塑性變形能力的情況下，強度顯著提高。
圖4 兩種合金中晶格內應力的GPA結果。可見CrFeCoNiPd合金內應力起伏明顯。
該研究揭示了高熵合金中晶格調控力學性能的特殊機制，與傳統的介面調控（包括晶界、相界、第二相介面等）以及團簇等精細結構調控相比，高熵合金中獨特的濃度波調控極精細並具有連續性，是一種可控和高效的材料強韌化方法。《Nature》的專家評審意見認為，該工作對理解複雜成分合金（傳統固溶強化理論無法適用）中的強化機理具有重要理論意義。
基礎科學認知是應用的基礎，雄關漫道真如鐵，而今邁步從頭越。高熵合金強度與塑性兼得的特點以及優良的低溫性能，在未來航空、南北極等對溫度要求嚴苛的材料製備上大有可為，同時在防撞領域上也有重要應用。本研究受到國家自然科學基金委的資助。
註：解析參考自浙江大學官網。
解析連結：
http://www.news.zju.edu.cn/2019/1010/c23225a1707109/page.htm
原文連結：
https://www.nature.com/articles/s41586-019-1617-1
2.浙江大學王浩華，中國科學院物理研究所范桁及鄭東寧生成多組分原子薛丁格貓狀態，最多20個量子比特
糾纏多個粒子的能力是量子理論基礎測試的核心，是量子信息處理的關鍵先決條件。存在各種多方糾纏態，其中Greenberger-Horne-Zeilinger（GHZ）狀態（即雙組分原子-薛丁格貓狀態）特別吸引人。這些狀態在基於量子的技術中發揮著關鍵作用，包括開放目的地量子隱形傳態，級聯糾錯碼，量子模擬和高精度光譜。原則上，可以確定性地纏繞在量子處理器上的粒子數量，是其處理量子信息的能力的基準。然而，難以擴大該數量，因為傳統的逐步門控方法需要長的控制序列，這增加了對擾動噪聲的暴露。
超導量子處理器和基準表征
在一系列實驗中已經實現了適用於量子信息處理的幾個物理平台上的多方糾纏。這些實驗中的一些涉及僅對子系統的局部檢測。多方糾纏 - 特別是具有全局糾纏的GHZ狀態 - 將通過所有系統方的同步檢測更好地表征，並且通過14個被捕獲的離子，12個光子，18個光子量子比特利用三個度數實現。六個光子和12個超導量子位的自由度。在不同的物理平台上，GHZ狀態保真度ℱ> 0.5證實了真正的多方糾纏的存在。
GHZ聲稱最高可達18個量子比特
在這裡，研究人員開發了一種20比特的超導量子處理器，具有全對連接和可編程量子位耦合。研究人員使用這個處理器來設計一個單軸扭曲哈密頓量，並將量子比特系統引導到壓縮自旋狀態，然後引導到一個超壓區域，其中多組分原子薛丁格貓狀態，包括GHZ狀態，依次出現。五組分貓狀態的非經典性由實驗獲得的自旋Wigner函數中的負值表示。
在D /2p≈-450 MHz的動力學過程中產生的多組分原子薛丁格貓狀態為20個量子比特
GHZ狀態的特徵在於其密度矩陣中只有兩個對角線和兩個非對角線元素，在此基礎上研究人員測量了18個量子比特的狀態保真度ℱ= 0.525±0.005，這證實了真正的18個部分糾纏 。研究人員注意到最近證明了創建具有固定頻率超導量子位的18-qubit GHZ狀態和具有里德伯原子的20-qubit GHZ態的獨立實驗。
該研究在固態平台上的方法不僅應該激發對探索量子多體系統基本物理學的興趣，而且還能夠開發實際量子計量學和量子信息處理中的應用。總而言之，在這樣的量子系統上證明可控制的生成和糾纏檢測對於大規模量子處理器的開發是有希望的。
參考信息：
https://science.sciencemag.org/content/365/6453/574
3.人甲狀旁腺激素受體-1的結構
甲狀旁腺激素受體-1（PTH1R）是一種B級G蛋白偶聯受體，是鈣穩態的中心，是骨質疏鬆症和甲狀旁腺功能減退症的治療靶點。然而，全長PTH1R與功能性肽激素相互作用並與下游G蛋白偶聯的結構基礎仍然未知，這是臨床相關PTH類似物的發展和理解GPCR信號傳導的基本機制的障礙。
