PRL导读-2018年120卷05期
序
言
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普通物理：统计与量子物理
责编：涂展春
具有幂律衰减相互作用的
量子自旋模型中的多速预热
具备有限距离相互作用的均匀量子系统在淬火后的弛豫一般受到长寿命准粒子激发的弹道传播的驱动。这种准粒子激发用一个足够小的淬火就可以触发。在本文中，Frérot等人研究了d维单轴对称的晶格自旋模型具有长程相互作用（1/ rα）的情况。作者们发现当d<α< d + 2时，系统的纠缠和关联由于准粒子非线性色散关系ω∼kz<1的存在而被根本上改变了。在波矢较小的区域，这一色散关系会导致准粒子群速度的散度和超弹道传播。这意味着当关注k=0涨落的时候，系统在关联超线性增长的同时子系统观测值的弛豫时间会随着系统尺寸亚线性增长。然而，群速度的大色散导致在有限k涨落下弛豫时间对于波长极强的依赖性，与此同时，系统的纠缠很容易受到所有的这些变量的影响。作者的预测与目前进行的对非平衡动力学的一些实验研究直接相关，例如离子阱系统，超冷磁系统，还有光晶格中Rydberg原子系统。（马宇翰）
Multispeed Prethermalization in Quantum Spin Models with Power-Law Decaying Interactions
Irénée Frérot, et al
Phys. Rev. Lett.120, 050401 (2018)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.050401
二元游戏和操作性对偶关系
Bagan等人用可分辨游戏给出了波粒二象性的操作性涵义。二象性成为对赢得这些游戏的几率的约束。这一游戏需要借助N端干涉仪由3方玩家一起完成，其中Alice和Bob是合作者，而House将作为游戏的监督者。在一个被称为“路径”的游戏中，他们试图确定干涉仪中粒子的路径。在另一个被称为“相位”的游戏中，他们试图确定是哪一组已知的相位被用到了不同的路径上。监督者House通过掷硬币来裁定玩哪种游戏。作者发现了一个紧的波粒二象性关系，使得赢得这些游戏的概率联系了起来，并用这一关系可以找到赢得联合游戏的几率的上界。这个过程允许我们用分辨概率来表示波粒二象性。（马宇翰）
Duality Gamesand Operational Duality Relations
Emilio Bagan, etal
Phys. Rev. Lett.120, 050402 (2018)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.050402
广义哈代悖论
在本文中，Jiang等人提出了描述包括n个粒子的哈代悖论最一般的框架。这一普遍框架中囊括了哈代所提出的最原始的悖论形式以及之后Cereceda对其的推广。值得注意的是，对于任意n≥3,作者证明总存在较之前用于展示量子力学和局域实在论之间矛盾的悖论更强的广义悖论。本文也给出了一种基于三个量子比特用于观测这一更强的悖论的实验设计。进一步地，最一般的哈代不等式可以基于这些悖论构建出来，从而使得探测更多量子态的贝尔非定域性成为可能。（马宇翰）
Generalized Hardy’s Paradox
Shu-Han Jiang, Zhen-Peng Xu, et al
Phys. Rev. Lett. 120, 050403 (2018)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.050403
超非定域性以及混合非定域性
通常在量子比特或连续自由度上编码可以实现量子关联的受控生成和识别，这为量子信息科学奠定了基础。最近，一些包括了两种不同自由度组合的更为精细化方法被发展出来，用以改进传统方案。超纠缠描述同时在多个不同的自由度间的纠缠，而混合纠缠态是指在离散和连续的自由度之间共享的纠缠。在这项工作中，Li等人提出了一种能够结合这两种方法的方案，并将他们推广到了最强的量子关联形式。具体来说，本文作者证明了通过操作两个初始分离的全同粒子，可以在它们的自旋、动量以及自旋动量之间产生贝尔非定域性。作者还讨论了这一方案在原子和光子系统中可能的实验实现。（马宇翰）
Hyper-andhybrid nonlocality
Yanna Li, et. al
Phys. Rev. Lett. 120, 050404 (2018)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.050404
有限温度和强耦合情形的玻色极化子
与具有较弱相互作用的玻色气体玻色极化子耦合的移动杂质会显示一些有趣的效应。与具有吸引力的准粒子会在零温时单独存在不同，Guenther等人在本文中证明在有限温度下，当杂质-玻色子的相互作用足够强时，系统能谱可以分裂成两个准粒子。基态准粒子在处于玻色爱因斯坦凝聚的临界温度Tc时具有最低的能量，并且它会在T≫Tc时处于过阻尼状态.由于具有更高能量的准粒子是一个杂质与热激发的波戈留波夫模式集合的强混合体，所以它可以超过Tc而存在。这种现象并不局限于超冷气体，在有限温度下，当移动的杂质与大布居数的无能隙玻色模的介质耦合时就会出现。（马宇翰）
Bose Polarons at Finite Temperature and Strong Coupling
Nils-Eric Guenther,et al
Phys. Rev. Lett.120, 050405 (2018)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.050405
原子Hubbard模型和自旋模型中
随机淬火导致的Rényi熵
Elben等人提出了一个在一般的Hubbard模型和自旋模型中测量Rényi熵的方案。这个方案仅需要一个量子态的单个副本，并且对于任意空间维度的分区都是适用的。他们的方案是基于随机淬火生成的随机unitaries和标准的投影测量方法，这两种方法分别是通过受控的含时无序势场和量子气体显微镜来实现的。通过对比分区的尺寸分析生成unitaries的性质和统计误差的影响，他们发现这套方案可以在已有的量子模拟器中实现，并且可以用来测量诸如二维自旋模型中纠缠的区域标度律或者是多体局域化系统的纠缠增长。（李耿）
Rényi Entropy from Random Quenches in Atomic Hubbard and Spin Models
A. Elben, et al
Phys. Rev. Lett. 120, 050406 (2018)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.050406
关于量子态知识的无信息证据展示
Bob持有一个可以发射纯态量子比特的黑盒。从他的角度看来，这些出射的量子比特是均匀分布的。Alice希望给Bob一些展示她对于出射量子态有所了解的证据，但却基本不给他提供任何信息。本文中，Adlam等人证明这种零知识证明在现有的量子相对论协议下是不可能实现的，这一发现推广了 Horodecki之前的结论。作者还表明，这类协议不会同时是正确和完备的。在本文中，作者提出了一种新的量子相对论性协议，在高维情况下他们猜想这一协议将很接近对于Alice的安全最优，此时对Bob几乎不提供什么知识。最后，作者还分析了这一协议对于Bob所施加的一般性攻击以及Alice所施加的受限攻击的安全抵御能力。（马宇翰）
Knowledge-Concealing Evidencing of Knowledge About a Quantum State
E. Adlam and A. Kent
Phys. Rev. Lett. 120, 050501 (2018)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.050501
稠密矩阵的量子线性算法
求解线性系统的方程是在机器学习和最优化中经常遇到的问题。给定一个矩阵A和一个矢量b，任务是找到矢量x使得Ax=b。Wossnig等人构造了一个量子算法，对于谱范数有界的n×n维矩阵A，可以达到同稀疏度无关的运行时间标度O(k2n1/2polylog(n)/ε)。其中k表示条件数，ε是所需的精度参数。在应用于稠密矩阵时，这种运行时间标度相当于对已知的量子线性系统算法有了一个多项式的提高，并为解决量子计算机上稠密的线性系统问题提供了新的解决方案。此外，如果矩阵维度的秩是多重对数的，那么这个算法可以实现指数的提高。他们的算法是建立在一个对奇异值估算的子程序基础上的。这个子程序利用了一个可以高效准备量子态的内存架构。这些量子态就对应于矩阵A的行及其欧氏范数矢量。（李耿）
Quantum Linear System Algorithm for Dense Matrices
L. Wossnig, et al
Phys. Rev. Lett. 120, 050502 (2018)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.050502
用于小的逻辑量子比特架构的
误差透明量子门
