PRL导读-2018年120卷13期
序
言
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普通物理
责编：郭文安
态无关量子互文的最优化经典模拟
用经典系统模拟量子互文性(quantum contextuality)需要内存。一个基本而又开放的问题是，内存的最小需求是多少，以及量子系统优于经典系统的精确意义在哪里。Cabello等人提出了经典地模拟量子的态无关互文性(QSIC)的严格概念。作者考虑的是一个单独的量子系统受到从一个有限的QSIC集合中随机选择的一个无限的测量序列。假设模拟中不包含任何预言信息，作者得到了由经典系统模拟任意QSIC集所需的最小内存。特别是，作者发现在使用Peres-Mermin集合测试时，经典模拟两量子比特需要log224≈4.585比特，而用Yu-Oh集合测试单个qutrit时至少需要5.740比特。(刘录)
Optimal Classical Simulation of State-Independent Quantum Contextuality
Adán Cabello, et al.
Phys. Rev. Lett. 120, 130401 (2018).
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.130401
含有磁单极的Haldane球面上
人造朗道能级和旋量涡旋物质
Zhou等人提出了一个灵活的方案，在有自旋的冷原子系统的弯曲球面几何上实现精确平坦的朗道能级。这是通过在空间中应用磁四极场的Floquet设计产生一个人造的单极子场来实现的。该系统可以精确地映射到球面上的电子-单极子系统，从而实现了分数量子霍尔物理的Haldane球面几何。这个方法对玻色子和费米子都适用。通过将该系统映射到经典的Thompson（汤姆逊）问题，作者研究了s波相互作用原子凝聚体的基态涡旋模式。在偶极相互作用的情况下，进一步研究了涡旋模式的畸变和稳定性。作者的方案与目前的实验装置相一致，可以作为研究弯曲空间上量子霍尔物理和奇异旋量涡旋物质的一个很有前途的途径。
Synthetic Landau Levels and Spinor Vortex Matter on a Haldance Spherical Surface with a Magnetic Monopole
Xiang-Fa Zhou, Congjun Wu, et al.
Phys. Rev. Lett. 120, 130402 (2018).
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.130402
非互文性线路
互文性是量子理论的一个基本特征，对于某些量子计算和量子通讯的模型来说，它是必要的，因此，人们在将互文性作为可用资源方面取得了重要进步。然而，资源理论的主要部分——互文性自由操作的具体的、明确的形式——任然缺失。Amaral 等人在文章中引入非互文性线路，即一类有清晰解释的，友好参数化的互文无关操作，并借此填补了该缺失部分。他们将其完全描述为一个普通的可以有任意多个输入和输出黑盒子测量设备。作为应用，他们展示了互文性的相对熵就是互文单调，而且最大互文框作为互文比特广泛存在。其结果为互文性和Bell非定域性建立了一个统一的资源论框架。（张力）
Noncontextual Wirings
Barbara Amaral, et al
Phys. Rev. Lett. 120, 130403 (2018).
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.130403
利用光学方法产生的
张量网络态实现量子模拟
Dhand等人设计了一个全光方案，以产生用瞬间光模编码的多光模纠缠光子态，该方案在光学回路中采用非线性下转换过程来产生光的一维和高维张量网络态。他们用两种不同类型的纠缠张量网络态来解释其原理，并用变分法来模拟多体系统的基态。同时，他们还证明了最先进的光学设备能够确定自旋1/2的海森堡模型的基态性质。最后证明了该方案不受实际损失和模式错误匹配影响。（张力）
Proposal for Quantum Simulation via All-Optically-Generated Tensor Network States
I. Dhand, et al
Phys.Rev. Lett. 120, 130501 (2018).
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.130501
量子设计的广义纠缠熵
随机量子态或动力学的纠缠特性对于从量子信息到高能物理以及多体物理的各种物理学科的研究都很重要。这篇文章在纯态和单元通道中研究纠缠自由度和随机性之间的相互影响。通过证明Rényi纠缠熵在相同阶设计的平均上几乎是最大的，作者揭示了设计（状态和单元的分布符合均匀哈尔测度）和广义熵（熵函数依赖于密度算符的特定阶数）之间的紧密联系，这加强了著名的Page定理。此外，作者还发现在系统维度的对数阶的设计使所有Rényi纠缠熵最大化，因此在纠缠谱方面是完全随机的。他们的结果将Rényi纠缠熵的行为与加扰和量子混沌的复杂性相关联，并且提出了快速加扰猜想的推广。（朱文静）
Generalized Entanglement Entropies of Quantum Designs
Zi-Wen Liu, Seth Lloyd, et al.
Phys. Rev. Lett. 120, 130502 (2018).
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.130502
超导qutrit中拓扑麦克斯韦金属带
一个超导qutrit模拟从金属奇异带到平庸绝缘态的拓扑相变。
Tan 等人通过把动量空间的凝聚模型映射到超导电路的可调参数空间来实验研究拓扑麦克斯韦金属带。作者获得了这个奇异的能带结构的图像，它可以有效的被自旋为1的麦克斯韦方程所描述，被称为麦克斯韦点的三重简并点可以在麦克斯韦金属带中观察到。同时，作者设计并观察到一个从拓扑麦克斯韦金属态到平庸绝缘态的拓扑相变，并且报道了第一个从实验上测量大于一的陈数。（崔石峰）
Topological Maxwell Metal Bands in a Superconducting Qutrit
Xinsheng Tan, et al
Phys. Rev. Lett. 120, 130503 (2018)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.130503
具体长程相互作用的自旋链中
动力学量子相变：
融合不同的非平衡临界概念
Žunkovič等人从理论上研究了以指数α为幂律衰减为特征的相互作用的横场Ising链的动力学性质，模型可以在离子阱中实现。作者将重点放在两类涌现的动力学临界现象，都是从铁磁初态开始进行量子猝火之后发生：第一种表现为时间平均序参量，它在一个横场临界点消失。作者认为这种相变只发生在α≤2长程相互作用中。第二类对应于基态流形的返回概率中的时间周期奇异性，对于所有获得的α值都是这样，并且和α≤2的序参量相变一致。作者描述了两类非平衡临界性如何相互对应，并基于时间演化量子态的对称性给出物理解释。（朱文静）
Dynamical Quantum Phase Transitions in Spin Chains with Long-Range Interactions: Merging Different Concepts of Nonequilibrium Criticality
Bojan Žunkovič, etal.
Phys. Rev. Lett.120, 130601 (2018)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.130601
d>6维自旋玻璃中de Almeida-
Thouless线上的多重临界点
伊辛自旋玻璃中的de Almeida-Thouless（AT）线是温度T磁场h平面中的相边界，这条线以下，体系的对称性会破缺。Moore 等人使用微扰重整化的方法发现，当系统维度大于6时，在AT线上将出现一个将该线划分为高h场区和低h场区的多临界点。在低h场区，临界指数与平均场的值一致；在高h场区，重整化流将跑向无限强耦合极限。当系统维度从d>6一侧接近6时，多临界点将以1/(d-1)的指数形式接近0场临界点。因此，在AT线上，临界性质的微扰理论在磁场足够大时将不再适用，甚至当系统维度超过6维以后，如同之前已经知道的的d<6 维的零场都不适用一样。他们计算多临界点的临界指数到微扰一级ε=d-1>0。当系统维度从大于6维增长到无穷维，多临界点的命运还尚不知道。（刘玉海）
Multicritical Pointon the de Almeida-Thouless Line in Spin Glasses in d > 6 Dimensions
M. A. Moore and N. Read
Phys. Rev. Lett. 120,130602 (2018).
