自然（20220428出版）一周论文导读

　　编译李言
　　Nature，28April2022，Volume604Issue7907
　　《自然》2022年4月28日，第604卷，7907期
　　天文学Astronomy
　　EarlySolarSysteminstabilitytriggeredbydispersalofthegaseousdisk
　　气体盘的耗散触发早期太阳系的不稳定性
　　作者：BeibeiLiu，SeanN。RaymondSethA。Jacobson
　　链接：
　　https：www。nature。comarticless41586022045351
　　摘要：
　　在此，我们使用动态模拟表明，巨行星的不稳定性可能是由气体盘的耗散触发的。当气体盘从内到外蒸发时，它的内缘依次扫过并依次动态地扰乱了每颗行星的轨道。相关的轨道移动导致系统外部的动力压缩，最终引发不稳定性。
　　在天体物理参数的可行范围内，我们模拟系统的最终轨道与太阳系的轨道相匹配。因此，巨大行星的不稳定性发生在气体盘耗散的时候，根据天文观测，这是在太阳系诞生后的几百万年到一千万年间。
　　类地行星的形成直到如此早期的巨行星不稳定之后才完成；不断增长的类地行星甚至可能是被它的扰动塑造的，这解释了为什么火星相对于地球的质量较小。
　　Abstract：
　　Hereweusedynamicalsimulationstoshowthatthegiantplanets’instabilitywasprobablytriggeredbythedispersalofthegaseousdisk。Asthediskevaporatedfromtheinsideout，itsinneredgesweptsuccessivelyacrossanddynamicallyperturbedeachplanet’sorbitinturn。Theassociatedorbitalshiftcausedadynamicalcompressionoftheexteriorpartofthesystem，ultimatelytriggeringinstability。ThefinalorbitsofoursimulatedsystemsmatchthoseoftheSolarSystemforaviablerangeofastrophysicalparameters。Thegiantplanetinstabilitythereforetookplaceasthegaseousdiskdissipated，constrainedbyastronomicalobservationstobeafewtotenmillionyearsafterthebirthoftheSolarSystem。Terrestrialplanetformationwouldnotcompleteuntilaftersuchanearlygiantplanetinstability；thegrowingterrestrialplanetsmayevenhavebeensculptedbyitsperturbations，explainingthesmallmassofMarsrelativetoEarth。
　　物理学Physics
　　Observationofalinkedloopquantumstateinatopologicalmagnet
　　拓扑磁体中链环量子态的观察
　　作者：IlyaBelopolski，GuoqingChang，TylerA。Cochran，ZiJiaChengetal。
　　链接：
　　https：www。nature。comarticless41586022045128
　　摘要：
　　在此，我们报告一个与在镜像对称铁磁体中电子带交叉环线相关的不寻常的连接数（扭结理论）不变量。利用最先进的光谱方法，我们直接观察到材料的三环体T3布里渊区中三个纠缠在一起的简并环。
　　我们发现每个环连接其他环两次。通过系统光谱研究这一链环量子态，我们明确地画出了它的链图，并类比结理论，得出它的链数为（2，2，2），从实验数据直接确定了它的不变结构。
　　我们进一步预测和观察了样品表面的塞弗特边界态，该边界态由体链环保护，表明了显著的塞弗特体边界响应。我们对量子环链的观察，推动了扭结理论在探索磁性和超导量子物质方面的应用。
　　Abstract：
　　Herewereportanunusuallinkingnumber（knottheory）invariantassociatedwithloopsofelectronicbandcrossingsinamirrorsymmetricferromagnet。Usingstateoftheartspectroscopicmethods，wedirectlyobservethreeintertwineddegeneracyloopsinthematerial’sthreetorus，T3，bulkBrillouinzone。Wefindthateachlooplinkseachotherlooptwice。Throughsystematicspectroscopicinvestigationofthislinkedloopquantumstate，weexplicitlydrawitslinkdiagramandconclude，inanalogywithknottheory，thatitexhibitsthelinkingnumber（2，2，2），providingadirectdeterminationoftheinvariantstructurefromtheexperimentaldata。Wefurtherpredictandobserve，onthesurfaceofoursamples，Seifertboundarystatesprotectedbythebulklinkedloops，suggestiveofaremarkableSeifertbulkboundarycorrespondence。Ourobservationofaquantumlooplinkmotivatestheapplicationofknottheorytotheexplorationofmagneticandsuperconductingquantummatter。