构建量子计算机的最大障碍之一是门误差，在门操作中，单个量子比特态或一组量子比特态的物理演化与预期的幺正变换不匹配。门误差来源于控制误差和与环境相互作用中随机的单个量子比特误差的组合。虽然在减少控制误差方面人类取得了很大的进步，但是内禀的量子比特误差仍然是一个严重的问题，它限制了现代量子比特架构中门的保真度。与此同时，最近小的误差修正量子比特设备的发展给了我们提高逻辑状态持续时间的希望。但是把这些改进转化为对门保真度的提高仍然是一个复杂艰巨的任务。在这篇文章中，Kapit为小的逻辑量子比特设备上和设备之间的门架构构建了控制方案。这些设备保留了以前设备对单一量子比特误差的容错度，这些量子比特误差在门架构之前和门架构中的任何时候都有可能出现。他考虑了两种这样的设备，一种是三量子比特的比特翻转编码的被动实现，另一种是作者设计的非常小的逻辑量子比特(VSLQ) [E. Kapit, Phys. Rev. Lett. 116, 150501 (2016)]，并且为这两种设备设计了容错门装置。在这些模型中，有效的逻辑门误差率呈现超线性的误差减少以及单个量子比特周期的线性减少。这证明了被动的误差修正可以提高门的保真度。通过在超导量子比特上使用一个标准的唯象噪声模型，作者演示了一个可以在VSLQ上实现的一般性的单个或两个量子比特门装置。和其他在单个或两个量子比特上具有相同持续时间的操作相比，本文的设备可以把误差率降低一个量级。这些进展进一步表明，将小的逻辑量子比特加入到基于测量的编码中可以显著提高编码的性能。（李耿）
Error-Transparent Quantum Gates for Small Logical Qubit Architectures
E. Kapit
Phys. Rev. Lett. 120, 050503 (2018)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.050503
具有亚对数开销(Overhead)的纯化
有人猜测，对于任何T门魔幻态(magic state)的纯化方案，在输出误差率为ε前提下每输出一个魔幻态需要带噪输入的魔幻态(magic state)数目为Ω[log(1/ε)]。Hastings和Haah发现这个猜想是错误的。通过破坏(puncturing)量子Reed-Muller编码，他们发现了参数[|Σm i=w+1(m i),Σw i=0(m i), Σr+1 i=w+1(r+1 i)|]的量子误差修正编码，这套编码适用于任意整数m>2r,r>w≥0情形。当m>vr时，他们的编码在Clifford层级的第v级处允许一个横向的逻辑门。在层级v=3(T门)的魔幻态纯化方案中，输入和输出的魔幻态数目比为O(logγ(1/ε))，对于一些m、r、w的值，其中γ=log(n/k)/log(d)<0.678。当γ<1时，他们发现的一类编码中最小的是在≈258量子比特。（李耿）
Distillation with Sublogarithmic Overhead
M. Hastings and J. Haah
Phys. Rev. Lett. 120, 050504 (2018)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.050504
含有偏置噪声的表面编码的
超高误差阈值
Tuckett等人发现对一个噪声模型的表面编码的简单修改可以使误差修正阈值得到极大改进。在这个噪声模型中，泡利Z误差比X和Y误差出现的更加频繁。这种退相位主导的偏置噪声在许多量子结构中是普遍存在的。在纯的退相位噪声极限下，利用Bravyi、Suchara和Vargo提出的张量网络解码器，他们发现了一个43.7(1)%的阈值。在现实噪声偏差比的情况下，这个阈值仍然是非常大的，例如偏差比为10时阈值为28.2(2)%。实际上，对于所有的偏差值，它的表现都是在哈希(hashing)边界上或者是接近哈希(hashing)边界的。修改的表面编码在方格子上仍然使用weight-4稳定子，但是它仅仅需要测量Y的乘积而不是表面周围Z的乘积，因为这样可以令与占主导的Z误差相关的有用syndrome比特数目加倍。他们的结果表明，即使在拓扑编码的局部约束下，也可以通过对现实噪声模型的编码和解码器合适的裁剪找到更大的效率。（李耿）
Ultrahigh Error Threshold for Surface Code with Biased Noise
A. Tuckett, S. Bartlett, et al
Phys. Rev. Lett. 120, 050505 (2018)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.050505
对多粒子纠缠类进行凸优化
一个著名的描述多粒子纠缠的策略是利用随机局域操作和经典通信(SLOCC)的概念，但是要描述多粒子纠缠类却是非常困难的。考虑一个多粒子的量子态，Shang和Gühne首先证明在某一纠缠类中Gilbert算法可以被用来证明类的可分性或是属于任何已知的SLOCC纠缠类。接着他们提出了两个用来对SLOCC类进行凸优化的算法。第一个算法使用了一个简单的梯度方法，而另一个算法则使用了加速投影梯度方法。作为例证，他们将算法应用于有噪四光子Smolin态的束缚纠缠实验数据[Phys. Rev. Lett. 105, 130501 (2010)]进行似然率测试。（李耿）
Convex Optimization over Classes of Multiparticle Entanglement
J. Shang and O. Gühne
Phys. Rev. Lett. 120, 050506 (2018)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.050506
用超导量子处理器模拟多体局域化
统计物理学定律表明，初始处于非平衡态的封闭量子多体系统将会按照系统自身的动力学进行热化。然而，由相互作用和无序相互竞争导致的多体局域化极大地挑战了这一说法，因为它阻止系统演化到各态历经的热化状态。多体局域化同安德森局域化形成了鲜明的对比，后者只能处理无序情形下的无相互作用粒子。多体局域化的一个重要证据是纠缠熵的长时对数增长，然而由于在多量子比特单脉冲测量和量子状态层析上的实验困难，对它的直接观测仍然难以实现。这里Xu等人展示了一个可以完全模拟具有10量子比特超导量子处理器的多体局域化动力学的实验，这个实验表征了一个自旋1/2的XY模型，这个模型具有可调节的无序和长程自旋-自旋相互作用。他们给出了多体局域化的基本特征，例如初始非平衡引起的不均衡，违反本征态热化假设，更重要的是，他们提供了纠缠熵长时对数增长的直接证据。他们的结果为在大型多量子比特超导量子处理器平台上精确模拟量子多体系统的有趣物理现象奠定了坚实的基础。（李耿）
Emulating Many-Body Localization with a Superconducting Quantum Processor
K. Xu, J. Chen, et al
Phys. Rev. Lett. 120, 050507 (2018)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.050507
跨空间的光学振子在相位和频率上
分别实现毫弧度和10−17的比较
Sinclair等人利用双向交换的脉冲频率梳展示了载波相位的光学双向时频转移（载波相位OTWTFT）。在横跨4km混乱的自由空间中，载波相位OTWTFT实现了与一秒内1.2×10−17的剩余不稳性的频率比较。这超越了以往的OTWTFT10到20倍，使未来的高精度光学时钟网络能够实现。此外，利用载波相位，这一方法能够以平均每秒9毫弧度的精度持续追踪远端光学振子的相对光学相位变化。从而有效的延长光学相位在广阔空间上的相干性，以便实现在远程原子钟间的相干光谱学等领域的应用。（马宇翰）
Comparing Optical Oscillators across the Air to Milliradians in Phase and 10−17 in Frequency
L. Sinclair, H. Bergeron, et. al
Phys. Rev. Lett. 120, 050801 (2018)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.050801
引力与天体物理
导读：郭敏勇；责编：高思杰
位于1H 0707-495中超大质量黑洞的
反射光谱检验广义相对论
在之前的工作中，Cao等人推广了X射线反射模型RELXILL，并在天文黑洞的强引力场中对时空度规做了检验。在本文中，他们利用推广的模型，分析了1H 0707-495中超大质量黑洞来自于XMM-Newton, NuSTAR和Swift的数据，检验了Johannsen 形变参数a13，该参数描述对Kerr度规的偏离程度。他们的结果证实了1H 0707-495中的黑洞周围时空由Kerr度规来描述。
Testing General Relativity with the Reflection Spectrum of the Supermassive Black Hole in 1H0707-495
Zheng Cao, et al.