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.130602
由非平衡量子涨落引起的
混沌动力学铁磁相
Lerose等人通过研究一维铁磁最近邻自旋相互作用对完全连接的量子伊辛模型的非平衡动力学相图的影响，探究了动力学相变对量子涨落的抗干扰性。他们特别关注了量子淬火后的瞬态动力学，并结合含时自旋波理论的解析方法和基于矩阵乘积态的数值方法对预热状态进行了研究。他们发现随着量子涨落强度的增加，动力学临界点散开成一个混沌动力学相，在此相中渐近序对参数和初始条件极为敏感。他们认为这种现象是普遍的，因为它产生于量子涨落对平均场的影响。该平均场源于破坏的离散对称性的任何系统的非平衡动力学。（侯迪莎）
Chaotic Dynamical Ferromagnetic Phase Induced by Nonequilibrium Quantum Fluctuations
Alessio Lerose, et al
Phys. Rev. Lett. 120, 130603 (2018)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.130603
引力与天体物理
导读：郭敏勇；责编：高思杰
GW170817和GRB170817A的发现
对修正引力模型中
大尺度结构命运的影响
中子星合并产生的引力波和伽马射线暴被同时观测到，从而给引力波的波速提出了严格的限制。Amendola等人在之前的研究中发现，宇宙中存在的引力滑移现象与引力波传播的修正密切相关。在本文中，他们提出，新的约束意味着，可以导致引力滑移唯一可能的变量，只能是标量-张量理论中与引力部分共形耦合的项，而对于矢量-张量理论，则完全不会发生引力滑移。他们对该可行模型的结构形成进行了讨论，提出两点：(1) 除Horndeski模型外，暗物质的增长率至少要达到广义相对论预言的程度； (2) 如果滑移参数表现出尺度依赖性，那么在大尺度上，应该取广义相对论的预言值。他们还证明了，如果对引力进行修改，将会导致一个自洽性关系的破坏。
Fate of Large-Scale Structure in Modified Gravity After GW170817 and GRB170817A
Luca Amendola, et al.
Phys. Rev. Lett. 120, 131101 (2018)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.131101
高斯-波涅理论中新的黑洞解
及其对无毛定理的回避
Antoniou等人在一般的爱因斯坦-标量-高斯-波涅引力模型中，考虑加入了一个耦合函数f(Φ)。他们证明，黑洞是这个理论自然的特征，因为如果加入合适的函数f(Φ)，将会很容易地构建出正规的视界和渐近平坦的解。他们并且证明，可以绕开目前的无毛定理，在各种各样的耦合函数f(Φ)下，都能找到许多带有标量毛的黑洞解。
Evasion of No-Hair Theorems and Novel Black-Hole Solutions in Gauss-Bonnet Theories
G. Antoniou, et al.
Phys. Rev. Lett. 120, 131102 (2018)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.131102
拓展标量-张量理论中带有曲率诱导
标量化的新的高斯-波涅黑洞解
在本文中，Doneva和Yazadjiev考虑了拓展标量-张量-高斯-波涅理论中，一类只有在极端曲率下才能激发出标量自由度的理论。他们证明，在该理论中，存在新的黑洞解，这种解是在极端曲率下，由史瓦西黑洞的自发标量化形成的。在这个区域，如果低于某个质量，史瓦西黑洞会变得不稳定，会分出一支新的带有非平庸标量场的解。事实上，不同的质量会分出不同支带有非平庸标量场的解，但只有第一个是稳定的。这个结果与中子星自发标量化很类似。但是不同的是，中子星的自发标量化是由物质引起的，而本文中讨论的情况则是由时空曲率诱导的。
New Gauss-Bonnet Black Holes with Curvature-Induced Scalarization in
Extended Scalar-Tensor Theories
D. Doneva and S. Yazadjiev
Phys. Rev. Lett. 120, 131103 (2018)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.131103
黑洞的自发标量化以及高斯-波涅
耦合带来的紧致星体
Silva等人在标量-张量理论中，考虑带有一种耦合标量与高斯-波涅项的协变量，找到了一类解，在黑洞和紧致星体中都表现出自发标量化。特别地，这些理论形式上允许广义相对论中所有的稳态解。但是如果满足某种条件，这些理论不存在动力学偏向。引人注目地，如果质量落在某些狭窄范围中的一个，黑洞将表现出自发标量化。他们同样找到证据表明，中子星也可以发生自发标量化。
Spontaneous Scalarization of Black Holes and Compact Stars from a Gauss-Bonnet Coupling
Hector O. Silva, et al.
Phys. Rev. Lett. 120, 131104 (2018)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.131104
基本粒子与场论
责编：晁伟、刘晓辉
Casimir-Lifshitz扭矩中
依赖于距离的符号反转
在两个双轴可极化的各向异性平板之间的Casimir-Lifshitz扭矩表现出在其旋转方向上的非平庸的符号反转。标志该反转的板之间的临界距离ac由频率ωc~c/ac表征，沿着两个主轴的面内极化率相等。这两种材料试图将它们的主极轴的极化率在一个方向上对准ac，而高于ac时，它们的轴线试图将旋转的垂直线对准它们之前的最小能量取向。在nonretarded极限内，符号反转消失。本文的微扰结果源于相对极化率差异小的情况，与单轴材料的确切理论非常匹配。作者举例说明了针对对黑磷和磷杂环戊烯的结果。
Distance-Dependent Sign Reversal in the Casimir-Lifshitz Torque
Priyadarshini Thiyam, et al.
Phys. Rev. Lett. 120, 131601 (2018)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.131601
暗物质诱导的量子力及其探测手段
Fichet观察到亚-GeV暗物质诱导核子之间的Casimir-Polder力，其可以被核子尺度到分子尺度的实验所测量到。作者计算了暗物质有效理论中出现的核子-核子势，并且注意到它们的主要特征是通过维数分析和光学定理来确定的。分子光谱和中子散射因而变成暗物质探测实验，它们与基于核子与暗物质弹性散射的直接检测实验形成互补。现有数据对质量3~50 MeV且相互作用尺度约 O(10~100) MeV的暗物质作出限制，其他暗物质探测实现通常难以测量到该区域。
Quantum Forces from Dark Matter and Where to Find Them
Sylvain Fichet
Phys. Rev. Lett. 120, 131801 (2018)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.131801
半湮灭的自热暗物质
暗物质的冻结取决于其温度的演变。当弹性散射不足以维持动力学平衡时，暗物质温度将不再遵循标准模型粒子的温度。作者研究了半湮灭暗物质的温度演变，其中一对暗物质粒子湮没成一个暗物质粒子，另一粒子耦合到标准模型。作者发现动力学平衡仅仅通过半湮灭维持到冻结的最后阶段。冻结之后，半湮灭将质量亏损转化为暗物质的动能，从而导致暗物质温度的非平庸演变。作者认为，只要暗物质的自相互作用是有效的，暗物质温度就会像辐射一样发生红移。作者将这种新颖的温度演变称为自热。值得一提的是，如果自热大致持续到物质与辐射相等时期，则GeV尺度的自热暗物质会像KeV尺度的温暗物质那样对结构形成在亚星系尺度上进行抑制。自热的持续时间长，需要大的自散射截面，这反过来会使内部晕圈中的暗物质密度分布变平坦。因此，自热暗物质可以解释冷暗物质无法诠释的观测到的星云尺度结构。
Self-Heating Dark Matter via Semiannihilation
Ayuki Kamada, et al.