2019年4月12日，中科院上海藥物所徐華強，王明偉，浙江大學張岩及匹茲堡大學醫學院Jean-Pierre Vilardaga共同通訊在Science發表題為「Structure and dynamics of the active human parathyroid hormone receptor-1」的研究論文，該研究報告了人類PTH1R與長效PTH類似物和刺激性G蛋白結合的冷凍電子顯微鏡結構。 結合的肽採用延伸的螺旋，其氨基末端深入插入受體跨膜結構域（TMD），導致跨膜螺旋6的羧基末端部分解旋並在該螺旋中間誘導尖銳的扭結以允許受體 與G蛋白結合。與單個TMD結構狀態相反，細胞外結構域採用多種構象。這些結果提供了對PTH結合和受體激活的結構基礎和動力學的見解。總而言之，該結構模型有助於解釋甲狀旁腺激素如何與其受體相互作用以及受體激活的分子基礎。
甲狀旁腺激素（PTH）和PTH相關肽（PTHrP）是兩種內源性配體，在骨骼發育，鈣穩態和骨轉換中起著關鍵和獨特的作用。PTH和PTHrP的類似物已被開發成骨質疏鬆症的治療劑，並且PTH用於治療甲狀旁腺功能減退症。此外，腫瘤產生的PTHrP是驅動癌症相關的高鈣血症和惡病質的關鍵因素，其與體重減輕病症相關並且經常是癌症患者的實際死亡原因。因此，調節PTH-PTHrP信號傳導軸對於許多疾病（包括骨質疏鬆症和癌症）的治療的開發是重要的。
與Gs復合的LA-PTH結合的人PTH1R的Cryo-EM結構
PTH和PTHrP的多效功能主要通過它們與PTH 1型受體（PTH1R）的結合和活化來介導，PTH 1型受體是BG蛋白偶聯受體（GPCR）亞家族的成員，其也包括胰高血糖素受體，胰高血糖素樣受體，（GLP），降鈣素，降鈣素基因相關肽（CGRP）和其他治療上重要的肽激素。PTH1R主要與刺激性G蛋白（Gs）偶聯，G蛋白被認為是響應PTH的骨轉換和鈣穩態的主要介質。
PTH1R對LA-PTH的分子識別
PTH1R含有兩個模塊結構域：相對大的N-末端細胞外結構域（ECD）和跨膜結構域（TMD）。通過肽激素的C末端區域與受體ECD的快速結合，然後將肽的N-末端區域緩慢插入受體的TMD，啟動PTH1R的激活。肽激素結合觸發介導受體活化的TMD的構象變化。然而，全長PTH1R與功能性肽激素相互作用並與下游G蛋白偶聯的結構基礎仍然未知，這是臨床相關PTH類似物的發展和理解GPCR信號傳導的基本機制的障礙。
最近在冷凍電子顯微鏡（cryo-EM）方面的技術進步已經徹底改變了GPCR結構生物學的進展，產生了一系列突破性結構，包括與G蛋白復合的幾種A類和B類GPCR。然而，B類GPCR及其肽配體的胺基酸序列在亞家族內顯著不同，因此配體結合特異性的基礎仍然未知。
該研究報告了人類PTH1R與長效PTH類似物和刺激性G蛋白結合的冷凍電子顯微鏡結構。 結合的肽採用延伸的螺旋，其氨基末端深入插入受體跨膜結構域（TMD），導致跨膜螺旋6的羧基末端部分解旋並在該螺旋中間誘導尖銳的扭結以允許受體 與G蛋白結合。與單個TMD結構狀態相反，細胞外結構域採用多種構象。 這些結果提供了對PTH結合和受體激活的結構基礎和動力學的見解。
總而言之，該結構模型有助於解釋甲狀旁腺激素如何與其受體相互作用以及受體激活的分子基礎。
參考信息：
https://science.sciencemag.org/content/364/6436/148.long
4.帶有PTC的mRNA通過Upf3a和COMPASS組件引發遺傳補償反應
最近提出遺傳補償反應（GCR）作為基因敲除和基因敲除之間表型差異的可能解釋;然而，GCR的潛在分子機制仍然沒有被描述。
在這裡，研究人員使用capn3a和nid1a基因的斑馬魚敲除和敲除模型，顯示帶有過早終止密碼子（PTC）的mRNA迅速觸發涉及Upf3a和COMPASS復合物組分的GCR。與具有小肝臟的capn3a敲低胚胎和具有短體長的nid1a敲低胚胎不同，capn3a-null和nid1a-null突變體看起來正常。這些表型差異歸因於同一家族中其他基因的上調。通過分析六種獨特設計的轉基因，研究人員證明GCR依賴於PTC的存在和轉基因mRNA的核苷酸序列，其與補償性內源基因同源。
