自然（20230302出版）一周论文导读

　　编译未玖
　　Nature，2March2023，VOL615，ISSUE795
　　《自然》2023年3月2日，第615卷，7950期
　　天文学Astronomy
　　Asharedaccretioninstabilityforblackholesandneutronstars
　　黑洞和中子星的共吸积不稳定性
　　作者：F。M。Vincentelli，J。Neilsen，A。J。Tetarenko，Y。Cavecchi，N。CastroSegura，S。delPalacio，etal。
　　链接：
　　https：www。nature。comarticless41586022056483
　　摘要：
　　致密天体周围的吸积盘在高光度下预计会进入不稳定阶段。当吸积产生的辐射压力改变了盘的粘度，导致内盘在短时间内循环损耗和重新填充时，可能会出现一种不稳定性。
　　然而，这种情况只在单个恒星质量黑洞中得到了定量验证。尽管在个别情况下有这些循环迹象，但在大多数明亮的吸积中子星和黑洞的可变发射中，这种不稳定性的明显缺失一直是个谜。
　　研究组报道了在一颗吸积中子星周围存在相同的多波长不稳定性。此外还表明，如果吸积盘不稳定，在耗尽或重新填充内盘的跃迁过程中产生相对论性抛射，那么高吸积率下黑洞和中子星的电磁波谱（从无线电到X射线）可变性就能得到一致的解释。
　　这种新的关联使研究组能够确定导致高吸积致密天体快速多波长变化的主要物理组成。
　　Abstract：
　　Accretiondisksaroundcompactobjectsareexpectedtoenteranunstablephaseathighluminosity。Oneinstabilitymayoccurwhentheradiationpressuregeneratedbyaccretionmodifiesthediskviscosity，resultinginthecyclicdepletionandrefillingoftheinnerdiskonshorttimescales。Suchascenario，however，hasonlybeenquantitativelyverifiedforasinglestellarmassblackhole。Althoughtherearehintsofthesecyclesinafewisolatedcases，theirapparentabsenceinthevariableemissionofmostbrightaccretingneutronstarsandblackholeshasbeenacontinuingpuzzle。Herewereportthepresenceofthesamemultiwavelengthinstabilityaroundanaccretingneutronstar。Moreover，weshowthatthevariabilityacrosstheelectromagneticspectrumfromradiotoXrayofbothblackholesandneutronstarsathighaccretionratescanbeexplainedconsistentlyiftheaccretiondisksareunstable，producingrelativisticejectionsduringtransitionsthatdepleteorrefilltheinnerdisk。Suchanewassociationallowsustoidentifythemainphysicalcomponentsresponsibleforthefastmultiwavelengthvariabilityofhighlyaccretingcompactobjects。
　　物理学Physics
　　Criticalroleofhydrogenforsuperconductivityinnickelates
　　氢在镍酸盐超导中的关键作用
　　作者：XiangDing，CharlesC。Tam，XueleiSui，YanZhao，MinghuiXu，JaewonChoi，etal。
　　链接：
　　https：www。nature。comarticless41586022056572
　　摘要：
　　迄今为止，新发现的镍酸盐超导体仅存在于与金属氢化物拓扑反应合成的外延薄膜中。该方法通过顶端氧脱嵌将镍酸盐从钙钛矿结构转变为无限层结构。这种化学反应可能会引入氢（H），影响最终材料的物理性能。遗憾的是，H对大多数表征技术不敏感，并且由于其重量轻而难以检测。
　　研究组发现，在最佳Sr掺杂的Nd0。8Sr0。2NiO2H外延薄膜中，二次离子质谱显示大量的H以Nd0。8Sr0。2NiO2Hx（x0。20。5）的形式存在。在0。22x0。28极窄的H掺杂窗口内发现零电阻率，明确证实了H在超导中的关键作用。
　　共振非弹性X射线散射证明了源于顶端氧脱嵌的巡游间隙s（IIS）轨道的存在。密度泛函理论计算表明，电负性H占据顶端氧位点，湮灭了IIS轨道，减少了IISNi三维轨道杂化。这使得掺杂H的Nd0。8Sr0。2NiO2Hx的电子结构更加二维化，并可能与观测到的超导性有关。研究组强调了H是外延无限层镍酸盐超导性的重要组成部分。
　　Abstract：