Phys. Rev. Lett. 120, 131802 (2018)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.131802
在阈值附近精确测量
e+e−→Λ+cΛ−c的截面
BESIII探测器利用质心能为4574.5 MeV，4580.0 MeV，4590.0 MeV和4599.5 MeV的数据将e+e-→Λ+cΛ−c过程的散射截面测量到前所未有的精度。Λ+cΛ−c 产生阈值附近的非零截面被清除。在质心能4574.5 MeV和4599.5 MeV处，更高的统计数据使得我们能够测量Λc 的极角分布。基于此，Λc 的电磁形状因子比(|GE/GM|)第一次被测量到。具体的数值分别为1.14 ± 0.14 ± 0.07和1.23 ± 0.05 ± 0.03，其中第一个是统计不确定度第二个是系统不确定度。
Precision Measurement of the e+e−→ Λ+cΛ−c Cross Section Near Threshold
M. Ablikim et al. (BESIII Collaboration)
Phys. Rev. Lett. 120, 132001 (2018)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.132001
原子核物理
责编：彭婧
CUORE的第一个结果：通过130Te
0nββ衰变寻找轻子数破缺
本项实验展示了无中微子双β衰变新的灵敏度水平，这个衰变过程如果存在将证明中微子是它们自己的反粒子。
CUORE实验，一个吨级低温辐射热测量仪阵列，最近在意大利格兰萨索国家实验室开始运行。该阵列代表了这项技术的重大进步，在本工作中作者首次将其应用于高灵敏度地寻找轻子数破缺过程：130Te 中的无中微子双 beta 衰变。通过检查总量为86.3 kg yr的TeO2 的辐射（有效能量分辨率为半高宽(7.7±0.5) keV，感兴趣区域的本底为(0.015±0.002) counts/(keV kg yr)），他们没有找到无中微子双beta衰变的证据。考虑系统不确定性在内，他们给出的半衰期下限为T0n1/2 (130Te) >1.3 ×1025 yr (90% 的置信度)；该寻找的中值统计灵敏度为7.0 ×1024 yr。结合早期Cuoricino 和 CUORE-0 两个实验的结果，他们发现半衰期下限为T0n1/2 (130Te) >1.5 ×1025 yr (90% 的置信度)，这是目前对于无中微子双 beta 衰变的最强限制。将这一结果解释成有效 Majorana 中微子质量的限制，他们发现中微子质量上限为mββ<(110-520) meV，该范围反映了其中用到的核矩阵元的估计。（王亚坤）
First Results from CUORE: A Search for Lepton Number Violation via 0νββ Decay of 130Te
A. Alduino et al. (CUORE Collaboration)
Phys. Rev. Lett. 120, 132501 (2018)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.132501
利用 MAJORANA DEMONSTRATOR
寻找76Ge中的无中微子双β衰变
本项实验展示了无中微子双β衰变新的灵敏度水平，这个衰变过程如果存在将证明中微子是它们自己的反粒子。
MAJORANA 合作目前正在运行高纯Ge 探测器阵列用于寻找76Ge 中的无中微子双b衰变。 MAJORANA DEMONSTRATOR由 44.1千克（含29.7千克浓缩76Ge）的Ge探测器组成，分成两个模块放在一个低本底防辐射层内，这些探测器分散在两个由低本底防辐射层所包含的模块之间，实验装置位于南达科塔州利德市的桑德福地下研究中心。文中作者列出了设备建造、试运行以及全面开始运行期间所提取数据的结果。他们获得了关于Qββ前所未有的能量分辨率（半高宽2.5keV）和极低的本底水平，并且在9.95 kg yr 富集Ge 暴露下，没有得到了候选事件，这导致半衰期下限为1.9×1025 yr (90% 的置信度)。依赖于所采用的矩阵元，该结果将有效Majorana 中微子质量限制在 240-520meV 以下。在他们最低本底的实验设置中，本底为4.0+3.1-2.5 计数/(FWHM t yr)。（王亚坤）
Search for Neutrinoless Double-β Decay in 76Ge with the MAJORANA DEMONSTRATOR
B. Aalseth et al. (MAJORANA Collaboration)
Phys. Rev. Lett. 120, 132502 (2018)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.132502
GERDA第二阶段实验对76Ge
无中微子双β衰变限制的改善
本项实验展示了无中微子双β衰变新的灵敏度水平，这个衰变过程如果存在将证明中微子是它们自己的反粒子。
在液氩中操作富含76Ge的裸Ge二极管，GERDA实验寻找76Ge(76Ge→76Se+2e-)轻子数破缺的无中微子双b衰变。与他们先前发布的实验数据相比，宽能锗（BEGe）探测器的暴露量提高了三倍。通过分析探测信号的时间信息，BEGe探测器具有出色的本底抑制特征。在分析窗中，实现的本底水平为1.0+0.6-0.4×10-3 counts/ (keV kg yr)。如果归一化到能量分辨率，这是任何一个0nbb实验从未达到的最低本底。他们没有观测到有效信号，并结合他们先前的数据，给出置信水平为90% 的新的半衰期下限8.0×1025 yr。假定没有信号的情况下，中值灵敏度为5.8 ×1025 yr。（王亚坤）
Improved Limit on Neutrinoless Double- Decay of 76Ge from GERDA Phase II
M. Agostini et al. (GERDA Collaboration)
Phys. Rev. Lett. 120, 132503 (2018)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.132503
利用单分子荧光成像展示单钡离子
对无中微子双β衰变测量的灵敏性
探测单个钡离子的装置有可能是探索中微子特性的下一步实验的核心。
作者报道了标记136Xe双Beta衰变中钡子核的新方法。利用单分子荧光成像（SMFI）技术，展示了透明扫描表面处单个二价钡离子（Ba++）的分辨。单步荧光漂白证实了单离子解释。单个离子可以以超高分辨 被定位，并且在本底上可以以12.9s的统计显著性被探测。这为基于SMFI 和高压氙气时间投影室，发展新的潜在无本底的无中微子双Beta衰变技术奠定了基础。（王亚坤）
Demonstration of Single-Barium-Ion Sensitivity for Neutrinoless Double-Beta Decay Using Single-Molecule Fluorescence Imaging
A. McDonald et al. (NEXT Collaboration)
Phys. Rev. Lett. 120, 132504 (2018)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.132504
sd壳超核19ΛF 能级结构的首次测定
作者报道了从sd壳超核19ΛF中放出的g射线的首次观测。通过测量M1(3/2+®1/2+) 跃迁的g射线能量，确定19ΛF基态双重态1/2+和3/2+之间的能量间隔为315.5±0.4(stat)+0.6-0.5(syst)keV。另外，还观测到了三个g射线峰，并分别指定为E2(5/2+→1/2+)，E1(1/2-→1/2+)和E1(1/2-→3/2+)的跃迁。5/2+和1/2+ 态的激发能分别为895.2±0.3(stat)±0.5(syst) keV 和1265.6±1.2(stat)+0.7-0.5(syst)keV。结果表明，利用基于现有s-和p-壳超核数据的理论模型，可以很好地描述基态双重态能量间隔。（王亚坤）
First Determination ofthe Level Structure of an sd-Shell Hypernucleus, 19ΛF
S. B. Yang et al. (J-PARC E13 Collaboration)
Phys. Rev. Lett. 120, 132505 (2018)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.132505
原子、分子与光学
导读：宋新秀；责编：张文凯
多能级量子系统中的异常Rabi振荡
本文作者证明了，对于足够强的脉冲在一个多能级量子系统内的激发的Rabi振荡，其频率是由各能级之间的能量差而不是由脉冲区域决定的。即使在Rabi频率超过能级差的情况下，布居和相干性仍保留在由初始态和目标态形成的两能级子系统中。本文作者所观察到的动力学可用于非线性光谱学和量子态的制备中。
Anomalous Rabi Oscillations in Multilevel Quantum Systems
B. Y. Chang, et al.
Phys. Rev. Lett. 120, 133201 (2018)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.133201
氟离子的近K边缘双重和三重退吸附：单光子激发的直接双电子发射本文研究了单光子激发导致F−(1s22s22p6)负离子的电子双重和三重解离过程，其中，光子能量范围在660到1000eV。文中的实验数据为直接光致双重解离加一个单俄歇过程产生了F2+离子的反应通道的主导性作用提供了明确的证据。最后，文中借由对单个光子的吸收，确定了直接从F−中去除一对电子(1s+2p)的绝对截面。
Near-K-Edge Double and Triple Detachment of the F_Negative Ion: Observation of Direct Two-Electron Ejection by a Single Photon
A. Müller, et al.
Phys. Rev. Lett. 120, 133202 (2018)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.133202
过渡金属配合物中的
受激X射线发射光谱
本文测量并分析了Mn（II）和Mn（VII）配合物溶液中X射线Kα发射光谱的放大，其中作者使用了X射线自由电子激光以产生1s的内核能级-空穴粒子数反转。作者进而发现该受激发射可放大超过4个数量级直至饱和。另外，作者还观察到，受激发射带宽超过了Mn的1s内核能级-空穴寿命的展宽。在指数放大范围内，分辨率校正后的光谱宽度约为1.7eV并且在3个数量级的范围内都保持恒定，这表明出现了约1fs寿命的变换极限脉冲的累积。将放大状态驱动到饱和状态会导致光谱线的展宽和偏移。重要的是，对于输入的X射线脉冲，受激X射线辐射对Mn氧化态的化学敏感性在功率密度为〜1020W / cm2时保持不变。然后，作者讨论了受激X射线发射光谱与传统（自发）X射线发射光谱相比，信号灵敏度和光谱信息的差异。最后作者指出，他们的研究结果为无机化学，催化和材料科学中的各种过渡金属配合物的非线性X射线光谱研究奠定了基础。
Stimulated X-Ray Emission Spectroscopy in Transition Metal Complexes
Thomas Kroll, et al.
