半分钟尺度的原子相干性和镊子时钟的高相对稳定性

制备相同量子系统低熵、高相干大系综是量子计量学、模拟和信息研究的基础。然而，同时实现这些性质仍然是横跨原子和凝聚态物质体系的量子科学的一个核心挑战。

作者利用镊子捕获碱土（锶-88）原子的有利性质，并引入一种混合方法剪裁光学势，平衡可扩展性，高保真态制备，位点分辨读出和原子相干性的保持。通过这种方法，在大约150个原子的系统中，他们实现了捕获和光钟激激态寿命超过40秒。

这导致在光时钟跃迁上产生半分钟尺度的原子相干，对应的质量因子远远超过1016。这些相干时间和原子数将量子投影噪声的影响降低到与领先的原子系统相当的水平，领先的原子系统使用光学晶格来平行地检查成千上万的原子。

当进一步与该系统中可用的微观控制和读出相结合时，这些结果为在定制原子阵列中实现长寿命的光学时钟转换的工程纠缠铺平了道路。

相关论文信息：https://www.nature.com/articles/s41586-020-3009-y

首次在零磁场下实现量子反常霍尔绝缘体中的陈数调控

量子反常霍尔（QAH）态是一种二维拓扑绝缘态，它具有量子化霍尔电阻h/（Ce2）和零磁场下纵向电阻消失（其中h为普朗克常数，e为基本电荷，陈数C为整数）。

科学家已经在磁性拓扑绝缘子和磁角扭曲双层石墨烯中实现了QAH效应。但到目前为止，仅在C = 1时实现了零磁场下的QAH效应。作者实现了利用分子束外延制备的交变磁绝缘子层和未掺杂拓扑绝缘子层的多层结构中具有良好量子化的量子QAH效应（陈数可调，最高可达C = 5）。

这些QAH绝缘子的陈数由多层结构中未掺杂拓扑绝缘子层数决定。此外，我们还证明了给定多层结构的陈数可以通过改变磁性拓扑绝缘层中的磁性掺杂浓度或内部磁性拓扑绝缘层的厚度来调节。

他们建立了一个理论模型来解释这一实验观察，并建立了高陈数的QAH绝缘子的相图。这种绝缘子的实现促进了无耗散手性边电流在节能电子器件中的应用，为发展多通道量子计算和大容量手性电路互连开辟了机遇。

相关论文信息：https://www.nature.com/articles/s41586-020-3020-3

范德瓦尔斯异质结构中的拓扑超导性

诸如拓扑绝缘体、超导体和量子自旋液体等奇异态通常具有挑战性，甚至不可能在单一材料中产生。

作者使用这种设计方法来制造结合二维铁磁体和超导体的范德瓦尔斯异质结构，并观察到系统中的二维拓扑超导性。他们用分子束外延法在超导二硫化铌上生长了铁磁三溴代铬的二维岛，然后用低温扫描隧道显微镜和光谱学来揭示一维马洛拉纳边缘模式的特征。

制造的二维范德瓦尔斯异质结构提供了一个高质量、可调谐的系统，可以很容易地集成到使用拓扑超导的器件结构中。

相关论文信息：https://www.nature.com/articles/s41586-020-2989-y

超百万障碍让欧洲河流支离破碎

河流支撑着地球上一些最丰富的生物多样性，并为社会提供必要的生态系统服务，但它们往往因自由流动的障碍而支离破碎。

在欧洲，由于缺乏统一的屏障数据库，量化河流连通性的尝试受到了阻碍。作者研究表明，在36个欧洲国家内至少有120万个河流内屏障（平均密度为每公里0.74个屏障），其中68%是高度不到两米的结构，经常被忽视。

相关论文信息：https://www.nature.com/articles/s41586-020-3005-2

（冯维维编译）