此外，還證明GCR伴隨著補體基因的轉錄起始位點區域的組蛋白H3 Lys4三甲基化（H3K4me3）的增強。這些發現為GCR提供了潛在的機制基礎，並且可能有助於開發治療策略，通過在突變基因中產生PTC或引入含有PTC的轉基因來觸發GCR來治療與遺傳病相關的錯義突變。
參考信息：
https://www.nature.com/articles/s41586-019-1057-y
5.哈佛醫學院吳皓，James J. Chou及浙江大學陳樞青等人揭示獨特的信號轉導機制
腫瘤壞死因子受體超家族（TNFRSF）的成員可被特異性激活以誘導許多癌細胞死亡或調節免疫細胞的增殖和活化。因為其中許多是癌症治療的靶標，故深入了解這些受體被激活的機制是非常必要的，例如免疫細胞共刺激物4-1BB，OX40和BCMA， TNFRSF在免疫腫瘤學中的作用，以及死亡受體5（DR5，也稱為TRAIL受體2）在腫瘤殺傷中的作用。
DR * TMH中存在二聚體和三聚體介面，重新構建在雙層中，q = 0.55
TNFRSF中的受體是I型跨膜（TM）蛋白，其具有由多個富含半胱氨酸的結構域（CRD），跨膜螺旋（TMH）和與信號適配體如Fas特異性相互作用的細胞內區域組成的細胞外結構域（ECD）。關於TNFR1和Fas的早期功能和結構研究已經描繪了通過三聚化觸發受體的整體情況。
GXXXG Motif介導的DR5TMH的最小二聚體 - 三聚體組裝
最近，有研究發現Fas TMH形成具有含脯氨酸的特徵序列的三聚體，其允許原體之間的接近范德華（VDW）接觸。TMH三聚體形成的破壞性突變嚴重減弱了Fas配體（FasL）誘導的信號傳導，並且這些突變中的一些在人類中是致癌的。這些結果表明，TMH三聚化使Fas細胞內DD以正確的排列方式聚集並形成所謂的死亡誘導信號復合物（DISC）與FADD和胱天蛋白酶-8。
人類DR5TMH在Bicelles中三聚體介面的結構
TNFRSF信號傳導的分子機制仍然很有趣，特別是對於TMH。首先，雖然現有模型提出配體和抗體誘導的ECD聚集激活細胞內信號傳導，但不同的配體如三聚體TNF家族成員和二聚體神經生長因子（NGF）以及潛在的抗體，如何以不同幾何形狀TMH激活的所有位置都是無法解釋的。其次，雖然TNFRSF的許多成員如TNFR1，DR3，DR4和CD40中存在介導在Fas中介導TMH三聚化的脯氨酸基序，但在其他幾個成員如DR5，OX40和4-1BB中不存在（表S1）。相反，例如，DR5和OX40的TMH含有已知用於介導TMH二聚化而非三聚化的GXXXG基序。第三，前配體受體締合的寡聚狀態在二聚體和三聚體之間一直爭論不休，儘管還沒有直接的證據表明形成。
文章總結
在本研究中，研究人員對DR5 TMH（DR5TMH）進行了結構和功能研究，以解決上述問題，同時可能揭示TMH在受體信號傳導中以前未被認識到的作用。該論文報告了一個意外的發現，對於死亡受體5（DR5），腫瘤壞死因子受體超家族中的受體，受體中單獨的跨膜螺旋（TMH）直接組裝高階結構以驅動信號傳導，並且這種結構未被束縛的胞外域抑制。令人驚訝的是，在不存在配體的情況下，蛋白水解除去DR5胞外域可以完全激活下游信號傳導。該研究表明受體激活機制，其中配體或抗體的結合以克服前配體自動抑制，允許TMH聚類並因此發出信號。該研究提供了新的機會和獨特的觀點來調節這些受體的信號轉導，這些數據可用於疾病治療，包括癌症免疫療法。
參考信息：
https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(19)30150-3#
6.氣溶膠驅動的液滴濃度主導了海洋低層雲的覆蓋範圍和水
2019年1月17日，南京大學汪民懷，浙江大學俞紹才等人在Science上發表了題為「Aerosol-driven droplet concentrations dominate coverage andwater of oceanic low level clouds」的文章。該研究表明氣溶膠驅動的液滴濃度是主導海洋低層雲的覆蓋和水的重要因素。