Phys. Rev. Lett. 120, 133203 (2018)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.133203
用强场光电子全息术
直接显示价电子运动
观察分子中价电子在其固有时间尺度上的运动一直是阿秒科学研究的核心目标之一，这需要使用具有亚原子空间分辨和阿秒时间分辨率的方法来进行测量。在强场隧道电离中的时间分辨光电子全息技术有望进入这个领域。然而，到目前为止，这仍然是一项具有挑战性的任务。在本文中，作者揭示了价电子运动的信息是如何在光电子动量分布（PEMD）的全息图中进行编码的，并开发了一种全新的检索方法。作为演示，作者将其应用于通过求解典型分子H2+的时间相关薛定谔方程而获得的PEMDs，阿秒电荷迁移可用皮米空间和阿秒时间分辨率来直接显示。本文的方法代表了监测更复杂的多原子和生物分子中的阿秒电荷迁移的一般方法，这是新兴的阿秒化学研究的中心任务之一。
Direct Visualization of Valence Electron Motion Using Strong-Field Photoelectron Holography
Mingrui He, et al.
Phys. Rev. Lett. 120, 133204 (2018)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.133204
应用于高精度反氢实验的超冷阴离子
阴离子La−被证明为第一个激光冷却负离子候选者。
利用反氢原子来研究物质-反物质对称性和反物质重力的实验需要超冷反氢原子达到终极精确度。比几个开尔文还要更冷的有希望的反原子研究途径涉及到通过激光冷却的阴离子对反质子进行预冷。由于价电子在以偏振和相关效应为主的阴离子中的弱结合，所以仅存在少数具有适当跃迁的候选系统。在这里，作者汇报了实验和理论研究的结合成果，以充分确定最有希望的候选原子阴离子La−的相关结合能，转换率和分支比率。利用组合的横向和共线激光光谱，作者最后确定了激光冷却转换的谐振频率为ν=96.592713（91）太赫兹，其过渡率为A =4.90（50）×104s-1。另外，借由全新的对于La−的高精度理论计算处理，作者计算出了还未进行实验测量的能级，转换率，分支比率和寿命，并以此来补充La−激光冷却周期的实验信息。这一新数据确定了La−对于激光冷却的适用性，并表明了这一冷却转换明显强于先前的理论研究。
Ultracold Anions for High-Precision Antihydrogen Experiments
G. Cerchiari, et al.
Phys. Rev. Lett. 120, 133205 (2018)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.133205
非线性光学中的光学手性：
在高次谐波产生中的应用
光学手性（OC）——电磁场基本量之一——对应着光的瞬时手性。它已被用于研究线性光学中的手性光物质相互作用，但尚未应用于非线性过程。为了探讨OC在螺旋极化高次谐波和阿秒脉冲产生中的作用，本文首先将横向和近轴光束的OC分离为极化和轨道项。继而发现，阿秒脉冲的偏振相关OC大致对应于准单色情况下的泵浦的偏振相关OC，而不是在多色泵浦情况下。作者将这种差异与多色泵浦的偏振OC沿着光学周期在时间上快速变化的事实联系起来，因此提出了，非瞬时极化相关OC和时间尺度加权极化相关OC，并且表明这些新量将多色泵浦的手性和它们产生的阿秒脉冲联系起来。本文提出的OC理论的扩展应该对于探索各种非线性手性光-物质相互作用具有重要意义。例如，它激励作者提出了一种用于产生具有可调椭圆率的高椭圆阿秒脉冲的三环泵浦。
Optical Chirality in Nonlinear Optics: Application to High Harmonic Generation
Ofer Neufeld and Oren Cohen
Phys. Rev. Lett. 120, 133206 (2018)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.133206
团簇库仑爆炸中
高度带电的里德堡离子研究
本文主要研究强光学激光脉冲与氩离子簇的相互作用中所产生的纳米等离子体的离子发射，并同时得到了电荷状态和反冲能量的求解。通过施加适当的静电场，作者观察到了大部分氩离子Arq+（q =1-7）具有结合能低于150meV的电子；即，NRyd≥15的能级被填充。在μs时间尺度上观察到的电荷状态变化可以归因于由于自由化里德堡状态引起的电子发射，这意味着高ℓ里德堡能级也被填充了。这些实验支持了理论预测，即在激光照射之后，与以数百电子伏的能量结合到纳米等离子体的离域电子的很大一部分填充了绝热膨胀过程中的毫电子伏结合离子态。最后，文章提出这个过程一般与扩大激光诱导的致密等离子体的长期演化有关。
Highly Charged Rydberg Ions from the Coulomb Explosion of Clusters
D. Komar, et al.
Phys. Rev. Lett.120, 133207 (2018)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.133207
测试再碰撞在N2+空气激射中的作用
众所周知，在飞秒光脉冲在空气中的成丝过程中，可以观察到N2+中从B到X跃迁过程的增益。虽然增益机制仍不清楚，但有人提出，再碰撞是增益的关键，这一过程对很多强场科学也是至关重要。本文通过直接比较泵浦光的椭圆率对空气成丝增益的影响来探讨这个假设。然后，通过测量也可用于产生高次谐波的稀薄气体射流的增益来解耦增益与空气成丝。这就使得作者可以比较增益对泵浦椭圆率的依赖性和高次谐波信号对基波椭圆率的依赖性，从而发现增益和谐波产生在光丝和射流中都有非常不同的行为。事实上，在射流中，作者甚至可以用圆偏振来测量增益。因此，作者认为，再次碰撞在反演的产生中并不起重要作用。
Testing the Roleof Recollision in N2+ Air Lasing
Mathew Britton, et al.
Phys. Rev. Lett. 120, 133208 (2018)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.133208
全同费米子与p波相互作用的
三体碰撞的标度律
本文通过实验证实了在p波Feshbach共振附近的6Li原子的超冷自旋极化气体中三体损耗系数的阈值行为和散射长度标度律。另外，作者还测量了三体损耗系数作为温度和散射体积的函数，从而发现，阈值定律和散射长度比例定律在有限的温度和磁场区域中保持不变。作者还发现，比例定律的崩溃则是由于有效范围项的出现。这项工作是全面了解与p波相互作用下全同费米子损失的很重要的第一步。
Scaling Law for Three-Body Collisions of Identical Fermions with p-Wave Interactions
Jun Yoshida, etal.
Phys. Rev. Lett. 120, 133401 (2018)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.133401
冷原子量子扫描显微镜理论
本文建议并分析了一台扫描显微镜，以监测腔体QED装置中冷原子的量子动力学。在连续测量理论框架下，显微镜通过色散耦合到腔体和零差检测来测量亚波长分辨率下的原子密度。文中分析了两种操作模式：首先，对于固定的焦点，显微镜记录了原子的波包动力学，其中时间分辨率由空腔寿命决定；其次，通过显微镜的空间扫描，可以绘制出静止量子态的空间密度。值得注意的是，在后一种情况下，对于一个良好的空腔极限，显微镜成为一种有效的量子非破坏装置，使得运动本征态的空间分布可以在单次扫描中被测量，且没有反作用。
Theory of a Quantum Scanning Microscope for Cold Atoms
D. Yang, et al.
Phys. Rev. Lett. 120, 133601 (2018)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.133601
光磁电子学中磁准涡旋
对布里渊光散射的影响
铁磁球面可以支持腔回音壁模式的光涡旋以及拥有非平凡自旋结构的光磁模式的磁准涡旋。这些旋涡可以通过它们的轨道角动量来表征。作者利用静磁模式下磁振子实验研究了回音壁模式中光子的布里渊散射，进而对光学涡旋和磁准涡旋之间轨道角动量的交换进行了仔细分析。作者发现轨道角动量守恒在布里渊光散射中导致了不同的非互易行为。通过将轨道角动量作为腔光磁电子学的新自由度，本文打开了手征光学和光自旋电子学的新路径。
Brillouin Light Scattering by Magnetic Quasivortices in Cavity Optomagnonics
A. Osada, et al.
Phys. Rev. Lett. 120, 133602 (2018)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.133602
非线性动力学和流体力学
责编：兰岳恒
在光子规范势下通过
离散频率衍射进行频谱控制
通过在光纤电路中使用光学相位调制器，我们在理论和实验上证明了其对冲击信号频谱具有强大控制，这类似于空间波导阵列中的离散衍射。调制相位作为频率维度上的光子规范势，实现了对频率梳的中心频率和带宽的有效控制。我们通过实验获得了一个冲击梳的50GHz频移和三倍带宽扩展，以及各种折射现象的频率模拟，包括离散和连续入射光谱频域中的负折射和完全聚焦。我们的研究为利用时间调制方案进行光通信和信号处理的多功能频率管理铺平了道路。（王诗旖）
Spectrum Control through Discrete Frequency Diffraction in the Presence ofPhotonic Gauge Potentials
Chengzhi Qin, et al.
