本周Nature论文推荐 | 17年7月20日刊【拓扑专题】

2017 年 7 月 20 日 Nature自然科研 Nature自然科研

封面故事：拓扑量子化学

封面提供：JVG

过去几十年的研究揭示了一个惊人事实，即数学拓扑学的规则可以判断材料属性。但是哪些结构具有拓扑特征，而哪些没有呢？预测一种材料是否可能具有拓扑特征是一项具有挑战性的任务，到目前为止，物理学家只发现了几百种“拓扑”化合物。本期，一组来自世界各地的物理学家、数学家和化学家共同提出了一个全新的、完整的理论，用于计算材料电子能带结构的拓扑属性，以解决以上问题。通过将传统的能带结构方法（研究非局部、动量空间中的电子属性）与局部化学键合结合起来，他们将至今为止一直无关联的物理学观点与化学观点相融合。因此，他们补充完整了电子能带结构理论，使之现在能够对从位于晶格格位的局部原子轨道产生的所有230种可能的晶体对称群的能带结构进行分类。根据这个理论，他们能够判断哪些结构是拓扑非平庸的，而且还能利用它发现新的材料种类。该理论应能够大大简化对具有奇异属性的新材料的搜索，也能够帮助人们理解现存拓扑材料背后的物理学。

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封面专题：Topological quantum chemistry

新闻与观点：Materials science: Chemistry and physics happily wed

人类首次抵达澳大利亚的时间早于此前预期

人类最早什么时候抵达澳大利亚？如今，人们常常会将澳大利亚与冰啤酒和《丛林流浪》联系在一起。但是人类最早登陆这块土地的时间却备受争议。之前，根据澳大利亚北部一个叫Madjedbebe的考古点推测，现代人类在5万 -6万年前出现在澳大利亚，但是这一结果一直以来都广受争议。现在，人们对现场最新挖掘结果进行综合定年，结果表明人们最早在 6 万 5 千年前左右到达此地。这意味着人类在澳大利亚巨型动物灭绝和印度尼西亚的弗洛瑞斯人（Homo floresiensis）消失之前，就已经来到澳大利亚了。

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论文：Human occupation of northern Australia by 65,000 years ago

新闻与观点：Archaeology: Early signs of human presence in Australia

增加外尔半金属的反常特性

我们宇宙运行的一条基本规则是能量、电荷和动量守恒。然而，在量子力学层面上，这些规则却可能被打破。人们以前都只在量子场论领域内研究这种奇异物理现象，但是后来随着一种名叫外尔半金属的新材料的发现，情况有所改变。这些系统中存在一种叫做外尔费米子的基本粒子，它们表现出所谓的手征反常，也就是说，在特定情况下，它们的自旋不是守恒的。Johannes Gooth等人带来了有关量子场论的新认识。他们证明，弯曲时空的凝聚态物质模拟物能够为外尔半金属的手征反常额外增加重力成分。他们的研究为之前未检测到的量子场效应打开了通往深入实验探索的大门。

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论文：Experimental signatures of the mixed axial–gravitational anomaly in the Weyl semimetal NbP

磁性新观

很久之前就已存在可以成像薄膜磁铁二维磁化模式的技术，但是要直接研究复杂的三维磁结构却并不容易。Claire Donnelly等人利用硬X 射线断层成像技术来观察微米大小磁体的内部磁结构，在此方面取得了巨大进步。当前的X射线源的属性将空间分辨率限制在100 纳米左右，但是据预测，未来的仪器发展将会在此基础上产生明显提高。

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论文：Three-dimensional magnetization structures revealed with X-ray vector nanotomography

新闻与观点：Imaging techniques: X-rays used to watch spins in 3D

婴儿眼中的社交场景

早期婴儿发育的一个关键方面是对社交相关刺激（比如面部和生物运动）的视觉探索。Warren Jones 及同事对典型发育儿童和患有自闭症的儿童开展了一项眼部跟踪研究，结果显示，视觉社交参与有多方面的表现，包括观察面部特征的倾向和凝视的空间与时间动态，其中的某些方面带有很强的遗传性。最可能遗传的视觉社交参与（比如对面部的关注），也是最能清楚地将典型发育儿童与自闭症儿童区分开来的。作者提出，视觉社交参与应该被当作一种神经发育内表型，不仅与自闭症相关，也与更大范围的群体变异有关。

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论文：Infant viewing of social scenes is under genetic control and is atypical in autism