Phys. Rev. Lett. 120, 051101 (2018)
https://journals.aps.org/prl/pdf/10.1103/PhysRevLett.120.051101
暗物质结构坍缩
宇宙中的暗物质和重子的分布是被认为是不一样的：暗物质存在于扩展的冕上，而很大一部分重子则因为辐射失去很多初始能量，从而落入深势阱中。这种形态上的区别带来一个普遍认知：暗物质在任何尺度上都不能冷却和坍缩。Buckley和DiFranzo重新审视了这个假设，提出一个简单的例子，在“暗电磁机制”下，带电的暗物质可以发生引力坍缩，形成的特征质量尺度比Milky-Way-type星系的小的多。尽管位于螺旋星云的大多数暗物质会继续停留在冕上，但是，这样的一个模型导致了一种新的可能性，即星系及其暗物质带来了大量的坍缩亚结构。虽然这种结构的特征不容易被探测到，但其未来前景吸引人。
Collapsed Dark Matter Structures
M. Buckley and A. Di Franzo
Phys. Rev. Lett. 120, 051102 (2018)
https://journals.aps.org/prl/pdf/10.1103/PhysRevLett.120.051102
原子核物理
责编：彭婧
氧同位素的准自由(p,2p)反应：约化
单粒子强度的同位旋无关性的观测
为系统研究稳定和奇特氧同位素的结构，在R3B/LAND装置上，入射束流能量在300-450MeV/u范围内，用逆运动学，研究了氧同位素上的准自由单质子敲出反应。氧同位素链上的分离能变化很大，从而随着同位旋不对称度的改变，允许对单粒子强度一个定量上的理解。准自由敲出反应为中能单核子移除反应提供了一个补充的方法。文中确定了AO(p,2p)A-1N类型的准粒子敲出反应的单举截面,并与基于程函反应理论的计算结果进行了比较。得到了关于独立粒子模型的单粒子强度约化因子，并与最新的ab initio预言进行了比较。结果显示，约化因子关于质子中子不对称性没有任何显著的依赖。（王亚坤）
Quasifree (p,2p) Reactions on Oxygen Isotopes: Observationof Isospin Independent of the Reduced Single-Particle Strength
L. Atar et al.
Phys. Rev. Lett. 120, 052501 (2018)
https://journals.aps.org/prl/pdf/10.1103/PhysRevLett.120.052501
团簇的出现：晕、Efimov态
以及实验信号
利用新设计的自洽平均场与三体描述相结合的模型，Hove等人研究了原子核中晕（halo）以及Efimov态的出现。最近对重中子Ca同位素的兴趣使得72Ca(70Ca+n+n)成为中子滴线上的一个最佳的实际候选，他们以72Ca为典型的例子来说明其广泛适用的结论。通过平缓变换相互作用，他们模拟了从深束缚体系到超越结合能阈值的结构的渡越，发现对于三体结合能小于100 keV的情况，晕组态从平均场结构中出现。他们提供了Efimov态不可能存在于原子核中的有力证据。与Efimov态最相似的结构是一个空间延展超越中子核芯散射长度的巨晕。他们表示观察到的波函数的远距离衰减性质可能与短距离处粗块儿部分的性质显著不同，并且这样的演化可以利用其少体和多体相结合的公式进行追踪。这个关联对于解释那些初始态布居在反应中或通过beta衰变产生的测量非常重要。（王亚坤）
Emergency of Clusters: Halos, Efimov states, and Experimental Signals
D. Hove et al.
Phys. Rev. Lett. 120, 052502 (2018)
https://journals.aps.org/prl/pdf/10.1103/PhysRevLett.120.052502
来自手征动力学的轻核能谱
为了检测手征有效场理论框架在多大程度上影响我们对于少体和多体系统的认识，近些年，定域的手征相互作用被导出并被应用到量子蒙特卡洛方法中。在这篇文章中，基于他们前序工作中给出的一簇局域的两体相互作用，并结合通过拟合三核子体系中束缚和散射态观测量得到的手征三体相互作用，Piarulli等人展示了轻核的格林函数蒙特卡洛计算。这些相互作用的两p交换成分中包含了D的贡献。他们得到了质量在 A=4-12 范围内原子核的能级以及能级顺序，精确到小于结合能的2%,与实验很好的符合。（王亚坤）
Light-Nuclei Spectra from Chiral Dynamics
M. Piarulli et al.
Phys. Rev. Lett. 120, 052503 (2018)
https://journals.aps.org/prl/pdf/10.1103/PhysRevLett.120.052503
裁剪激光等离子体
为电子俘获产生更有效的核激发
Wu等人对等离子体环境中由电子俘获导致的原子核激发的最优参数进行了理论研究，该等离子体环境由超强激光和固体物质相互作用产生。作为案例分析，他们考虑一个源于长寿命的93mMo同质异能态的4.85 keV原子核跃迁，它能导致所存储的2.4MeV激发能的释放。他们发现，由于复杂性的等离子体动力学，原子核激发速率和所激发原子核的实际数目在相同的激光参数下没有达到它们的最大数目。利用高功率激光可达到的原子核激发比由直接共振所预测的值高12个数量级，比X射线自由电子激光的次级等离子-介质激发高6个数量级。他们的结果表明93mMo的原子核激发以及随后储能释放的实验观测在当今的激光装置中是可能的。（王亚坤）
Tailoring Laser-Generated Plasmas for Efficient Nuclear Excitation by Electron Capture
Yuanbin Wu et al.
Phys. Rev. Lett. 120, 052504 (2018)
https://journals.aps.org/prl/pdf/10.1103/PhysRevLett.120.052504
原子、分子与光学
导读：宋新秀；责编：张文凯
Oganesson的电子和核子定位函数：
接近Thomas-Fermi极限
本文利用费米子定位函数来讨论迄今为止发现的最重元素Oganesson中的电子和核壳结构效应。在7p电子壳层中的自旋轨道分裂变得如此之大（〜10eV），使得Og在价层区域中显示出类似均匀气体的行为，与较轻的稀有气体元素相比具有相当大的偶极极化能力。另外，本文还预测在Og中的核子定位也将经历在价层区域中的向Thomas-Fermi气体行为的过渡转变。这种效应，尤其对中子特别强，可以被归因于单粒子轨道的高密度。
Electron and Nucleon Localization Functions of Oganesson: Approaching theThomas-Fermi Limit
Paul Jerabek, et al.
Phys. Rev. Lett. 120, 053001 (2018)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.053001
电子波在势脊附近的传播
少电子原子具有不稳定的平衡构型，该系统的多电子势能面出现势脊。来自势脊的电子波的衍射使势能面改变形状并且产生虚力，表现为暂时的电子电子吸引力。本文是基于短波近似下非绝热修改的平面波而得到这一结果。
Electron Wave Propagation near a Potential Ridge
Hubert Klar, et al.
Phys. Rev. Lett. 120, 053401 (2018)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.053401
气体表面碰撞中振动能量重新分配：
甲烷在Ni(111)表面的态－态散射
本文在态－态散射实验中研究了甲烷和Ni(111)表面碰撞时其反对称C-H伸缩振动（ν3）的振动能量的命运。入射分子束中的激光激发制备了ν3的J = 1转动状态，再利用与选择性激光激发相结合的辐射热测量仪检测了散射的甲烷。实验得到的振转分辨散射分布揭示了从ν3到对称C-H伸缩振动（ν1）的非常有效的振动能量重新分配。分支比ν1/ν3接近0.4，并且对入射动能在100〜370meV范围内的变化不敏感。状态分辨角分布和剩余多普勒线宽的测量证明散射是直接的。实验观察到的振动非弹性散射为表面诱导的振动能量再分配提供了直接的实验证据。
Vibrational Energy Redistribution in a Gas-Surface Encounter:State-to-State Scattering of CH4 from Ni(111)
Jörn Werdecker, et al.