Phys. Rev. Lett. 120, 133901 (2018)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.133901
经典动态单值的实验观察
如果哈密顿系统的基本作用量-角坐标在角动量-能量空间的闭合回路上不能返回到它们的初始拓扑状态，则称其具有非平凡的单调性。这个过程被预测会在动力学系统中产生可以看到的结果，称为动态单值现象。我们使用一个受到磁势和扭矩调节的球摆装置，通过一组环形轨迹演化中的相关拓扑变化观察到了非平凡单调性。（王诗旖）
Experimental Observation of Classical Dynamical Monodromy
M. P. Nerem, et al.
Phys. Rev. Lett. 120, 134301 (2018)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.134301
等离子体与束物理
责编：陈少永
利用等离子体尾场
共振wiggler产生γ射线
Bifeng Lei等人提出了一种基于激光-等离子体尾场共振wiggler的γ射线辐射源。wiggler由短脉冲激光在等离子体通道中诱发的质心振荡实现。电子（自）注入尾场之后，会在横向电场的作用下振荡，同时也会在纵向电场的作用下加速。当激光质心振荡与电子betatron振荡达到共振时，振荡会得到显著增强，辐射频谱将提升至γ波段。通过调节激光注入等离子体的方式，可以对辐射的极化实现轻易的控制。（杨生鹏）
γ-Ray Generation from Plasma Wakefield Resonant Wiggler
Bifeng Lei, etal
Phys. Rev. Lett. 120, 134801 (2018)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.134801
环向阿尔芬本征模驱动的
非线性衰变和等离子体加热
Qiu等人从理论上证明，环形等离子体中的环向阿尔芬本征模（TAE）可以参量衰变成测地声模和动理学环向阿尔芬本征模，并估算出相应TAE幅值的阈值为|δB⊥/B0|∼O(10−4)，其中， δB⊥为泵TAE的扰动磁场，B0为平衡磁场。这种新的衰变过程，不仅对高能粒子或α粒子驱动的TAE不稳定性的非线性饱和有贡献，而且有助于加热以及调节热等离子体的输运。（阳青程，牟茂淋）
Nonlinear Decay and Plasma Heating by a Toroidal Alfven Eigenmode
Z. Qiu, et al
Phys. Rev. Lett. 120, 135001 (2018)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.135001
DIII-D高性能放电下的耦合湍流、
驱动和E×B剪切流的准稳态
等离子体“捕食-猎物”系统
Barada等人在近零转矩高性能DIII-D托卡马克等离子体放电的边缘，观察到一种新的长寿命极限环振荡(LCO)机制。这些极限环振荡是局域化的，由密度湍流、梯度驱动和E×B速度剪切阻尼（E和B分别为局域径向电场和总磁场）组成。密度湍流依次充当梯度剖面的捕食者（通过湍流运输）和E×B速度剪切的被捕食者（通过剪切抑制）。本文首次阐述了对该系统存在必不可少的局域E×B速度的独特时空变化。极限环振荡系统是准稳态的，受硬件约束限制，可存在3到12倍等离子能量约束时间(约30到900个极限环振荡周期)。这种等离子体系统对高性能和无瞬态等离子体中的边缘输运作用明显，这一点从极限环振荡时间尺度下输运相关边缘参数的振荡可以看出。（阳青程，牟茂淋）
Quasistationary Plasma Predator-Prey System of Coupled Turbulence, Drive, and Sheared E×B Flow During High Performance DIII-D Tokamak Discharges
K. Barada, et al
Phys. Rev. Lett. 120, 135002 (2018)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.135002
超高功率亚纳秒微波束在
中性气体中电离诱发的自通道效应
Shafir等人通过将≤500MW，9.6Hz，<1ns的微波束注入~4.5×103 pa的空气或~103 pa的氦气，首次在实验上展示了电离诱发的自通道效应。等离子体由微波束驱动的碰撞电离产生，其密度在靠近微波束轴线处降低，这是由于轴线处的微波场最强，而气体的电离率会随着微波振幅的增强而减小。该等离子体通道能够抑制微波束的发散。各种诊断方法得到的实验数据与解析计算结果和particle in cell蒙特卡洛碰撞模拟结果能够很好地符合。（杨生鹏）
Ionization-Induced Self-Channeling of an Ultrahigh-Power Subnanosecond Microwave Beam in a Neutral Gas
G. Shafir, et al
Phys. Rev. Lett. 120, 135003 (2018)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.135003
尘埃声波湍流中相干激励的
互作用多尺度声漩涡
Po-Cheng Lin和Lin I以尘埃等离子体中三维间歇尘埃声波湍流为平台，在2+1D时空空间中，将多维经验模式分解为不同尺度模式，证实了作为声型波湍流基本相干激励的相互作用多尺度声涡旋的实验观察，该涡旋围绕虫状振幅孔细丝并且与缺陷丝吻合。对于不同的分解模式，振幅孔细丝的自相似重新缩放的指数寿命直方图和尘埃密度波动的自相似功率谱表明，类似的动力学规律在广泛的尺度范围内适用。除了互模式声涡对的产生、传播或湮灭之外，还发现具有相同或相反螺旋性的声涡旋的模内和模间相互作用，以及它们的纠缠和同步是声波湍流中的关键动力学过程，这类似于在流体动力学湍流中观察到的虫状洞周围的相互作用多尺度涡旋。（秦晨晨，牟茂淋）
Interacting Multiscale Acoustic Vortices as Coherent Excitations in Dust Acoustic Wave Turbulence
Po-Cheng Lin and Lin I
Phys. Rev. Lett. 120, 135004 (2018)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.135004
用激光频率失谐抑制双等离子体衰变
三维激光等离子体相互作用模拟表明，利用现有激光技术实现的激光频率失谐可用于抑制双等离子体衰变(TPD)不稳定性和相应热电子的生成。对OMEGA激光器上直接驱动惯性约束聚变内爆的等离子体条件和激光器配置的模拟表明，约0.7%的激光频率失谐就足以消除当前实验中双等离子体衰变驱动产生的热电子。这允许在未来内爆实验的设计中使用更高的激光强度来提高消融压力。（秦晨晨，牟茂淋）
Suppressing Two-Plasmon Decay with Laser Frequency Detuning Wave
R. Follett, et al
Phys. Rev. Lett. 120, 135005 (2018)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.135005
凝聚态物理：结构
责编：殷志平
玻色-爱因斯坦凝聚体混合物中
亮孤子到量子液滴的转变
吸引相互作用的玻色-爱因斯坦凝聚体可以承载两种类型的宏观自我束缚态：亮孤子和量子液滴。本文用一个限制在光波导中的Bose-Bose混合物研究了亮孤子和量子液滴之间的关系。作者从理论上表明，依赖于原子数量和相互作用强度，孤子和液滴可以平滑地连接或保持只在双稳态区域共存的不同的态。Cheiney等人测量了它们的自旋组成，提取出适合广泛参数的密度，并且绘制出了从液滴中分离孤子的区域边界。（麻晓波）
Bright Soliton to Quantum Droplet Transition in a Mixture of Bose-Einstein Condensates