　　Thenewlydiscoverednickelatesuperconductorssofaronlyexistinepitaxialthinfilmssynthesizedbyatopotacticreactionwithmetalhydrides。Thismethodchangesthenickelatesfromtheperovskitetoaninfinitelayerstructurebydeintercalationofapicaloxygens。Suchachemicalreactionmayintroducehydrogen（H），influencingthephysicalpropertiesoftheendmaterials。Unfortunately，Hisinsensitivetomostcharacterizationtechniquesandisdifficulttodetectbecauseofitslightweight。Here，inoptimallySrdopedNd0。8Sr0。2NiO2Hepitaxialfilms，secondaryionmassspectroscopyshowsabundantHexistingintheformofNd0。8Sr0。2NiO2H（x0。20。5）。ZeroresistivityisfoundwithinaverynarrowHdopingwindowof0。22x0。28，showingunequivocallythecriticalroleofHinsuperconductivity。ResonantinelasticXrayscatteringdemonstratestheexistenceofitinerantinterstitials（IIS）orbitalsoriginatingfromapicaloxygendeintercalation。DensityfunctionaltheorycalculationsshowthatelectronegativeHoccupiestheapicaloxygensitesannihilatingIISorbitals，reducingtheIISNi3dorbitalhybridization。ThisleadstheelectronicstructureofHdopedNd0。8Sr0。2NiO2Hxtobemoretwodimensionallike，whichmightberelevantfortheobservedsuperconductivity。WehighlightthatHisanimportantingredientforsuperconductivityinepitaxialinfinitelayernickelates。
　　材料科学MaterialsScience
　　Ladderphanecopolymersforhightemperaturecapacitive
　　energystorage
　　Ladderphane共聚物助力高温电容储能
　　作者：JieChen，YaoZhou，XingyiHuang，ChunyangYu，DonglinHan，AoWang，etal。
　　链接：
　　https：www。nature。comarticless41586022056714
　　摘要：
　　为了在高温下进行电容储能，需要介电聚合物将低导电性与高导热性结合起来。这些看似矛盾性质的共存对现有聚合物而言仍是一个长期挑战。
　　研究组报道了一类Ladderphane共聚物，在高电场和高温下，其电导率比现有聚合物至少低一个数量级。结果表明，该Ladderphane共聚物在200时的放电能量密度为5。34Jcm3，充放电效率为90，优于现有的介电聚合物和复合材料。
　　Ladderphane共聚物通过堆叠相互作用自组装成高度有序的阵列，从而获得了垂直平面方向1。960。06Wm1K1的本征热导率。共聚物薄膜的高导热性允许有效的焦耳散热，因此，在高温和高电场下具有优异的循环稳定性。
　　共聚物击穿自愈能力的展示进一步表明，Ladderphane结构有望助力极端条件下工作的高能量密度聚合物电容器。
　　Abstract：
　　Forcapacitiveenergystorageatelevatedtemperatures，dielectricpolymersarerequiredtointegratelowelectricalconductionwithhighthermalconductivity。Thecoexistenceoftheseseeminglycontradictorypropertiesremainsapersistentchallengeforexistingpolymers。Wedescribehereaclassofladderphanecopolymersexhibitingmorethanoneorderofmagnitudelowerelectricalconductivitythantheexistingpolymersathighelectricfieldsandelevatedtemperatures。Consequently，theladderphanecopolymerpossessesadischargedenergydensityof5。34？J？cm？3withachargedischargeefficiencyof90at200？C，outperformingtheexistingdielectricpolymersandcomposites。Theladderphanecopolymersselfassembleintohighlyorderedarraysbystackinginteractions，thusgivingrisetoanintrinsicthroughplanethermalconductivityof1。96？？0。06？W？m1K1。ThehighthermalconductivityofthecopolymerfilmpermitsefficientJouleheatdissipationand，accordingly，excellentcyclicstabilityatelevatedtemperaturesandhighelectricfields。Thedemonstrationofthebreakdownselfhealingabilityofthecopolymerfurthersuggeststhepromiseoftheladderphanestructuresforhighenergydensitypolymercapacitorsoperatingunderextremeconditions。
　　化学Chemistry
　　ElectrochemicalreactordictatessiteselectivityinNheteroarenecarboxylations