Phys. Rev. Lett. 120, 053402 (2018)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.053402
超快能量纠缠光子对的直接表征
能量时间纠缠的光子在许多量子光学现象中是至关重要的，并已成为量子信息协议中的重要元素。这种自由度的纠缠往往表现在超快的时间尺度上，因为光子计数检测器的时间分辨率不足，所以无论采用直接或干涉技术都很难检测到。本文实现了基于非线性相互作用和强飞秒激光脉冲的超快光子计数器来探测在这个重要的体系中的能量时间纠缠。使用这种技术和单光子光谱仪，作者在飞秒时间分辨率表征了两个纠缠光子的所有光谱和时间相关性。这使得作者能够利用不确定关系来见证能量时间纠缠，并且能够在超快时间尺度上直接观察非局域色散消除。这些技术对于理解和控制超快量子光学的能量时间自由度是至关重要的。
Direct Characterization of Ultrafast Energy-Time Entangled Photon Pairs
J. MacLean, et al.
Phys. Rev. Lett. 120, 053601 (2018)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.053601
自动平衡的Ramsey光谱学
本文设计了分离振荡场的Ramsey光谱方法的不受扰动影响的版本。在不损害时钟精度的情况下，原子钟转换的光谱学通过主动平衡来自不相等持续时间的相位一致Ramsey探测周期的光谱响应来完成。本文提出一种简单通用的方法消除了高精度光谱学中经常遇到的各种测量引起的光谱线偏移，包括光偏移、相位啁啾和瞬态塞曼偏移。作者通过实验证明在光偏移171Yb+电八极光时钟跃迁上的自平衡Ramsey光谱学，并显示出测量缺陷不会变成时钟误差。这为制备频率准确度达到10-18的水平的Yb+系统和其他类型的光学时钟打开了大门。
Autobalanced Ramsey Spectroscopy
Christian Sanner, et al.
Phys. Rev. Lett. 120, 053602 (2018)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.053602
毫开温度下钻石中
硅空位自旋的全光控制
钻石中的硅空位中心由于其良好的光学特性和光学可表征的电子自旋而在量子光子学领域提供了有吸引力的机会。在本文中，作者结合两者来实现其自旋态的全光相干控制。作者利用这种方法来探索超出声子诱导的退相干界限的富含杂质的样品中的自旋相移效应：在低至40mK的温度下采用Ramsey和Hahn-echo技术，作者确定了与取代氮自旋热库的共振耦合是电子自旋的限制退相干来源。
All-Optical Control of the Silicon-Vacancy Spin in Diamond at Millikelvin Temperatures
Jonas N. Becker, et al.
Phys. Rev. Lett. 120, 053603 (2018)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.053603
非线性动力学和流体力学
责编：兰岳恒
全光斯特恩-盖拉赫效应
Karnieli等人引入了一套新公式，其中非线性光学和频过程的傍轴耦合波动方程等价于描述空间变化磁场中自旋为-1/2的粒子动力学方程。这种解释产生了一种新的近轴光束经典态，这种状态由两个频率组成的互波束形成。作为一个简单的应用，他们提出存在全光斯特恩-盖拉赫效应。在非线性耦合中由于梯度的原因，一束惰性光折射成惰性互波和信号波（相当于相反方向的旋量），在两个离散方向传播。根据原光学系统的参数，斯特恩-盖拉赫偏转角和远场强度分布可以得到解析结果，为未来实验的实现奠定基础。（柴咪莎）
All-Optical Stern-Gerlach Effect
Aviv Karnieli, Ady Arie et al.
Phys. Rev. Lett. 120, 053901 (2018).
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.053901
受激拉曼散射对腔孤子的
持续时间和带宽有基本限制
时空腔孤子是在被动共振腔中能持续存在的光脉冲，它们在相干微谐振器频率梳的产生中起到了关键作用。在非晶材料形成的共振腔中，如熔融石英，由于受激拉曼散射，它们会出现光谱红移。在本研究中，可以看到这种拉曼诱导的自频移对时空腔孤子的持续时间和带宽有一个基本的限制。Wang等人通过理论预测认为，受激拉曼散射引入了一个以前未知的Hopf分岔，导致较大泵腔失谐时的腔孤子不稳定，从而能够限制孤子存在的失谐范围。在实验上，他们通过同步驱动光纤环形腔进行了大量实验，证实了他们的理论预测，并且得到了与数值模拟非常吻合的结果。此项研究成果对于未来基于非晶克尔频率梳系统的设计具有重要意义。（柴咪莎）
Stimulated Raman Scattering Imposes Fundamental Limits to the Duration and Bandwidth of Temporal Cavity Solitons
Yadong Wang, et al.
Phys. Rev. Lett. 120, 053902 (2018).
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.053902
光子波导准相位匹配超连续谱的产生
集成光波导上生成超连续谱是一种通用的宽带光源，所产生的光谱主要是由相位匹配条件决定。在这篇研究中，通过周期性调制波导结构的准相位匹配，为控制超快脉冲在超连续谱产生过程中的演化提供了一个有用的机制。本实验证明，准相位匹配超连续谱的TE20和TE00波导模式，在特定波段其强度提高了20分贝。作者利用高阶准相位匹配（高达第十六阶）来增强光谱中多个位置的强度。准相位匹配为超连续谱生成波导的结构设计增加了一个新的维度，使得光谱能够为特定应用而设计。（柴咪莎）
Quasi-Phase-Matched Supercontinuum Generation in Photonic Waveguides
Daniel D. Hickstein, et al.
Phys. Rev. Lett. 120, 053903 (2018).
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.053903
光学参量振荡器中的同时子
Jankowski等人首次展示了光学参量振荡器(OPOS)某种新工作模式，在此模式下，同时子（Simulton）的形成为OPOS提供了稳定的飞秒半谐波脉冲。同时子是在频率为ω的泵浦场和为2ω的信号场中同时存在的明暗光孤子，它们形成于二次非线性介质。OPO中同时子的形成是由于非线性脉冲加速度，泵浦重复周期和冷腔往返时间之差的相互作用。当谐振器稍微失谐（冷腔往返时间比泵浦重复周期长）时，sech 2具有很广的瞬时带宽也证明了这一点。作者对OPO在这些动态控制下的工作状态进行了理论描述，在实验中观察到了同时子形成的显著特征，并通过数值模拟验证了他们的结果。这个结果代表了非线性谐振器一种新的工作模式，它可以在任意波长下产生高效且可扩展的小周期频率梳源。(郑皓天)
Temporal Simultonsin Optical Parametric Oscillators
Marc Jankowski, et al
Phys. 48 64351 48 31323 0 0 9288 0 0:00:06 0:00:03 0:00:03 9286 Rev. Lett.120, 053904 (2018)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.053904
人造类压电Meta原子和分子的散射
在自然压电效应的启发下，Goltcman等人引入具有混合波的电力学meta-原子和meta-分子，它们由具有相似共振频率的耦合电振子和机械振子组成。作者研究了线性化电力学散射过程，并证明了利用混合波相互作用可以实现某些原本禁止的功能。例如，作者研究了一种对电磁波具有高度定向性的meta-分子二聚体，尽管它有很深的次波长。这种独特的行为是由于：虽然meta-分子在电学上是小的，但它对声学来说是大的。这一想法为电磁学和声学中许多令人振奋的动力学和现象的研究开辟了前景，并将对微型传感器、超分辨率成像、紧凑非互易天线等领域的研究产生影响。(郑皓天)
Scattering from Artificial Piezoelectriclike Meta-Atoms and Molecules
Leonid Goltcman, etal
Phys. Rev. Lett. 120, 054301(2018)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.054301
非均匀流体中的声流及其抑制
Karlsen等人对不同密度及压缩率的非均匀流体中存在的边界驱动声场流进行了理论和实验研究。在均匀流体中，这种声流是边界层耗散的结果（瑞利流）。他们发现，在非均匀流体中，一个附加的非耗散力密度作用在流体上，可以稳定特定的非均匀结构，从而显著地改变甚至抑制声学流动。作者对这种现象的理论和数值分析均有在非均匀碘氧醇水溶液里玻璃硅微芯片中进行的超声实验支持。(郑皓天)
Acoustic Streaming and Its Suppression in Inhomogeneous Fluids
Jonas T. Karlsen, etal
Phys. Rev. Lett. 120,054501(2018)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.054501
过渡区管道流体阻力规律
众所周知，当打开厨房龙头时，管流在低速下是层流，在高速下是湍流。在中等速度下，沿着管道存在一段层流与涨落的非层流“闪烁（flashes）”交替流动的过渡区，人们对此区依然了解不多。在19世纪，雷诺试图将这些流动状态定量联系起来，构成“阻力定律”，其中流体摩擦力为雷诺数的函数。虽然他对层流和湍流取得了成功，在过渡区却失败了，情况直到今天仍不太清楚。通过适当区分过渡区中的层流和“闪烁”流，Cerbus等人从实验上和数值上显示，过渡区阻力规律在层流和湍流段上分别与层流和湍流的阻力规律相同。(闫子硕)
Laws of Resistance in Transitional Pipe Flows
Rory T. Cerbus, et al.