P. Cheiney, etal.
Phys. Rev. Lett. 120, 135301(2018)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.135301
界面附近离子传输的电介质调控
在纳米装置中，离子迁移和离子电导现象一般是偏离块体行为的，该现象通常被归因于表面效应。作者研究表明，电解液和表面之间的电介质不匹配可以定性地改变离子的传输，这违反直觉。不是跟随极化诱导的浓度分布调制，流动性通过界面附近的离子大气的变化而增强或减弱，并且受到平行于表面的极化力的影响。除了揭示这种（界面附近离子迁移的）机制，作者还探讨了盐浓度和静电的耦合效应。（毛慧灿）
Dielectric Modulation of Ion Transport near Interfaces
Hanne S. Antila and Erik Luijten
Phys. Rev.Lett. 120, 135501 (2018)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.135501
简单液体中的原子动力学：
重温de Gennes窄化
通过中子或X射线散射测量复杂体系如液体、蛋白质、胶体和聚合物的动力学经常观察到de Gennes变窄现象。在总散射强度最大值附近的动力学特性的减慢通常归因于增强的协同性。通过检查2维、3维和4维的模型液体的时间依赖的成对关联函数和van Hove关联函数，Wu等人对这种现象的起源提出了另一种观点。作者发现弛豫时间随距离单调上升，而且对距离的依赖性也会随维度发生变化。Wu等人提出了一种基于简单几何模型的启发性的解释。这一发现为解释de Gennes窄化现象与α弛豫时间提供了新的线索。（刘瑞）
Atomic Dynamics in Simple Liquid: de Gennes Narrowing Revisited
B. Wu, T. Iwashita and T. Egami
Phys. Rev. Lett. 120, 135502 (2018)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.135502
大晶体系统中
自由能势垒的无监督计算
固态热激发机制的自由能之差的计算经常因为无法定义集体变量函数而难以进行，Swinburne与Marinica在此研究中准确的描述了其机制。即使成功定义了集体变量函数，研究中每种机制的描述要求也阻止了在越来越多的自动化材料模拟方案中实现计算。作者提供了一种基于路径的固态自由能之差的表达式，而不要求反应路径收敛，不需要集体变量函数、Gram矩阵估计或是基于概率流估计量。这种方法的通用性和有效性在C15间隙缺陷的复合变换与包含120000个原子的钨中的螺旋错位的双扭结成核中得到了证明。这两种情况在实验相关的温度下都表现出显著的非谐性。（刘瑞）
Unsupervised Calculation of Free Energy Barriers in Large Crystalline Systems
T. D. Swinburne and M. Marinica
Phys. Rev. Lett. 120, 135503 (2018)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.135503
超稳定金属玻璃的抗老化
超级稳定的金属玻璃(UMGs)有望解决常规金属玻璃的稳定性问题，因此研究UMGs具有异常重要的价值。作者利用x射线光子关联光谱技术，从原子尺度的角度研究了UMGs的稳定性。通过该技术的研究，他们发现了UMGs稳定性的一个特征，该特征能够导致UMGs具有相对于常规（快速淬火）金属玻璃比较慢的驰豫动力学行为。同时，在玻璃转变温度(Tg)附近退火，该特征还能够以一种独特的方式加快动力学行为。这个令人惊奇的现象叫做抗老化，该现象可以从势能面的角度去理解。 对于所有的样品，结构驰豫的过程都可以用一种高度压缩的密度涨落模型去描述。无论玻璃的稳定性如何，该模型都不受热处理影响。（毛慧灿）
Anti-Aging in Ultrastable Metallic Glasses
Martin Lüttich et al.
Phys. Rev. Lett. 120, 135504 (2018)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.135504
窄/宽槽内毛细凝聚的
修正的开尔文方程
作者探究了在宽度和深度分别为L,D的深槽中毛细凝聚转换发生的位置和顺序。在槽壁被液体完全浸湿的(接触角度为θ=0)槽中毛细凝聚转换是连续的，且发生的位置与槽深没有关联。然而如果槽壁被部分浸湿，这时候的转变属于一阶，毛细凝聚转变处的压力取决于修正的开尔文方程，该开尔文方程以一个被称作边缘接触角θE的量为特征，用以描述在槽顶处形成的弯液面形状。θE对槽深D的依赖关系，与在低密度类气相中槽底角落处是否形成弯液面有关。然而对于宽槽，当θ<45度时槽底角落处的弯液面总是存在，因此作者认为它们的形成在窄槽中是受抑制的。关于这一点还有一些含义，例如局部钉扎的弯液面和冷凝转变的位置是不同的，分别取决于接触角是否大于或者小于一个普适常数θ≈31度。作者通过仔细地密度泛函理论计算佐证了他们的观点，该理论显示，修正的开尔文方程在槽宽L和槽深D都达到了几十个分子直径数量级的体系中依然保有很高的精度。(曹锦)
Modified Kelvin Equations for Capillary Condensation in Narrow and Wide Grooves
Alexandr Malijevský and Andrew O. Parry
Phys. Rev. Lett. 120, 135701 (2018)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.135701
冲击压缩熔融石英的原位X射线衍射
石英被快速压缩到36GPa以上将从无定型材料转变为四方晶体。
由于在材料科学和地球物理学中的广泛应用，石英（SiO2）在冲击压缩下已被广泛检验。晶态石英(quartz)和熔融石英都通过一个所谓的“混合相区域”转变到一个稠密的，具有低压缩性的高压相。几十年来，石英在这一相的性质一直是一个有争议的话题。而在这一相下对于石英的结构也众说纷纭，被提出的结构类型就包括晶态超石英，一种高压结晶相，和另一种稠密的无定型相。作者利用平板冲击压缩实验和脉冲同步加速器X射线衍射技术研究了冲击压缩到63GPa的熔融石英的结构。和最近激光驱动的压缩实验相反，作者发现在压缩到34GPa以下熔融石英是一个稠密的无定型结构。一旦压缩到34GPa以上，熔融石英会转变成一个无纹理的多晶超石英结构。作者的成果能够解释之前熔融石英冲击压缩行为模糊的特性并且和最近的分子动力学模拟结果一致。在压缩超过几百个纳秒的尺度下超石英的晶粒尺寸估计处于5-30nm之间。(曹锦)
In situ X-Ray Diffraction of Shock-Compressed Fused Silica
Sally June Tracy, et al.
Phys. Rev. Lett. 120, 135702 (2018)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.135702
缔合咪唑：阐明静态介电常数
与质子电导率的相关性
宽带电介质光谱被用于研究超分子结构对氢键合的2-乙基-4-甲基咪唑和4-甲基咪唑中电荷传输和动力学的影响。详细分析揭示（i）平均超分子链长和质子电导率之间的反比关系和（ii）咪唑中的静态介电常数和质子传导率之间没有直接相关性。这些发现提出了关于扩展的超分子氢键网络促进氢键材料中的质子传导这一广泛概念的基本问题。（麻晓波）
Associating Imidazoles: Elucidating the Correlation between the Static Dielectric Permittivity and Proton Conductivity
Tyler Cosby, etal.
Phys. Rev. Lett. 120, 136001 (2018)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.136001
凝聚态物理：电子性质
责编：袁喆，马锋杰，沈卡
近固态量子比特中电荷扩散的
第一原理研究及其对传感器的影响
存在于固态顺磁体中的量子比特态因有望实现量子网络和新型纳米传感器而引起广泛关注。近期有研究表明，如果能在固体材料中实现具有相互作用的新型近量子比特态，那么就能够在体系中诱导电荷和自旋的涨落。本文中，作者利用第一性原理计算方法，开发出一套能够计算隧穿体系中点缺陷间电荷扩散的方法，并将其成功应用到金刚石中。计算结果表明，改变体系中近中性或带负电荷的氮-缺陷对间的距离或方向可对体系中电子态进行调节。利用该方法，同时能够计算出维持氮-缺陷传感器中量子相干态的临界距离。（刘钱）
First-Principles Study of Charge Diffusion between Proximate Solid-State Qubits and Its Implications on Sensor Applications.
J. Chou et al.
Phys. Rev. Lett. 120, 136401 (2018).
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.136401
范德瓦尔斯反铁磁NiPS3中的
电荷自旋关联现象
虽然已有研究表明在层状过渡金属三硫化物中存在本征的磁性，但是关于该材料中的电子关联效应却不十分清楚。本文中，作者以层状范德瓦尔斯反铁磁NiPS3为例，研究过渡金属三硫化物中的电子关联效应。实验发现，在Néel温度以下，利用光学光谱技术，可以在该材料中清晰观察到受磁场影响的光谱异常现象，从而表明该体系中存在电子关联现象。对该材料的X射线吸收谱和光电发射谱进行研究，同时揭示NiPS3是一种自掺杂的负电荷转移绝缘体，类似于空穴掺杂的高温铜近藤绝缘体。（刘钱）
Charge-Spin Correlation in van der Waals Antiferromagnet NiPS3
S. Kim et al.
Phys. Rev. Lett. 120, 136402 (2018).
