PRL编辑推荐文章导读－2018年120卷06期

京师物理公众号祝各位读者新春快乐！

[由于春节假期，本期主要对PRL编辑推荐文章进行导读。另有少量文章是责编和学生根据个人兴趣额外进行导读的。]

二维均匀费米气体

二维均匀超冷费米气体被约束在箱势阱中。相比于谐振势约束气体，这种系统在探测强相互作用系统上具有优势。

Hueck等人在实验上实现了在箱势阱中约束二维均匀费米气体。这种均匀的二维系统与约束在谐振子势中的气体不同，非常适合探测强相互作用多体系统中的局域和非局域性质。作为第一个基准实验，作者使用一个局部探针来测量无相互作用二维费米气体的密度与化学势的函数关系，发现与相应的状态方程非常符合。然后作者进行了物质波的聚焦，以得到系统的动量分布，并且在接近单位占据的动量态中观测到了泡利阻塞。最后作者测量了从相互吸引费米子到玻色二聚体过渡中的相互作用均匀二维气体的动量分布。（刘录／郭文安）

Two-Dimensional Homogeneous Fermi Gases

Klaus Hueck, etal.

Phys. Rev. Lett. 120, 060402 (2018).

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.060402

无序势中超冷原子谱函数的测量

对无序势中超冷原子谱函数的第一次直接测量有可能使未来研究安德森相变附近临界区域成为可能。

Volchko等人报告了光学散斑场导致的三维无序势中无相互作用超冷原子谱函数的测量。通过改变无序强度两个数量级，作者观察到从较低无序的量子微扰区域到强无序的经典区域的渡越，发现与数值模拟吻合很好。这一方法依赖于对态依赖型无序的使用和原子的受控转移来产生明确的能量态。这为三维安德森局域化的实验研究开辟了新的途径。（崔石峰／郭文安）

Measurement of Spectral Functions of Ultracold Atoms in Disordered Potentials

Valentin V. Volchkov, et al

Phys. Rev. Lett. 120, 060404 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.060404

新LISA探测器已超过对自由落体

性能要求：噪音降到20微赫兹

在第一批结果公布的几个月中，由于提高了非惯性效应的修正和静电力的校准，检验质量周围的压力持续减小，从而减少了布朗噪声。此外由于多种噪声测量的成功应用，已使噪声降到了20微赫兹。激光干涉太空探测器（LISA）的最终结果表明，该卫星的技术符合天基引力波探测的要求。(郭敏勇/高思杰)

Beyondthe Required LISA Free-Fall Performance: New LISA Pathfinder Results down to 20μHz

M. Armano, etal.

Phys. Rev. Lett. 120, 061101 (2018)

https://journals.aps.org/prl/pdf/10.1103/PhysRevLett.120.061101

在13TeV质子质子对撞中搜寻暗光子

在大型强子对撞机上搜索暗光子再次扑空，但是实验给出了暗光子与常见的电磁场的耦合常数的上限。该搜索使用了LHCb探测器上积累的积分亮度为1.6fb-1的数据，试图在13TeV质子质子对撞中，利用暗光子衰变A′→μ+μ−来搜索长寿命抑或瞬间衰变的暗光子。瞬间衰变的暗光子的搜索覆盖了质量区域从双μ子的质量阈值一直到70GeV的范围，长寿命A'的搜索则限制在低质量区间214<m(A′)<350 MeV。该搜索没有发现一个信号事例，因此在90%置信度给出了 γ–A′ 动力学混合的排除极限。该限制在质量区间10.6<m(A′)<70 GeV是迄今为止对瞬间衰变的A′最严格的限制；另外在m(A′)<0.5 GeV也与已知的最好限制相当。这也是通过移位顶点的痕迹（displaced-vertex signature）来搜索长寿命暗光子首次达到实验灵敏度。（晁伟、刘晓辉）

Search for Dark Photons Produced in 13 TeV p p Collisions

R. Aaij et al. (LHCb Collaboration).

Phys. Rev. Lett. 120, 061801 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.032001

分子的相干双色力偏转

本文证明了相干光学双色力对分子极性自由基单氢氧化锶的影响。双频回射激光束相干地将动量施加到单氢氧化锶的低温束上。这种定向光子交换产生了横向偏转分子的双色力。通过调整正向激光束和反向传播激光束之间的相对相位，作者改变了施加的力的方向。作者利用双色激光器的光学脉冲控制单氢氧化锶分子的温度和运动，这是捕获分子的一个步骤，并且打开了进一步操作分子运动的大门。(宋新秀/张文凯)