Phys. Rev. Lett. 120, 054502 (2018)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.054502
封装在气泡中的液滴
本文报道了一种新的流体封装结构——封装在气泡中的液滴。通过注射泰勒流进入液体，气泡内液柱破裂导致稳定地产生封装着液滴的气泡。作者构建了一个模型来解释液柱破碎机理。当泰勒流注入散装液体后，首先，气塞形成气泡; 然后，下面的液塞渗入气泡并演变成液柱；最后，液柱分解成液滴并封装在泡中。作者给出了一个无量纲控制方案，能够造出不同尺寸的胶囊，验证了外部流中的封装稳定性，还提及触发封装释放的方法。这一发现支持流体输运等极具优势的潜在应用。(闫子硕)
Drop Encapsulated in Bubble: A New Encapsulation Structure
Yingnan Shen, et al.
Phys. Rev. Lett. 120, 054503 (2018)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.054503
惯性对非均质多孔介质中
流动和输运的影响
Nissan等人研究了在非均质多孔介质中高流速对流体流动和示踪剂输运的影响。他们模拟了具有不同结构复杂性的二维孔隙基质的流体流动和对流输运，发现随着雷诺数的增加，流动状态从线性转变为非线性。这种行为是由介质结构来控制的，其中较高的结构复杂性放大了惯性效应。违反直觉地是，流场的均匀度反而增加了，由此导致在保守的化学输运层面上更少的反常行为。作者用流体内动能的空间分布作为一个特征度量，通过一个连续时间无规行走模型来定量刻画了输运模式。(闫子硕)
Inertial Effects on Flow and Transport in Heterogeneous Porous Media
Alon Nissan and Brian Berkowitz
Phys. Rev. Lett. 120,054504 (2018)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.054504
等离子体与束物理
责编：陈少永
点火级直接驱动惯性约束聚变实验中
热电子预热的起源与定标
Rosenberg等人在国家点火装置(NIF)进行的平面激光-等离子体相互作用实验(LPI)中首次达到了点火级直接驱动惯性约束聚变的等离子体状态（电子密度特征长度：∼500-700 μm，电子温度：∼3-5 keV，激光光强：6~16x1014W/cm2）。不同于OMEGA装置中较短尺度等离子体，NIF装置的散射光数据表明在近四分之一的关键LPI物理中占主导作用的是受激拉曼散射(SRS)，而非双等离激元衰减(TPD)。而这两种机制的不同源于绝对受激拉曼散射和双等离激元衰减阈值。研究发现受激拉曼散射侧向散射光正切于密度等高线，同时还发现了一些其它的SRS机制。激光能量转换成热电子的比例与拉曼散射中观察到的转换比例一致，为∼0.7%到2.9%。本文估算了热电子产生的强度阈值，且发现使用硅消融器可以略微提高阈值，从∼4x1014W/cm2到∼6x1014 W/cm2。这些结果对于直接驱动点火设计中LPI热电子预热的缓解具有重要意义。（阳青程，牟茂淋）
Origins and Scaling of Hot-Electron Preheat inIgnition-Scale Direct-Drive Inertial Confinement Fusion Experiments
M. Rosenberg, et al
Phys. Rev. Lett. 120, 055001 (2018)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.055001
利用共振X光谱来记录
飞秒碰撞动力学过程
电子—离子碰撞的动力学特性是决定许多物理过程的重要因素，如：等离子体输运特性、非平衡等离子体演化、强X射线自由电子激光衍射成像中的电子损伤等。vanden Berg等人将直线加速器相干光源在固体密度的镁等离子体中产生的共振光谱作为诊断手段，首次在实验上揭示了超快电子引发碰撞电离的动力学过程。他们通过共振泵浦激发光学薄等离子体中高电荷态离子的1s→2p跃迁，测量发现了非共振电荷态在飞秒尺度碰撞过程中的产生方式。研究提出了一个符合实验结果的碰撞截面模型，并以此解释了碰撞截面因稠密等离子体效应而提高的原因。此外，非局域热力学平衡的碰撞辐射模拟与实验结果能够很好地符合，此项工作为稠密等离子体中的碰撞电离以及三体复合过程的研究提供了新的视角。（杨生鹏）
Clocking Femtosecond Collisional Dynamics via Resonant X-Ray Spectroscopy
Q. van den Berg, et al
Phys. Rev. Lett. 120, 055002 (2018)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.055002
航天器观测到的非对称磁重连期间
倾斜电子束导致的电子冻结定律失效
关于非对称磁重联的完备动力学模拟表明，存在流向磁拓扑X线的沿磁力线的电子束。Egedal等人发现，在~6de电子扩散区内，电子束会向局域磁场倾斜，同时会产生一个特殊的电子冻结定律失效的电子扩散区信号。此外，在地球向阳面磁层顶的非对称磁重联期间的原位磁层多尺度航天器观测结果也证实了之前的数值预测。（秦晨，牟茂淋）
Spacecraft Observations of Oblique Electron Beams Breaking the Frozen-In Law During Asymmetric Reconnection
J. Egedal, et al
Phys. Rev. Lett. 120, 055101
https://journals.aps.org/prl/pdf/10.1103/PhysRevLett.120.055101
地球磁鞘中可压磁流体动力学湍流：
利用原位航天器数据估算能量级联率
Hadid等人首先利用Cluster和THEMIS航天器的数据及可压缩等温磁流体动力学湍流定律，估算了磁鞘湍流的能量级联率|eC|。|eC|的平均值接近10-13Jm-3s-1，比其在太阳风中的值(在快风中约为10-16Jm-3s-1)大至少两个量级。研究表明，由不可压缩的阿尔芬扰动或可压缩的类磁声扰动引发的两种湍流被证明是主要因素。相较于不可压缩阿尔芬湍流，密度波动可以放大级联率和其空间各向异性。此外，对于可压缩磁声扰动，大的级联率主要位于线性动理学不稳定性的镜像模式附近。本文还证明了把|eC|和湍流马赫数及内部能量联系起来的新经验幂律。这些新发现在不可进行原位测量的远距离天体物理等离子体研究中具有潜在应用价值。（阳青程，牟茂淋）
Compressible Magnetohydrodynamic Turbulence in the Earth’s Magnetosheath: Estimation of the Energy Cascade Rate Using in situ Spacecraft Data
L. Z. Hadid, et al
Phys. Rev. Lett. 120, 055102 (2018)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.055102
凝聚态物理：结构
责编：殷志平
在原子蒸气中传播的二维
经典波的非平衡预凝聚
众所周知，用于描述量子流体动力学的非线性薛定谔方程不仅适用于大质量粒子，而且适用于光线在非线性介质中的传播并预测经典波的凝聚。本文中作者利用原子蒸气作为一个有效的二维非线性介质，来研究具有高斯统计特性的随机波的初始演化。近场图像的实验和理论分析都揭示了非平衡预凝聚现象，其特征在于快速松弛至高达75%的预凝聚。该预凝聚现象需要禁止性的长程相互作用的长度，这与完全热化到瑞利-金斯(Rayleigh-Jeans)平衡分布形成对比。（毛慧灿）
Nonequilibrium Precondensation of Classical Waves in Two Dimensions Propagating through Atomic Vapors
N. Šantić, et al.
Phys. Rev. Lett. 120, 055301(2018).