　　电化学反应器决定了N杂芳烃羧化反应的位点选择性
　　作者：GuoQuanSun，PengYu，WenZhang，WeiZhang，YiWang，LiLiLiao，etal。
　　链接：
　　https：www。nature。comarticless41586022056670
　　摘要：
　　吡啶和相关的N杂芳烃广泛存在于药品、农用化学品和其他生物活性化合物中。位点选择性CH功能化为制备这些药物活性产物提供了直接途径。例如，烟酸衍生物可通过CH羧化反应制备，但这种转变仍很难实现。
　　研究组描述了一种使用二氧化碳直接羧化吡啶的电化学策略进展。电解设置的选择产生了不同的位点选择性：分隔的电化学电解池导致C5羧化，而未分隔的电解池促进C4羧化。人们认为未分隔的电解池反应通过成对电解机制运行，其中阴极和阳极事件在改变位点选择性方面起着关键作用。
　　具体而言，阳极生成的碘通过氢原子转移，优先与C4羧化途径中的关键自由基阴离子中间体发生反应，从而通过CurtinHammett原理改变了反应的选择性。转化的范围可扩大到广泛N杂芳烃，包括联吡啶和三联吡啶、嘧啶、吡嗪和喹啉。
　　Abstract：
　　PyridinesandrelatedNheteroarenesarecommonlyfoundinpharmaceuticals，agrochemicalsandotherbiologicallyactivecompounds。SiteselectiveCHfunctionalizationwouldprovideadirectwayofmakingthesemedicinallyactiveproducts。Forexample，nicotinicacidderivativescouldbemadebyCHcarboxylation，butthisremainsanelusivetransformation。HerewedescribethedevelopmentofanelectrochemicalstrategyforthedirectcarboxylationofpyridinesusingCO2。Thechoiceoftheelectrolysissetupgivesrisetopergentsiteselectivity：apidedelectrochemicalcellleadstoC5carboxylation，whereasanunpidedcellpromotesC4carboxylation。Theunpidedcellreactionisproposedtooperatethroughapairedelectrolysismechanism，inwhichbothcathodicandanodiceventsplaycriticalrolesinalteringthesiteselectivity。Specifically，anodicallygeneratediodinepreferentiallyreactswithakeyradicalanionintermediateintheC4carboxylationpathwaythroughhydrogenatomtransfer，thuspertingthereactionselectivitybymeansoftheCurtinHammettprinciple。ThescopeofthetransformationwasexpandedtoawiderangeofNheteroarenes，includingbipyridinesandterpyridines，pyrimidines，pyrazinesandquinolines。
　　地球科学EarthScience
　　PrimaryN2Hegasfieldformationinintracratonicsedimentarybasins
　　克拉通内沉积盆地原生N2He气田形成
　　作者：AnranCheng，BarbaraSherwoodLollar，JonG。GluyasChrisJ。Ballentine
　　链接：
　　https：www。nature。comarticless41586022056590
　　摘要：
　　氦、氮和氢在大陆地壳深处不断产生。静止大陆地壳的概念脱气模型主要基于一种假设，即这些气体溶解在水中，浅层沉积系统的垂直输运通过在充满水的孔隙空间内扩散。气相出溶是浓缩氦和形成社会资源的关键。
　　研究组证明仅来自结晶基底的地壳氮（与地壳氦4生成成比例的稳态脱气）就可以在一些沉积盆地底部达到足够浓度，形成自由气相。利用与沉积盆地演化耦合的气体扩散模型，研究组使用一个经典的克拉通内沉积盆地（北美威利斯顿盆地）证明，在该盆地中，早在大约1。4亿年前，地壳氮达到饱和并形成气相。氦分裂成气相。
　　这种气体形成机制解释了在该盆地和其他盆地的基底沉积岩性学中观测到的原生氮气氦气，预测了地壳气相氢的共同存在，并由于相溶解度缓冲作用，使氦气流入上覆地层的通量减少了约30。该气相形成机制的确定为定量评估世界范围内类似陆内沉积盆地的氦氢资源潜力提供了依据。
　　Abstract：
　　Helium，nitrogenandhydrogenarecontinuallygeneratedwithinthedeepcontinentalcrust。Conceptualdegassingmodelsforquiescentcontinentalcrustaredominatedbyanassumptionthatthesegasesaredissolvedinwater，andthatverticaltransportinshallowersedimentarysystemsisbydiffusionwithinwaterfilledporespace。Gasphaseexsolutioniscrucialforconcentratingheliumandformingasocietalresource。