空间中量子气体混合物和双种原子干涉测量

在小型仪器中达到超冷原子温度的能力最近已扩展到太空。超冷的温度放大了量子效应，而自由落体则允许进一步冷却，并延长与引力的相互作用时间——引力是没有量子描述的最终力量。

在地球上，这些装置产生了宏观的量子现象，如玻色-爱因斯坦凝聚（BECs）、超流体和强相互作用的量子气体。干扰两个超冷原子同位素叠加的地面量子传感器在10-12能级测试了自由落体（UFF）的普遍性，这是爱因斯坦经典引力理论的核心原则。在太空中，为探索强相互作用的丰富物理学或对UFF进行量子测试所需的冷却元素仍然是难以捉摸的。

研究者利用国际空间站（ISS）上的多用户冷原子实验室（CAL）仪器的升级硬件，首次在太空中同时产生了双种BEC（由87Rb和41K形成），观察了其中的相互作用，产生了39K超冷气体。在“神奇波长”下操作单个激光器，同时应用布拉格脉冲的拉比频率相等，研究者进一步实现了两种原子（87Rb和41K）同时原子干涉测量的首次星载演示。

这些结果是在空间中进行UFF量子测试的重要一步，将使科学家能够在没有引力不对称干扰的新场景下研究少体物理学、量子化学和基础物理学的各个方面。

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https://doi.org/10.1038/s41586-023-06645-w

利用激光诱导振动特征对超材料进行动态诊断

微观尺度的机械超材料由于其工程构建模块而表现出奇异的静态特性，但其动态特性仍然很少被探索。这些材料的设计原则可以针对频率相关的特性和高应变率变形下的弹性，使其成为轻质抗冲击、声波波导或振动阻尼的通用材料。

然而，由于低通量和破坏性表征或缺乏现有的测试协议，在小尺度上获取动态特性仍然是一个挑战。研究者展示了一种高通量、非接触的框架，该框架使用超材料中的兆赫波传播特征来非破坏性地提取动态线性特性、全方位弹性信息、阻尼特性和缺陷量化。

使用微观超材料的棒状镶嵌，研究者报告了高达94%的方向相关和速率相关的动态刚度，应变率接近102/s，以及比其组成材料高三倍的阻尼性能。

研究还表明，振动响应中的频移允许表征超材料中不可见的缺陷，选择性探测允许构建实验弹性表面，这在以前只能通过计算实现。该研究为加速数据驱动的材料和微设备的发现提供了一条途径，用于动态应用，如保护结构、医学超声或隔振。

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https://doi.org/10.1038/s41586-023-06652-x

红移为3的类似银河系的棒旋星系

宇宙中的大多数大质量盘状星系在其中心区域显示出恒星棒状结构，包括银河系。棒状应该是在低红移的动态冷恒星盘中形成的，因为在高红移的盘状星系中典型的强烈气体湍流抑制或延迟了棒状结构的形成。

此外，模拟预测，在类银河系星系的祖先星系中，超过z = 1.5的条形几乎不存在。研究者报告了对ceers-2112的观测，这是一个红移z≈3的棒旋星系，在宇宙只有20亿年的时候就已经成熟了。

恒星质量和棒状形态意味着，就宇宙前20亿年的结构和质量历史而言，ceers-2112可以被认为是银河系的祖先，而在宇宙40亿年时两者质量最接近。研究者推断，该星系中的重子可能已经在z≈3时主导了暗物质，高红移条可能在大约4亿年时形成，动态冷恒星盘可能在红移z = 4~5时形成。

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https://doi.org/10.1038/s41586-023-06636-x

三角莫尔材料的动力学磁性

从传统的铁磁性金属到强相关材料如铜酸盐，材料的磁性源于库仑交换相互作用。理论上已经讨论了可以自然促进电气控制磁的替代机制的存在，但在扩展系统中的实验证明一直缺失。

研究者分析了MoSe2/WS2在Mott绝缘体态附近形成受挫三角晶格的范德华异质结构，并观察到源于动力学机制的磁相关的直接证据。

通过极化选择性吸引极子共振的强度直接测量电子磁化强度，他们发现当Mott态被电子掺杂时，系统表现出与Nagaoka机制一致的铁磁相关性。

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https://doi.org/10.1038/s41586-023-06633-0

（冯维维编译）