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.055301
可逆相变在准同型相界
强压电性能中的作用
具有共存的能量等效相的功能材料通常表现出非凡的性质，比如压电性、铁磁性和铁弹性，同时伴随的场致可逆相变。研究这种相变和材料性能之间的相互作用是非常重要的。作者使用可以建立与压电相关的微观结构演化的原位高能同步加速器X射线衍射结合2D几何散射技术在实验上揭示了场致可逆相变在实现增强的机电性能中的重要作用。在各种Pb / Bi基钙钛矿压电系统上的高通量实验表明，可逆相变可以通过在准同型相界处的电场触发，并且压电性能与电场驱动相变趋势高度相关。由电场驱动的相变的强烈趋势产生峰值压电响应。此外，相场模拟表明，电场驱动的相变可以大大提高偏振取向和压电响应。所提出的机制将有助于设计和优化新型压电材料，铁磁体或其他相关功能材料。（曹锦）
Role of Reversible Phase Transformation for Strong Piezoelectric Performance at the Morphotropic Phase Boundary
Hui Liu, et al.
Phys. Rev. Lett. 120, 055501 (2018)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.055501
可调液晶序的有机玻璃
众所周知，液晶经历几乎没有滞后的快速有序转换。Teerakapibal等人报道伊曲康唑（itraconazole）是一个显著的反例，其中超过20K/s的冷却速率避免了向列型到近晶型的转变。被截留在玻璃中的近晶序是平衡液体在端到端分子旋转的动力学停滞之前达到的排列。这归因于近晶序需要取向排序并且为电子应用制备具有可调液晶序的有机玻璃提出了一般条件。（麻晓波）
Organic Glasses with Tunable Liquid-Crystalline Order
R. Teerakapibal, etal
Phys. Rev. Lett. 120, 055502 (2018)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.055502
剪切颗粒物中的成核
Rietz等人提出了一个关于宏观颗粒填料结晶的实验。这个系统通常被认为是热致原子或胶体系统的模型。通过周期性地剪切摩擦球的填充物，作者观察到从一个无序态到有序态的一阶相变。这个有序态由混合了面心立方和六角密堆对称性的微晶以及与之共存的无定型体构成。由均相成核引发的转变克服了64.5％体积分数的屏障。成核主要由小核的溶解和已达到约十个球的临界尺寸的核的生长组成。（曹锦）
Nucleation in Sheared Granular Matter
Frank Rietz, et al.
Phys. Rev. Lett. 120, 055701 (2018)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.055701
铁电体巨大温度变化的
超快电场脉冲控制
现在人们对开发环保型固态冷却技术兴趣猛增。在本文中，Qi等人指出，通过适当设计的电场脉冲驱动使固体晶体转变到高温相，可以实现快速冷却速率（≈1011K /s）。具体而言，作者预测超快电场脉冲会导致PbTiO3在几皮秒时间尺度上出现高达32 K的巨大温度下降。作者用内能重新分配的概念来解释这个由电场脉冲引起的巨大温度变化的内在物理机制：电场对铁电晶体做功并重新分配其内能，动能重新分配的方式决定了温度变化，并且强烈依赖于电场时间分布。这个概念得到了作者对PbTiO3和BaTiO3的全原子分子动力学模拟的支持。而且，这种内能再分配的概念也可以用来理解电热效应。作者进一步提出用超快电场脉冲诱导巨冷效应的新策略。本文为理解电场引起的温度变化提供了一个通用框架，并突出了电场操控实现受控设计快速高效冷却技术的机会。（麻晓波）
Ultrafast Electric Field Pulse Control of Giant Temperature Change in Ferroelectrics
Y. Qi, et al
Phys. Rev. Lett. 120, 055901 (2018)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.055901
在纳米尺度下绘制
无衬底二维材料的热膨胀系数
电子显微镜可以产生二维材料热膨胀的纳米尺度图，这对于纳米电子器件的发展可能是重要的。二维材料包括石墨烯、过渡金属二硫族化物及其异质结，在如晶体管、自旋电子学、光伏等各种应用具有巨大的潜力。在设计基于二维材料的电子器件时，微型化虽然能显著提升其电学性能，但散热与热失配会成为问题。量化二维材料热膨胀系数需要在纳米尺度下对温度进行测量。在本文中，Hu等人引入了一种新奇的纳米尺度温度测量方法来测量温度并量化二维材料的热膨胀系数，该方法使用扫描透射电子显微镜结合电子能量损失谱确定二维材料等离子体共振峰的能量偏移随样品温度变化的函数。通过这些测量方法并结合第一性原理模拟，单层无衬底石墨烯和块体以及单层MoS2、MoSe2、WS2或WSe2的热膨胀系数都可以直接测量并绘制。（刘瑞）
Mapping Thermal Expansion Coefficients in Freestanding 2D Materials at the Nanometer Scale
X. Hu, P. Yasaei et al.
Phys. Rev. Lett. 120, 055902 (2018).
https://journals.aps.org/prl/pdf/10.1103/PhysRevLett.120.055902
双面吸附: 覆盖度的魔鬼阶梯
Tang等人通过将同种物质吸附在悬浮的原子级薄膜的两边实现了两个不同表面吸附系统的耦合。这个关于膜反射对称的新系统由具有两个轴的相图描述，两个轴代表同一元素的化学势，但是在不同的半空间中。对于钾元素吸附在石墨烯薄膜上的情况，结果表明吸附在薄膜一边的钾元素所占的比例呈现出分数的魔鬼阶梯状。具有更简单的分母的分数在更广泛的化学势能区域中是受欢迎的，这种模式让人联想起各种物理学中的其他分数系统。因为这种系统可以支持多个魔鬼阶梯，每个的吸附面密度都不相同，所以沿着相邻阶梯之间的边界的点可以任意接近违反吉布斯相规则。这种双面吸附几何结构为探索弱耦合表面对的表面科学提供了一种手段。（毛慧灿）
Dual-Sided Adsorption: Devil’s Staircase of Coverage Fractions.
Youjian Tang, et al.
Phys. Rev. Lett. 120, 056101 (2018).
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.056101
凝聚态物理：电子性质
责编：袁喆，马锋杰，沈卡
无序障碍阵列中二维电子气的
非单调经典磁导率
无相互作用的粒子在相同障碍构成并且障碍的位置满足泊松分布的阵列中运动形成洛伦兹气体，它是研究多种异质介质中输运现象的普适模型。 Siboni等人结合磁输运测量和经典分子动力学模拟研究了这种二维无序洛伦兹气体的性质。作者的实验结果和模拟结果定量上吻合，并且发现磁导率随垂直磁场的变化展现出很明显的峰。这个峰不能被现有的动力学理论所解释，而是与电子回旋半径小于单个障碍的尺寸时，电子沿着无序障碍阵列边界的定向运动有关。这种定向运动会在洛伦兹气体的绝缘体-导体相变点附近引发瞬时超扩散运动和强烈标度修正。（李松）
Nonmonotonic Classical Magnetoconductivity of a Two-Dimensional Electron Gas in a Disordered Array of Obstacles
N. H. Siboni, etal.
Phys. Rev. Lett. 120, 056601 (2018)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.056601
量子反常霍尔三明治异质结中的
轴子绝缘态
磁电效应来源于材料中磁和电之间的相互作用。在拓扑绝缘体中，由于受到对称性的保护作用，磁电效应会被量子化，形成拓扑磁电效应。该效应可在表面态有带隙，但是内部保持着时间反演对称性的轴子绝缘体里面被实现。本文中，Xiao等人在量子反常霍尔三明治异质结中利用电输运测量证明了该相的存在。相同样品的磁力显微镜图表明，在不同的矫顽场下，由于隔层之间的弱交换耦合作用，使得异质结中的上下层存在连续的磁逆转。当磁矩是反平行时，霍尔电阻和霍尔电导都不会有平台效应，同时伴随着巨大的纵向电阻以及消失的纵向电导，表明了轴子绝缘态的实现。该研究结果对磁电效应的实现提供了新的可能。（刘钱）
Realization of the Axion InsulatorState in Quantum Anomalous Hall Sandwich Heterostructures