對海洋上的雲凝結核（CCN）氣溶膠缺乏可靠估計嚴重限制了人們通過反射太陽輻射來量化它們對雲特性和冷卻程度的影響的能力，這是人為氣候強迫的一個關鍵不確定因素。研究人員在該文章中介紹了一種將雲屬性歸因於CCN並將氣溶膠效應與氣象效應隔離開來的方法。 它的應用表明，對於給定的氣象學，CCN解釋了雲輻射冷卻效應的3/4變化，主要是通過影響淺雲覆蓋和水路徑。 這表明雲輻射對CCN的敏感性比先前報道的要高得多，這意味著如果將CCN納入目前的氣候模型中，則會導致冷卻過度。這暗示了未知的補償氣溶膠變暖效應可能通過深層雲層。
原文連結：
http://science.sciencemag.org/content/early/2019/01/16/science.aav0566
7.浙江大學陳紅勝等團隊極大推動該領域的進展，全球首次完全實現3D拓撲光子帶隙
光子帶隙材料，也稱為光子晶體，是能夠限制光子的工程材料，因為它們具有光子帶隙，禁止在所有方向上傳播電磁波（即，由經典麥克斯韋方程控制的光波）。儘管電子帶隙是一個歷史悠久的概念，但僅在20世紀80年代後期，光子帶隙材料才被理論上提出為半導體晶體的電磁模擬。然後，它們以3D光子晶體的形式實驗性地實現，在微波頻率下具有完全的帶隙。光子晶體的光子限制能力通常由其帶隙的寬度決定。
具有3D Dirac點和3D拓撲帶隙的光子結構設計
在過去的二十年中，凝聚態物理已經通過引入物質相的拓撲分類而發生了革命，包括2D和3D拓撲絕緣體。 2D拓撲絕緣體承載拓撲保護的單向邊緣狀態，而3D拓撲絕緣體表現出拓撲表面狀態。基於眾多不同設計原理的2D拓撲絕緣體的類似物已經在光子學中實現了，並且可以用於實現拓撲保護的雷射器。然而，在這些2D系統中，在第三（面外）方向上的光子限制是通過諸如折射率引導的非拓撲手段來實現的。根據最新進展，尚未實現3D拓撲光子帶隙，其可以在所有三個空間方向上實現光子的拓撲限制。
樣品，實驗裝置和測量的3D光子拓撲絕緣體的體積分散
最近，有幾個理論建議用於實現3D拓撲光子帶隙。高折射率磁光材料可用於產生類似於「強」拓撲絕緣體（其具有奇數個表面狄拉克錐）的帶結構，儘管其具有不完全的帶隙;然而，這對於製造來說是具有挑戰性的。最近的另一項提議涉及光子「弱」拓撲絕緣體（其具有偶數個表面狄拉克錐）。從具有適當層間耦合的2D量子自旋霍爾絕緣體堆疊層出現弱拓撲絕緣體。儘管弱拓撲 - 絕緣體表面狀態最初被認為是不受保護的，但是最近的研究表明，只要時間反轉對稱性和帶隙的存在，它們就能抵抗紊亂。
二維拓撲光子系統的發現已經改變了我們對電磁波的傳播和散射的觀點，並且激發研究人員對三維類似狀態的探索。Alexey Slobozhanyuk 等人從理論上證明了，在全電介質平台中設計對稱保護的三維拓撲狀態，並通過結構設計確保電場和磁場之間的電磁對偶性是可行的。磁電耦合起到形成規範場的作用，確定了具有完全三維光子帶隙的「絕緣」狀態的拓撲轉變。他們還揭示了具有錐形狄拉克色散和自旋鎖定的表面狀態的出現，並通過第一性原理研究證實了表面狀態沿著二維疇壁的傳播。他們提出的系統作為一個桌面平台，能夠模擬大型狄拉克費米子的相對論動力學，並且表面狀態可以被解釋為受到具有相反質量粒子的介面分離域約束的 Jackiw-Rebbi 狀態。
三維光子拓撲絕緣子無間隙錐形Dirac狀拓撲表面態的實驗觀察
在這裡，研究人員報告了3D光子拓撲絕緣體的實現，具有完整且極寬的拓撲帶隙。該論文實驗證明了一種具有極寬（超過25％帶寬）3D拓撲帶隙的3D光子拓撲絕緣體。使用直接場測量，研究人員繪製出有間隙的體帶結構和光子表面態的狄拉克樣色散，並展示沿非平面表面的穩健光子傳播。
光子拓撲表面態穩健性的實驗證明
因此，該工作展示了3D拓撲絕緣體的經典光子模擬。 3D拓撲光子帶隙的實現為各種拓撲光子器件打開了大門，例如拓撲光子雷射器和先前難以接近的3D幾何結構中的電路。這也提供了研究超出2D的拓撲量子光學的機會，例如在完全3D拓撲腔中的自發發射。該工作將3D拓撲絕緣體系列從費米子擴展到玻色子，並為三維幾何中的拓撲光子腔，電路和雷射器的應用鋪平了道路。
參考信息：
https://www.nature.com/articles/s41586-018-0829-0
https://www.nature.com/articles/nphoton.2016.253