《国家科学院院刊》

科学家基于解析图论揭示随机张拉整体的刚度渗流过程

近日，美国佐治亚理工学院D. Zeb Rocklin研究小组取得一项新进展。他们基于解析图论揭示随机张拉整体的刚度渗流过程。相关研究成果发表于美国《国家科学院院刊》。

研究团队构建了一个模型系统，在该系统中，张拉整体元素被随机添加到规则的骨干结构中。通过运用有向图理论进行解析求解，研究人员成功揭示了一个推广的麦克斯韦力学临界点的存在。研究显示，即便只是增加了少数类电缆元素，也会对这个过渡点的性质产生根本性的改变，进而影响后续向完全刚性结构的过渡过程。

此外，研究还发现张拉整体网络表现出了集体雪崩行为，即单个电缆的增加会引起多个软盘模式的消除，这一现象在过渡点处尤为显著。这些现象对于具有非线性机械约束的各种系统都有重要影响，包括生物聚合物网络、软体机器人、堵塞的填料以及折纸片等。

据悉，在工程和生物界中，一种特殊的功能结构将刚性元素（如骨骼和柱子）与柔性元素（如电缆、纤维和膜）结合在一起。由于这些类电缆元素仅支持拉伸张力，表现出高度非线性的特性，因此这类结构被称为张拉整体。特别值得一提的是，微刚性系统因结构约束的数量能够允许柔性变形并支撑外部负载，这一特性引发了人们极大的兴趣。

相关论文信息：

https://doi.org/10.1073/pnas.2302536120

南太平洋海洋微生物驱动的夜间大气成核证据

法国克莱蒙奥弗涅大学Sellegri Karine团队近日研究南太平洋海洋微生物驱动、基于硝酸盐夜间大气成核的证据取得新进展。这一研究成果发表于美国《国家科学院院刊》。

研究收集的测量数据来源于部署在西南太平洋的船载海气界面储罐，测量数据确定了夜间与浮游生物群落组成相关新颗粒的形成（NPF）之间的关系。研究人员在其主持的半控制实验中发现，硝酸盐离子是唯一可以支持NPF速率的类型。硝酸盐离子在自然原始海洋大气中普遍存在，并在10纳米以下的粒子、浓度较高的情况下增加。

团队成员假设这些成核事件是由复杂、短期的生物地球化学循环（包括微生物循环）推动的。这些发现为以前未知的海洋生物地球化学来源的硝酸盐，在气溶胶成核中的作用提供了新视角。

相关论文信息：

https://doi.org/10.1073/pnas.2308696120

《物理评论A》

科学家揭示结构波导中量子光-物质相互作用

近日，印度拉曼研究所的Rupak Bag与Dibyendu Roy揭示了结构波导中量子光-物质相互作用。相关研究成果发表于《物理评论A》。

由于结构波导具有有限的带宽、频带边缘以及非平凡的拓扑性质，研究团队对其中的量子光-物质相互作用特征进行了深入研究。在建模过程中，研究人员将波导视为紧束缚（TB）链或Su-Schrieffer-Heeger（SSH）链。对于非结构波导，其无限带宽的特性使得侧耦合双能级发射极（2LE）的透射和反射系数与直接耦合双能级发射极的相应系数相同。然而，研究发现在有限带宽的结构波导中，这种直接类比并不成立，因为只有在直接耦合的双能级发射极中才会出现兰姆位移。

研究人员进一步预测，在结构波导的频带边缘附近，拓扑特性可能会产生积极作用。特别是在集体衰减宽度为零的情况下，单个巨型双能级发射极表现出强大的光-发射器耦合效应。最后，他们还深入研究了长TB波导和短SSH波导在SSH端与双能级发射极连接的异质结中的单光子动力学行为。结果显示，只有在SSH波导处于拓扑相位时，光子才能从激发的发射极传播到TB波导。因此，这种异质结起到了一个条件传播通道的重要作用。

相关论文信息：

https://doi.org/10.1103/PhysRevA.108.053717

《自然-地球科学》

受大尺度环流调整的气溶胶-云相互作用

近日，以色列希伯来大学Guy Dagan团队研究受大尺度环流调整增强的气溶胶-云相互作用辐射力取得新进展。这一成果发表于《自然-地球科学》。

为了解决这个问题，研究人员在狭长区域进行允许对流的模拟，还包括利用大规模过程的表示来解决对流问题。研究人员进行了一组包含海洋表面温度梯度的模拟，并将这些模拟与不包含梯度的模拟进行了比较。研究表明，气溶胶-云相互作用的有效辐射力通过大尺度环流对气溶胶的调整而大大增强。

研究结果表明，气溶胶浓度的增加抑制了浅对流区域的降水，从而增强了水汽向深对流主导区域的输送。随后在深层对流区潜热释放的增加，加强了翻转环流和地表蒸发。这些变化可以解释为在较高气溶胶浓度下云量的增加，以及由此产生的较大的气溶胶辐射效应。研究结果强调了大尺度环流调整在理解气溶胶-云相互作用有效辐射力方面的基本重要性。

相关论文信息：

https://doi.org/10.1038/s41561-023-01319-8