D. Xiao et al.
Phys. Rev. Lett. 120, 056801 (2018)
https://journals.aps.org/prl/pdf/10.1103/PhysRevLett.120.056801
量子临界链中的拓扑和边缘模式
受拓扑保护的边缘模式一般存在于有块体带隙的材料中。最近研究表明，即使在无带隙的材料中，也存在边缘态。只是，当这些态的局域化是以指数形式衰减时，认为边缘态的形成仍然是由于能带中存在带隙。在拓扑超导体的相变点，观测到受拓扑保护边缘态，使得块体带隙自由度决定边缘态的形成存在争议。本文中，作者指出，在一维对称保护的拓扑相之间，拓扑性可以保护临界点时指数衰减的局域化以及零能量边缘模式且和块体有无带隙没有必然联系。这些边缘模式的稳定性依赖于拓扑不变量，其可以阻止由相同保角场论描述的两个模式之间的光滑连接。同时，临界相可以由保角场论的中间电荷和拓扑不变量所标记。另外，电荷数由相变附近不同边缘模式的数目所决定。数值模拟显示临界链的拓扑边缘模式在相互作用和无序下都是稳定的。（刘钱）
Topologyand Edge Modes in Quantum Critical Chains
R.Verresen, et al.
Phys. Rev. Lett. 120, 057001 (2018)
https://journals.aps.org/prl/pdf/10.1103/PhysRevLett.120.057001
Luttinger半金属中的非常规超导性
由于中心反演对称的破缺，半哈斯勒(Heusler)合金中存在受拓扑保护的非常规超导态。本文中，作者从单粒子对称性最高的最简Luttinger模型出发，研究自旋3/2体系中，非常规超导态的产生机制。作者从短程相互作用诱导的d波超导出发，阐明对应的金兹堡-兰道自由能的一般结构并将这些概念应用到各向同性的能带接触点。作者发现，对于一个正在消失的化学势，系统的基态由超导体模拟的单轴向列的状态所决定。然而，与液晶中实张量的理论所不同的是，该基态是由自由能的六次项所选择的。当化学势处于一个有限值时，在弱耦合和低温条件下，向列态还会有额外的不稳定性。特别地，自由能的单环系数表明，在弱耦合体系中，存在打破时间反转对称性的复杂序参量。（刘钱）
Unconventional Superconductivity in Luttinger Semimetals: Theory of Complex Tensor Order and the Emergence of the Uniaxial Nematic State
I. Boettcher and I. F. Herbut
Phys. Rev. Lett. 120, 057002 (2018)
https://journals.aps.org/prl/pdf/10.1103/PhysRevLett.120.057002
有阻挫的自旋为1的
金刚石型反铁磁体中的量子自旋液体
受最近合成的A位自旋为1尖晶石NiRh2O4的启发，Buessen等人研究了基于金刚石格子的有阻挫的J1-J2海森堡模型通过改变自旋长度S从经典到量子的过渡。应用最近发展的适用于任意自旋S磁体的赝自旋泛函重整化群方法，他们发现S≥3/2的体系处于经典区域，其中低温物理性质主要由共面螺旋的形成和热（有序到无序）转变主导。对于较小的局域磁矩S = 1或S = 1/2，他们发现该系统避开热有序转变，形成了一种涨落受限于特征动量空间表面的量子螺旋自旋液体。利用改进的J1-J2--J2⊥交换模型，他们发现对于NiRh2O4的四方相，即使引入强的局部单离子自旋各向异性，仍倾向于形成常规有序的Neel态（对于任意的自旋S），需要额外的阻挫来源来解释实验上观察到的热有序转变的缺失。（方子明）
Quantum Spin Liquids in Frustrated Spin-1 Diamond Antiferromagnets
Finn Lasse Buessen et al.
Phys. Rev. Lett. 120, 057201 (2018)
https://journals.aps.org/prl/pdf/10.1103/PhysRevLett.120.057201
腔磁极化声子的双稳定性
在量子信息处理和量子互联网中，广泛用到准粒子之间的相互作用，比如磁振子、腔微波光子、声子以及光学光子等准粒子间的相干耦合。在腔磁振子体系中，由于磁晶各向异性的存在，克尔非线性会影响磁振子和腔光子间的相互作用。本文中，Wang等人在钇铁石榴石球腔中对磁振子和极化声子的稳定性进行观测。实验发现，分别将钇铁石榴石的[100]以及[110]晶轴平行于静态外磁场时，体系中存在非常不一样的双稳定行为。作者指出，这和正或负系数相关的克尔非线性密切相关。除此以外，当外磁场远离腔磁极化声子的反旋转点，如果在较低的分支上施加一个驱动场，作者同时也能够观测到磁振子和腔光子的双稳定性。（刘钱）
Bistability of Cavity Magnon Polaritons
Y. Wang et al.
Phys. Rev. Lett. 120, 057202 (2018)
https://journals.aps.org/prl/pdf/10.1103/PhysRevLett.120.057202
整数和分数量子霍尔体系中的
极化激元
半导体量子阱中激子和微腔模式之间的强烈耦合会产生腔激子极化基元。极化激元在研究非平衡态凝聚和光学激发的超流体中起着重要作用。二维电子系统中的基本准粒子可以用激子极化子描述，这是因为电子-激子相互作用保证了费米海电子-空穴对激发对激子的影响。一个与之相关的开放性的问题是在电子占据扁平能带并且电子-电子间相互作用强烈时如何改进这种描述。Ravets等人开展了二维电子系统在强耦合区域下的腔光谱学研究，这种情形下极化激元共振会携带强关联量子霍尔相的信息。通过测量极化激元的劈裂在外加磁场下的演化，作者引入与充填因子相关的电子-激子相互作用证明了极化子描述所需修正。（李松）
Polaron Polaritons in the Integer and Fractional Quantum Hall Regimes
Sylvain Ravets, et al.
Phys. Rev. Lett. 120, 057401 (2018)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.057401
高压金属氢光学性质中
强的电声和能带结构效应
最近实验室中制备出金属氢的声明依赖于光谱的测量。Borinaga等人基于含时密度泛函和Eliashberg理论，对400到600GPa的压强下具有相应预言的I41/amd晶体结构的氢的反射率进行了第一性原理计算，包含从红外到紫外的光学特性。他们的研究结果表明，在6eV附近原子氢会出现一种带间等离激元，使得反射率突然被抑制，而大的超导间隙能量则使得在大约为120meV的红外区域的反射率急剧下降。实验估计的0.7-3eV范围内的电子散射率与他们的理论估计一致，表明在该能量范围内系统巨大的电子-声子相互作用支配了电子散射。这里预测的显著的光谱特征有助于将光学测量扩展到红外和紫外区域，正如他们的结果表明光学测量有可能用来识别氢的高压相。（方子明）
Strong Electron-Phonon and Band Structure Effects in the Optical Properties of High Pressure Metallic Hydrogen
Miguel Borinaga, et al.
Phys. Rev. Lett. 120, 057402 (2018)
https://journals.aps.org/prl/pdf/10.1103/PhysRevLett.120.057402
对所有拼花图求和的多圈泛函重整化群
Kugler等人给出了泛函重整化群（FRG）框架下的四点顶角（four-point vertex）的多圈流方程。这个多圈流是由连续的单圈计算和求和所有拼花图至任意阶组成的。这为FRG计算四点顶角以及自能提供了显著的改善。以X射线边缘奇异性为例，他们指出求解多圈FRG流等价于求解（一阶）拼花方程组，并且用数值结果说明了这一点。（方子明）
Multiloop Functional Renormalization Group That Sums Up All Parquet Diagrams
Fabian B. Kugler and Jan von Delft
Phys. Rev. Lett. 120, 057403 (2018)
https://journals.aps.org/prl/pdf/10.1103/PhysRevLett.120.057403
CH3NH3PbCl3单晶的近带边
光学响应：激子发光的光子回收
从基础物理学和光子器件应用的角度来看，卤化铅钙钛矿的带隙和激子能的测定是非常重要的。通过使用光致发光激发（PLE）谱，Yamada等人揭示了CH3NH3PbCl3单晶在近带边能量区域的光学性质。单光子PLE谱在3.11eV处显示1s激子峰。相反，双光子PLE谱不具有峰结构。这暗示着激子发光的光子再循环。通过分析激子的空间分布和光子再循环，他们得到了3.15eV的带隙能量和41meV的激子束缚能。（方子明）
Near-Band-Edge Optical Responses of CH3NH3PbCl3 Single Crystals: Photon Recycling of Excitonic Luminescence
Takumi Yamada, etal.