　　ThefieldfreeJosephsondiodeinavanderWaalsheterostructure
　　范德华异质结构中的无磁场约瑟夫森二极管
　　作者：HengWu，YaojiaWang，YuanfengXu，PranavaK。Sivakumar，ChrisPasco，UldericoFilippozzi，StuartS。P。Parkin，YuJiaZeng，TyrelMcQueenMazharN。Ali
　　链接：
　　https：www。nature。comarticless41586022045048
　　摘要：
　　在此，我们通过制作NbSe2Nb3Br8NbSe2的反转对称破缺范德华异质结构，实现了约瑟夫森二极管。
　　我们证明，即使没有磁场，结也可以在正电流下超导，同时在负电流下具有电阻性。Ic行为（正和负临界电流之间的差异）与磁场是对称的，约瑟夫逊耦合可以通过夫劳恩霍夫模式证明。
　　同时，我们以极低的开关电流密度、高整流比和高鲁棒性实现了方波激励的稳定半波整流。这种非互易行为强烈违背了已知的约瑟夫森关系，并为通过量子材料与约瑟夫森结的整合打开了发现新的机制和物理现象的大门，并为超导量子器件提供了新的途径。
　　Abstract：
　　HerewerealizedtheJosephsondiodebyfabricatinganinversionsymmetrybreakingvanderWaalsheterostructureofNbSe2Nb3Br8NbSe2。Wedemonstratethatevenwithoutamagneticfield，thejunctioncanbesuperconductingwithapositivecurrentwhilebeingresistivewithanegativecurrent。TheIcbehaviour（thedifferencebetweenpositiveandnegativecriticalcurrents）withmagneticfieldissymmetricandJosephsoncouplingisprovedthroughtheFraunhoferpattern。Also，stablehalfwaverectificationofasquarewaveexcitationwasachievedwithaverylowswitchingcurrentdensity，highrectificationratioandhighrobustness。ThisnonreciprocalbehaviourstronglyviolatestheknownJosephsonrelationsandopensthedoortodiscovernewmechanismsandphysicalphenomenathroughintegrationofquantummaterialswithJosephsonjunctions，andprovidesnewavenuesforsuperconductingquantumdevices。
　　化学Chemistry
　　MachinelearningaidedengineeringofhydrolasesforPETdepolymerization
　　PET降解酶的机器学习辅助工程
　　作者：HongyuanLu，DanielJ。Diaz，NatalieJ。Czarnecki，CongzhiZhuetal。
　　链接：
　　https：www。nature。comarticless4158602204599z
　　摘要：
　　在此，我们使用一种基于结构的机器学习算法来设计稳定和活跃的PET水解酶。我们的突变组合（FASTPETase：具有功能性、活性、稳定和耐受性的PETase）与野生型PETase相比含有5个突变，在3050C和一系列pH水平范围内，与野生型和工程替代品相比，显示了优越的pet水解活性。
　　我们证明，来自51种消费者使用过的PET几乎都可以在1周内被FASTPETase完全降解。FASTPETase可以在50C下解聚商业水瓶和整个热预处理水瓶的未处理的无定形部分。
　　最后，我们通过利用FASTPETase和回收的单体重新合成PET，展示了一个闭环PET回收过程。总而言之，我们的结果展示了一条工业化规模的酶塑料回收的可行途径。
　　Abstract：
　　Here，weuseastructurebased，machinelearningalgorithmtoengineerarobustandactivePEThydrolase。Ourmutantandscaffoldcombination（FASTPETase：functional，active，stableandtolerantPETase）containsfivemutationscomparedtowildtypePETase（N233KR224QS121EfrompredictionandD186HR280Afromscaffold）andshowssuperiorPEThydrolyticactivityrelativetobothwildtypeandengineeredalternativesbetween30and50CandarangeofpHlevels。Wedemonstratethatuntreated，postconsumerPETfrom51differentthermoformedproductscanallbealmostcompletelydegradedbyFASTPETasein1week。FASTPETasecanalsodepolymerizeuntreated，amorphousportionsofacommercialwaterbottleandanentirethermallypretreatedwaterbottleat50C。Finally，wedemonstrateaclosedloopPETrecyclingprocessbyusingFASTPETaseandresynthesizingPETfromtherecoveredmonomers。Collectively，ourresultsdemonstrateaviablerouteforenzymaticplasticrecyclingattheindustrialscale。