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.136402
MgTa2-xNbxN3中拓扑
半金属相变的合金工程操纵
Dirac、三重点和Weyl费米子代表了三类拓扑半金属相，具有递减的能带简并特征，且已经在具有不同晶格对称性的特定晶体材料中分别实现。在这里Huang等人展示了一种合金工程操纵方法在MgTa2-xNbxN3单一材料系统中实现所有三种类型的费米子。基于对称性分析和第一性原理计算，他们绘出了合金浓度和晶体对称性参数空间中拓扑序的相图，其中具有最高对称性的本征MgTa2N3表现Dirac半金属相，且随着Nb浓度的增加而降低晶体对称性，依次变为三重点和Weyl半金属相。因此，合金工程操纵为实验上研究表现出不同费米子行为的半金属相的拓扑转变提供了一种独特的方法。（方子明）
Alloy Engineering of Topological Semimetal Phase Transition in MgTa2−xNbxN3
Huaqing Huang, etal
Phys. Rev. Lett. 120, 136403 (2018)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.136403
在实空间中观测手性1T-TiSe2中
2x2x2的电荷密度波
许多过渡金属二硫化物在低温时会发生电荷密度波或超导相变，特别地，近期有人提出手性电荷密度波可能存在于1T-TiSe2。借助于扫描隧道显微镜，可以清楚观测到该手性电荷密度波。然而，电荷密度波以及引起相应现象的周期性畸变的3D特征，由于低于扫描隧道显微镜的空间分辨率，不容易被探测出来。本文中，作者利用扫描隧道显微镜-缺陷技术研究1T-TiSe2中2x2x2电荷密度波的3D本质。结果表明，在z方向，电荷密度波存在反演对称性，而无手性，反驳了螺旋式电荷密度波堆叠和手性序存在的观点。
Local Real-Space View of the Achiral 1T-TiSe2 2 × 2 × 2 Charge Density Wave
B. Hildebrand et al.
Phys. Rev. Lett. 120, 136404 (2018).
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.136404
非线性传输探测电荷密度波
以及第二和第三朗道能级中的噪音
在第二朗道能级中，电荷密度波和分数量子霍尔效应之间的相互竞争会诱导可重入(reentrant)量子霍尔态的产生。尽管有实验证据证明可重入量子霍尔态就是电荷密度波，但其本质是什么仍然存在争议。本文中，作者利用非线性电子传输和噪声的相关性质研究第二和第三朗道能级中的电荷密度波。窄带噪声观测结果表明，第三朗道能级中的电荷密度波和第二朗道能级可重入的R2a和R2c量子霍尔态都含有易钉扎的类条纹序。同时，第二第三朗道能级中的电导率和直流偏压的关系也表明R2a、R2b和R2c可重入量子霍尔态不可能是泡沫（bubble）态，而是能和分数量子霍尔效应液体共存的电子液体晶序。（刘钱）
Competing Charge Density Waves Probed by Nonlinear Transport and Noise in the Second and Third Landau Levels
K. Bennaceur et al.
Phys. Rev. Lett. 120, 136801 (2018).
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.136801
112型铁基超导体中的中子自旋共振
Xie等使用非弹性中子散射研究了具有体超导性Tc= 22 K的112型铁砷化合物Ca0.82La0.18Fe0.96Ni0.04As2的低能自旋激发。在E=11meV附近发现二维自旋共振模式，其中共振能量几乎与温度无关，而与其他铁基超导体对比发现，共振能量与Tc线性相关。偏振中子分析显示，共振在自旋空间几乎各向同性，且无任何 Ｌ调制。由于独特的有锯齿形砷链的单斜晶体结构，As 4p轨道对于Γ点周围的三维空穴口袋和X点处的额外电子口袋有贡献。他们的结果表明，自旋共振的能量和动量分布并不直接与费米面的kz依赖性相关，并且在弱自旋轨道耦合情况下，自旋共振本质上是 Cooper对的单重态-三重态激发的自旋-1模式。（方子明）
Neutron Spin Resonance in the 112-Type Iron-Based Superconductor
Tao Xie et al.
Phys. Rev. Lett. 120, 137001 (2018)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.137001
CdEr2X4(X=Se,S)中具有
快速单极跳跃率的偶极自旋冰态
自旋冰中的激发表现为磁单极子，它们的总量和流动性控制着低温下自旋冰的动力学。据报道CdEr2Se4具有自旋冰的Pauling熵特性，但其动力学比经典的自旋冰Dy2Ti2O7快三个数量级。在这篇文章中，Gao等人使用漫中子散射表明CdEr2Se4和CdEr2S4都支持偶极自旋冰态—磁单极子库仑气的主体相。这些库仑气的参数与Dy2Ti2O7中的相似，即稀薄和无关联，因此不能只利用更大的单极子群体来实现三个数量级更快的动力学。他们用交流磁化率测量器和中子自旋回波谱仪研究了单极子动力学，并用非弹性中子散射验证了Er3 +离子的晶体电场哈密顿量。利用库仑气和晶体电场参数的单极跳跃率的定量计算显示CdEr2X4（X = Se，S）的快速动力学主要是取决于更快的单极跳跃率。他们的工作表明，CdEr2X4提供了研究另一种自旋冰基态和动力学的可能，且其平衡可能发生在比稀土焦绿石例子更低得多的温度下。（方子明）
Dipolar Spin Ice States with a Fast Monopole Hopping Rate in CdEr2X4 (X =Se, S)
Shang Gao et al.
Phys. Rev. Lett. 120, 137201 (2018)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.137201
简并非手性表面产生超手性光
Vázquez-Guardado和Chanda在具有空间重叠的简并等离子激元模式的几何非手性系统中，证明了一种产生超手性近场光的新型途径。在理论上，这个现象可以被一个旋转偶极子模型所解释：这个模型下给出了均匀单手性近场并且它的手性可以通过改变源的手性反转。作者提出基于这个性质可以利用近场光-物质相互作用来探测分子手性，并且用实验证明这种方法确实可以精准识别出一个手性分子的两种手性。(李松)
Superchiral Light Generation on Degenerate Achiral Surfaces
Abraham Vazquez, et al.
Phys. Rev. Lett. 120, 137601 (2018)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.137601
多铁性材料中
由缺陷引发的刺猬极化态
为了满足纳米科技持续发展的需要就要开发新方法来合成新型功能结构。在本篇快讯中，Li等人展示了非化学计量比纳米区域等纳米尺度的缺陷可以在多铁性材料BiFeO3中作为实现复杂电极化结构的基本构件。作者发现调节薄膜生长时基片的温度可以在BiFeO3薄膜中产生一个带电的非化学计量比纳米区域阵列。原子尺度扫描透射电子显微成像表明在这些非化学计量比区域出现了极化旋转图案。这些图案与刺猬或者涡旋拓扑结构类似，并且会引起晶体对称性的局域改变从而产生与高压电性下准同型相界类似的混合相结构。相-场模拟表明作者发现的极化结构主要由非化学计量比区域的带电态的引起。由此可见，缺陷设计可能会提供一种开发铁电和多铁性纳米器件的新型途径。(李松)
Defect-Induced Hedgehog Polarization States in Multiferroics
Linze Li et al.