Phys. Rev. Lett. 120, 057404 (2018)
https://journals.aps.org/prl/pdf/10.1103/PhysRevLett.120.057404
单层半导体中
激子Rydberg态的磁光学
单层WS2和Wse2的光学品质在近期提高到可以在线性和非线性光谱中观测到激发很弱的Rydberg态信号。Stier等人在65T磁场下研究了单层半导体WSe2中激子里德伯态的磁吸收光谱。2s、3s和4s等中性激发强烈依赖外场的不同的能级移动可以用来清楚识别这些激发态并和理论模型进行定量的比较。这些s激子态的大小和能量都和使用了二维半导体的非类氢屏蔽Keldysh势能的具体数值模拟结果符合得很好。此外，在最高的磁场下，弱束缚3s和4s激子几乎线性的抗磁移动提供了直接实验测量的激子约化质量mr=0.20±0.01m0（李松）
Magnetooptics of Exciton Rydberg States in a Monolayer Semiconductor
A. V. Stier etal.
Phys. Rev. Lett. 120, 057405 (2018)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.057405
双层石墨烯中门电压操控
量子霍尔边缘态透射
由于技术的发展使得实验上制备的双层石墨烯的品质有了大幅度的提高，这使得我们可以实现多种边缘态。这些二维电子气中量子霍尔效应和分数量子霍尔效应等的边缘态会携带块体激发的关键信息。Li等人证明了可以通过门电压操控双层石墨烯边缘态透过高度可调的势垒的透射率。背散射率可以从0连续变化到接近1的全投射，并依次在系统独立模式完全背散射时呈现分数量子化值。Li等人的实验证明了在双层石墨烯中边缘态的可控操作是可行的，也打开了进行更多复杂实验的大门。（李松）
Gate-Controlled Transmission of Quantum Hall Edge States in Bilayer Graphene
Jing Li et al.
Phys. Rev. Lett. 120, 057701 (2018)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.057701
软物质与生物物理
责编：严钢
缠结聚合物溶体的纳米流变性
微观流变学是测量介质粘弹性的非常有效的技术手段，其主要通过观测介质中的粒子的运动轨迹来实现。被观测的粒子通常会远大于介质的结构尺度，而本文则探讨了粒子小于或近似于介质结构尺度的情况。具体地，作者采用分子动力学模拟的方法，通过观察缠结聚合物溶体中的纳米粒子的运动轨迹来测量该溶体的局域粘弹性。作者计算了纳米粒子不同直径时溶体的有效应力驰豫函数GGSE(t)与纯聚合物溶体的应力弛豫函数G(t)之间的差异，这种差异反映了纳米粒子之间的不完全耦合以及溶体的动态模式。结果显示：对于线性聚合物，当纳米粒子的直径超过缠结网格的大小时，GGSE(t)会涌现出一个平台区。随着纳米粒子的直径继续增大，GGSE(t)逐渐接近G(t)的缠结平台区；对于环状聚合物，当纳米粒子的直径增大时，GGSE(t)逐渐接近G(t)，但无缠结平台区（因为环状聚合物溶体不存在稳定的缠结网络）。该工作是将微观流变学推广到纳米尺度的一次有益尝试。
Nanorheology of Entangled Polymer Melts
Ting Ge, et al
Phys. Rev. Lett. 120, 057801 (2018)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.057801
生物融合组织的顶点模型中
存在柔性但尖锐的界面
胚胎中的细胞倾向于按照不同类型分隔，从而形成界线明显的生物组织。对这种现象的解释通常是类比于不相溶的液体，比如油和水，因表面张力而自然分隔。然而，生物细胞与被动的分子有着明显的区别：前者会对周围的环境，即它的邻居，做出主动的响应。正是基于这种考虑，Sussman等人模拟了相邻细胞相互作用的顶点模型，并假设不同类型细胞间的界面张力与相同类型细胞间的有明显差别。模拟结果显示细胞间的这种特定相互作用可以导致生物组织中的尖锐界面。值得一提的是，本文中细胞间的相互作用是基于拓扑而非距离，而以往关于集群行为和自驱动粒子的研究也同样发现基于拓扑的相互作用会产生新奇的物理现象。
Soft yet Sharp Interfaces in a Vertex Model of Confluent Tissue
D. Sussman, et al.
Phys. Rev. Lett. 120, 058001 (2018)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.058001
活性流体中被动物体间
普适的长程相互作用
被置于活性流体中的单个非球状物体，会因为时间反演对称性的破缺而产生水流。而本文则主要研究两个或多个被动物体被置于活性流体中的情况，结果发现被动物体引起的这些水流会产生长程的作用力和转矩。采用多极展开的方法，作者将这种长程作用的主要行为表达为单个物体的可观测量，发现长程作用随着距离的增大而呈现幂率衰减，而且这种长程作用是各向异性的、违反作用力与反作用力基本原理。同时作者展示了这种长程作用可导致的丰富的动力学现象，比如同步旋转、结对移动等。这种长程作用可以通过改变浸入物体的形状来调节，因此该文的结果也提供了一种设计自组装材料的新途径。
Generic Long-Range Interactions Between Passive Bodies in an Active Fluid
Y. Baek, et al
Phys. Rev. Lett. 120, 058002 (2018)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.058002
波动收益导致的不公平
和反常进化动力学
进化发生在可以繁殖的群体中，而繁殖则依赖于进化策略的收益。传统的进化博弈论通常假设收益矩阵是不变的。然而进化环境具有不确定性和随机性，因此收益应当是时变的。收益的时变性如何影响进化动力学仍然是一个未解决的重要科学问题。在本文中，Stollmeier和Nagler探讨了具有任意幅度和协方差的时变收益对进化的影响，结果表明收益的波动性可以导致不公平的进化，即两种共存的策略长期处于不同的收益水平。这种机制使得囚徒困境中的合作者和背叛者能够长时间地、反常地共存，也可导致鹰鸽博弈中出乎意料的选择反转。该文的结果表明进化动力学中的反常稳态或许源于收益波动引起的遍历性破缺。
Unfair and Anomalous Evolutionary Dynamics from Fluctuating Payoffs
F. Stollmeier and J. Nagler
Phys. Rev. Lett. 120, 058101 (2018)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.058101
细胞器囊泡分选的随机模型
膜结合细胞器的一个重要功能是对膜组分进行分选和调度。这一过程是由囊泡出芽与融合时的分子识别所调控。一个有趣的科学问题是囊泡的出芽和融合过程如何相互作用使得细胞器在不断地交换物质的同时维持明晰的组分。以前的理论着重研究细胞器之间交换物质的稳态和平均性质，而细胞内输运的随机性则很少被关注。本文作者将初始混合于同一区室内的两种膜组分的完美分选视作首通过程，并解析得到了该随机过程的平均首通时间。结果显示，随着囊泡的融合与出芽的速率之比增大，平均分选时间呈现两种截然不同的性质：较低的速率比可快速完成分选，但分选出的大多数区室都较小；较高的速率比可以分选出两个明显的区室，但完成速度很慢。该结果表明了囊泡的融合与出芽的速率存在一个最优的比值，在该比值下分选过程能够既快速又有效；同时也展现了细胞内输运的随机性对区室组织的稳定结构的重要性。
Stochastic Model of Vesicular Sorting in Cellular Organelles
Q. Vagne and P. Sens
Phys. Rev. Lett. 120, 058102 (2018)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.058102
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[文字编辑：谢晓芝]
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