　　Computerdesignedrepurposingofchemicalwastesintodrugs
　　计算设计方案将化学废料变为药物
　　作者：AgnieszkaWoos，DominikKoszelewski，RafaRoszak，SaraSzymkuetal。
　　链接：
　　https：www。nature。comarticless41586022045039
　　摘要：
　　化学工业持续产生大量的化学废物，因此，设计循环化学方案以有效地将废料转化为有价值的产品是必要的。在这里，我们展示具有广泛合成知识的计算机如何帮助解决这一挑战。
　　使用正向合成Allchemy平台，我们从大约200种商业规模的回收废弃化学品中产生巨大的合成网络，从这些网络中回收数以万计的途径，可以产生约300种重要的药物和农药，然后根据可持续化学的公认指标，用算法对这些合成物进行排名。
　　通过实验，我们验证了其中几种途径，包括在按需制药流动化学平台上的工业现实展示。广泛采用这一废物利用的算法，可以加快化学品的生产性再利用，以避免废物产生的存储或抛弃成本，甚至可能造成的环境危害。
　　Abstract：
　　Asthechemicalindustrycontinuestoproduceconsiderablequantitiesofwastechemicals，itisessentialtodevise‘circularchemistry’schemestoproductivelybackconvertatleastaportionoftheseunwantedmaterialsintousefulproducts。Hereweshowhowcomputersequippedwithbroadsyntheticknowledgecanhelpaddressthischallenge。UsingtheforwardsynthesisAllchemyplatform，wegenerategiantsyntheticnetworksemanatingfromapproximately200wastechemicalsrecycledoncommercialscales，retrievefromthesenetworkstensofthousandsofroutesleadingtoapproximately300importantdrugsandagrochemicals，andalgorithmicallyrankthesesynthesesaccordingtotheacceptedmetricsofsustainablechemistry。Severaloftheserouteswevalidatebyexperiment，includinganindustriallyrealisticdemonstrationona‘pharmacyondemand’flowchemistryplatform。Wideadoptionofcomputerizedwastetovaluablealgorithmscanaccelerateproductivereuseofchemicalsthatwouldotherwiseincurstorageordisposalcosts，orevenposeenvironmentalhazards。
　　Catalyticsynthesisofphenolswithnitrousoxide
　　一氧化二氮催化合成酚类化合物
　　作者：FranckLeVaillant，AnaMateosCalbet，SilviaGonzlezPelayo，EdwardJ。Reijerse，ShengyangNi，JuliaBuschJosepCornella
　　链接：
　　https：www。nature。comarticless41586022045164
　　摘要：
　　在这里，我们报道了在温和的条件下（室温，1。52barN2O）将N2O插入到NiC键中，从而释放有价值的酚和良性N2。这一完全不同的有机金属CO成键步骤不同于目前基于还原消除反映的方法，并使芳卤代烃转化为酚的替代催化方法成为可能。
　　该过程通过联吡啶基的配体使镍中心具有催化作用。该方法具有稳定性、温和性和高度选择性，能够适应碱基敏感功能，并允许从密集功能化的芳卤化物合成苯酚。
　　虽然该方法没有提供缓解一氧化二氮排放的解决方案，但它为丰富的一氧化二氮作为氧源的温和重新估值提供了蓝图。
　　Abstract：
　　HerewereportaninsertionofN2OintoaNiCbondundermildconditions（roomtemperature，1。52barN2O），thusdeliveringvaluablephenolsandreleasingbenignN2。ThisfundamentallydistinctorganometallicCObondformingstepdiffersfromthecurrentstrategiesbasedonreductiveeliminationandenablesanalternativecatalyticapproachfortheconversionofarylhalidestophenols。TheprocesswasrenderedcatalyticbymeansofabipyridinebasedligandsfortheNicentre。Themethodisrobust，mildandhighlyselective，abletoaccommodatebasesensitivefunctionalitiesaswellaspermittingphenolsynthesisfromdenselyfunctionalizedarylhalides。AlthoughthisprotocoldoesnotprovideasolutiontothemitigationofN2Oemissions，itrepresentsareactivityblueprintforthemildrevalorizationofabundantN2OasanOsource。