Hereweshowthatcrustalnitrogenfromthecrystallinebasementalonedegassingatasteadystateinproportiontocrustalhelium4generationcanreachsufficientconcentrationsatthebaseofsomesedimentarybasinstoformafreegasphase。Usingagasdiffusionmodelcoupledwithsedimentarybasinevolution，wedemonstrate，usingaclassicintracratonicsedimentarybasin（WillistonBasin，NorthAmerica），thatcrustalnitrogenreachessaturationandformsagasphase；inthisbasin，asearlyasabout140？millionyearsago。Heliumpartitionsintothisgasphase。Thisgasformationmechanismaccountsfortheobservedprimarynitrogenheliumgasdiscoveredinthebasalsedimentarylithologyofthisandotherbasins，predictscooccurrenceofcrustalgasphasehydrogen，andreducesthefluxofheliumintooverlyingstratabyabout30？percentbecauseofphasesolubilitybuffering。Identificationofthisgasphaseformationmechanismprovidesaquantitativeinsighttoassesstheheliumandhydrogenresourcepotentialinsimilarintracontinentalsedimentarybasinsfoundworldwide。
　　OceanicclimatechangesthreatenthesustainabilityofAsia’swatertower
　　海洋气候变化威胁亚洲水塔的可持续性
　　作者：QiangZhang，ZexiShen，YaduPokhrel，DanielFarinotti，VijayP。Singh，ChongYuXu，etal。
　　链接：
　　https：www。nature。comarticless41586022056438
　　摘要：
　　被称为亚洲水塔的青藏高原（TP）周围亚洲高山区（HMA）的水资源可持续性引发了广泛关注，因为HMA保护了数百万人免受水资源短缺的影响。然而，TP陆地蓄水（TWS）中观察到的异质性趋势背后机制尚不清楚。
　　研究组使用拉格朗日粒子弥散模型和卫星观测，将20032016年间南部TP每月约1Gt的TWS下降归因于来自北大西洋东南部的西风带降水蒸发（PME）亏缺。HMA阻断了PME亏缺向中央TP的扩散，导致TWS每月增加约0。5Gt。
　　此外，暖化导致的积雪和冰川融化以及干燥导致的TWS耗竭削弱了HMA山脉的阻挡，导致TP的TWS亏缺自2009年以来持续向北扩大。
　　对20202021年间卫星观测验证的两种排放情景下的未来预测表明，到21世纪末，TP中高达84（情景SSP245）和97（情景SSP585）的区域可能受到TWS亏缺的影响。该研究结果表明，HMA的水系统走向不可持续，这可能会加剧下游的水资源危机。
　　Abstract：
　　WaterresourcessustainabilityinHighMountainAsia（HMA）surroundingtheTibetanPlateau（TP）knownasAsia’swatertowerhastriggeredwidespreadconcernsbecauseHMAprotectsmillionsofpeopleagainstwaterstress。However，themechanismsbehindtheheterogeneoustrendsobservedinterrestrialwaterstorage（TWS）overtheTPremainpoorlyunderstood。HereweuseaLagrangianparticledispersionmodelandsatelliteobservationstoattributeabout1？GtofmonthlyTWSdeclineinthesouthernTPduring20032016towesterliescarrieddeficitinprecipitationminusevaporation（PME）fromthesoutheastNorthAtlantic。WefurthershowthatHMAblocksthepropagationofPMEdeficitintothecentralTP，causingamonthlyTWSincreasebyabout0。5？Gt。Furthermore，warminginducedsnowandglacialmeltaswellasdryinginducedTWSdepletioninHMAweakentheblockingofHMA’smountains，causingpersistentnorthwardexpansionoftheTP’sTWSdeficitsince2009。Futureprojectionsundertwoemissionsscenariosverifiedbysatelliteobservationsduring20202021indicatethat，bytheendofthetwentyfirstcentury，upto84（forscenarioSSP245）and97（forscenarioSSP585）oftheTPcouldbeafflictedbyTWSdeficits。OurfindingsindicateatrajectorytowardsunsustainablewatersystemsinHMAthatcouldexacerbatedownstreamwaterstress。