Phys. Rev. Lett. 120, 137602 (2018)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.137602
气泡和条纹相中的电流
目前一系列不同材料系统的几何图案相中自旋和电荷的自发排序正受到关注。一个特别感兴趣的话题是这些有序相与由外部施加电流驱动的巡游电子间的相互作用。它不仅提供有关电荷序本身的重要信息，而且还可能在电流足够强的情况下操纵图案的形状和对称性。不幸的是，探测宏观阻抗的常规传输方法遇到了这样的情况：沿着样本边缘的电压降仅提供关于晶体性质的间接信息，因为复杂的电流分布是由非均匀基态引起的。在这里，Friess等人提出表面声波来研究这些破缺对称性相，特别地，对GaAs/AlGaAs异质结构中高质量二维电子系统中出现的气泡和条带相位作为典型示例。当驱动单向电流时，他们发现探测体样的声波传输与沿着样本边缘的电压降之间存在惊人的差异。他们的结果证明，在电阻输运测量中观察到的电流诱导的修正实际上仅是局部现象，而样品的其余大部分并不改变。更一般地说，他们的研究结果揭示了这些有序电子相受外部电流影响的程度，并强调了声学测量在研究这些非均相时的固有优势。（方子明）
Current Flow in the Bubble and Stripe Phases
B. Friess et al.
Phys. Rev. Lett. 120, 137603 (2018)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.137603
采用分束器实现自旋相干放大
无自旋轨道耦合的自旋晶体管操作使自旋电子学材料不再受强自旋轨道耦合要求的限制，扩大了自旋电子学材料的范围。
自旋晶体管是操控电子自旋输运的逻辑器件，实现这种器件需要自旋在一定长度下保持相干特性。本篇快讯中Yan等人报道了使用n型GaAs电容性分束器放大自旋的工作。实验中，作者采用横向电子聚焦测量获得自旋极化的信息，发现由发射器注入的部分自旋极化流可以被精准操控，并且其自旋极化率可以被分束器放大到50%左右。作者还证明放大的自旋仍然是相干的。他们的结果表明自旋极化的放大可以在没有自旋轨道耦合的材料中实现。(李松)
Coherent Spin Amplification Using a Beam Splitter
Cheng Yan et al.
Phys. Rev. Lett. 120, 137701 (2018)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.137701
自旋-轨道量子比特中
受g-矩阵调制的自旋电学驱动
在具有较大自旋轨道耦合的半导体自旋量子比特中，可以通过门电压来调制相干自旋的旋转。最近，本文作者Crippa等人研究了硅器件中利用空穴型自旋量子比特实现这种调控的可能性。在本篇快讯中，他们通过测量Rabi频率角度依赖性和空穴g因子的门电压依赖性及各向异性研究了相关的物理机制。作者展示了一套g因子矩阵的公式可以同时抓住并分辨出此前文献中分别讨论的两种机制的贡献：一种和g因子的调制有关，并且可以在塞曼能谱中被观测，而另一种则不能。作者提出的这种方法具有普适性，可以用来分析其他种类的自旋轨道量子比特。(李松)
Electrical Spin Driving by g-Matric Modulation in Spin- Orbit Qubits
Alessandro Crippa et al.
Phys. Rev. Lett. 120, 137702 (2018)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.137702
软物质与生物物理
责编：叶方富
在致密颗粒材料中的受控粘度
Gnoli等人在实验上研究处于机械振动的颗粒材料的流化过程，研究方法是监测悬浮在介质中并由外部马达驱动的叶片的角速度。随着振动频率的升高，他们观察到了一个可重入的相变：一个阻塞系统首先进入叶片以高恒定速率转动的流化态，之后再进入叶片速度低很多的摩擦态。虽然流化频率与材料无关，但粘度恢复频率显示了明显的材料依赖性。作者通过将该频率与系统的耗散力和惯性力之间的平衡联系在一起解释了这种依赖性。分子动力学模拟很好地再现了实验数据，证实了所提出的理论图像。（杨成）
Controlled Viscosity in Dense Granular Materials
A. Gnoli, et al.
Phys. Rev. Lett. 120, 138001 (2018)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.138001
纠缠聚合物流体中的边缘诱导剪切带
纠缠聚合物流体液气界面处的小扰动能产生深入流体内部的强剪切带。
尽管经过了几十年的研究，但高纠缠聚合物的溶液和熔体在受到外加稳定剪切时是否出现剪切带依然存在争议。从理论的角度来看，一个重要的悬而未决的问题是：剪切应力和剪切速率（均匀剪切态）的本构关系是否是单调的，或者，是否存在（能导致剪切带的）负斜率区域。在实验上通过测量流体内部流场的速度来解决这个问题会困扰于液气自由表面的不稳定性、也就是所谓的“边缘断裂”。本文中Hemingway等人通过数值模拟表明，即使是非常弱的边缘扰动——在实验上很可能未被注意到的完全边缘断裂的前兆——也会引起深入 72 69701 72 50411 0 0 6279 0 0:00:11 0:00:08 0:00:03 9259流体内部的、剪切带形式的强次级流。重要的是，即使潜在本构曲线是单调递增的，上述剪切带现象依然存在，从而排除了该现象是和边缘效应无关的真正体剪切带的可能性。（杨成）
Edge-Induced Shear Banding in Entangled Polymeric Fluids
E. Hemingway and S. Fielding
Phys. Rev. Lett. 120, 138002 (2018)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.138002
基于模态分析的人脑
冲击动力学的机制见解
数值研究表明，头部的撞击主要引起脑组织中的若干低频振荡，这一发现有助于运动头盔的设计。
虽然脑震荡是当今最大的健康挑战之一，但我们对伤害原因的物理理解是极其有限的。在本文中，Laksari等人通过有限元模型模拟了足球和头的撞击，并提取出了大脑形变的最主要模态行为。他们展示了，大脑的形变在接近30Hz的低频区域最敏感，并且还发现，对于绝大多数的次级脑冲击，大脑形变的动力学由一个单一的全局模式所主导。他们还展示了，在大脑这个超粘弹性介质中存在局域模和多模态行为。此动力学现象导致了应变集中模式，特别是在深脑区，这与之前报道的脑震荡病理是一致的。（杨成）
Mechanistic Insights into Human Brain Impact Dynamics through Modal Analysis
Kaveh Laksari, et al.
Phys. Rev. Lett. 120, 138101 (2018)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.138101
活性膜管的水渗透不稳定性
Al-Izzi等人研究膜管的不稳定性，管中单向离子泵驱动产生渗透压强差。他们发现了一种压强驱动的蠕动不稳定性，这和张力驱动的瑞利（Rayleigh）型不稳定性不同。他们讨论了该不稳定性如何有可能和膜结合细胞器（尤其是可收缩液泡复合体）的功能及起源相关。该不稳定性的异常长固有波长和在细胞中观察到的结果相吻合。（杜光乐）
Hydro-osmotic Instabilities in Active Membrane Tubes
Sami C. Al-Izzi, et al.
Phys. Rev. Lett. 120, 138102 (2018)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.138102
推导金融布朗运动的玻尔兹曼方程：
高频交易者集体活动的直接观察
利用个体金融交易者的活动数据，研究人员设计出了可以解释宏观市场趋势的微观金融模型
Kanazawa等人通过直接观察外汇市场中高频交易者的动力学，构建了金融布朗运动的一个微观模型。他们进而从高频交易者的微观动力学出发，发展了对金融市场进行系统描述的一个类似于分子动力学理论的理论框架。他们通过追踪全部个体的轨迹，首次提出了交易者趋势跟随行为的一个微观经验定律。该定律定量描述了高频交易者的集体活动，但是传统的订单薄模型没有给出这一定律。他们接着引入了相应的高频交易者的微观模型，并给出了和分子动力学理论类似的理论解：通过Bogoliubov-Born-Green-Kirkwood-Yvo级列方法，从微观动力学推出类玻尔兹曼和类郎之万方程。这是第一个被微观动力学数据分析所验证、并且和介观及宏观实证结果定量吻合的微观模型。（杜光乐）
Derivation of the Boltzmann Equation for Financial Brownian Motion: Direct Observation of the Collective Motion of High-Frequency Traders
Kiyoshi Kanazawa, et al.
Phys. Rev. Lett. 120, 138301 (2018)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.138301
无序地球物理介质中
动态质量输运的可解模型
Marder等人给出了一个大尺度和时间范围上地球物理材料输运的解析可解模型。该模型描述了长时间周期内气体向复杂吸收边界的流动。他们利用格林函数技术发现了该模型的一个解，并将其应用到三个更加复杂的吸收网络。（杜光乐）
Solvable Model for Dynamic Mass Transport in Disordered Geophysical Media
M. Marder, et al.
Phys. Rev. Lett. 120, 138302 (2018)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.138302
[文字编辑：谢晓芝]
来源：京师物理
编辑：zkai
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