Coherent Bichromatic Force Deflection of Molecules

Ivan Kozyryev, et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 063205 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.063205

通过多个表面态耦合显著增强多层

结构中的近场电磁热传递

Iizuka和Fan展示了多层热体之间的近场电磁热传递可以通过多个表面的表面态的贡献而显著增强。作为一个示范，作者表明了当形成多层结构的材料之一由Drude模型描述，而另一个是真空时，在相同的间隙间距下，与由相同Drude模型描述的两种半无限材料之间的热传递相比，所得传递效率可高达40倍。此外，该系统的热传导系数对间隙函数具有非单调依赖关系。系统中的增强效应也适用于现实材料。（张聪/兰岳恒）

Significant Enhancement of Near-Field Electromagnetic Heat Transfer in a Multilayer Structure through Multiple Surface-States Coupling

Hideo Iizuka and Shanhui Fan

Phys. Rev. Lett. 120, 063901 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.063901

光子拓扑谷霍尔边缘态的观测

Noh等人通过实验证实了反射对称破缺的二维蜂窝光子晶格中谷霍尔效应产生拓扑边缘态。Noh等人通过失谐两个蜂窝子晶格折射率打破反射对称性，产生类似氮化硼的能带结构。因此边缘态沿着具有相反谷陈数区域之间的畴壁存在。Noh等人对扶手椅型畴壁和锯齿形畴壁都进行了研究，发现前者对于任何失谐都是有间隙的，而后者在达到截止点之前保持无间隙。谷霍尔效应为实现时间反转不变光子拓扑绝缘体提供了新的机制。（张聪/兰岳恒）

Observation of Photonic Topological Valley Hall Edge States

Jiho Noh, et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 063902 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.063902

基于半导体的八字形光纤

激光器中的脉冲光寻址

Chaparro和Balle通过实验证明，由基于半导体的保偏八字形光纤激光器发射的光脉冲是时间局域化的结构，可以通过在不同的延迟时间对单个脉冲进行光学回馈来分别开启和关闭。作者还探讨了等间距局域结构簇的形成，这些局域结构簇可以被解释为背后周期模式的一部分—谐波状态，并且他们提出了一个用于解释观测结果的基本理论框架。（张聪/兰岳恒）

Optical Addressing of Pulses in a Semiconductor-Based Figure-of-Eight Fiber Laser

D. Chaparro and Salvador Balle

Phys. Rev. Lett. 120, 064101 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.064101

微冲击波与接触面的实验研究

Kai等人介绍了微冲击波的研究进展。由于对微冲击流系统（冲击波、接触面和边界层）的传播机理缺乏深入了解，目前的工作主要集中在测量微冲击流动，特别是接触表面。采用一种新的装置，包括一个玻璃毛细管(具有200或300 μm的液压直径D)和一个高速电磁阀，以产生最大初始马赫数为1.3的冲击波。本工作应用激光微分干涉仪对微冲击流的轨迹、速度和密度进行非接触测量。Kai等人提出了冲击接触距离为L的微尺度测量方法，解决了计算比例因子Sc-Re×D/(4L) (由Brouillette引入)的问题，该比例因子用于刻画冲击波的标度效应。结果表明，与宏观冲击波相比，微观冲击波具有不同的传播或衰减机制(本文的关键问题)，这是传统“泄漏活塞”模型无法描述的。微冲击流的主要衰减机制可能是驱动冲击波的越来越慢的运动接触面。与使用压力传感器的其他测量方法不同，目前的密度测量装置能够分辨整个微冲击流动系统。（张聪/兰岳恒）

Experimental Investigations on Micro-shock Waves and Contact Surfaces

Yun Kai, et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 064501 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.064501

电化学环境中选择性溶剂诱导的

极性氧化物表面的稳定化

密度泛函理论解释了为什么某些氧化物表面结构在固液界面处形成，而不是在真空下形成。

以浸没在水中的ZnO(0001)表面为例，Yoo等人使用密度泛函理论计算研究了电化学环境对极性氧化物表面的热力学稳定性的影响。作者发现溶剂效应具有高度选择性：它们对金属性的表面影响很小，但在很大程度上稳定了半导体结构，尤其是那些在真空中具有高静电损失的半导体结构。这种高选择性直接影响了表面相图并解释了为什么某些特定的表面结构只能在电化学环境下被观察到。（刘瑞/殷志平）

Selective Solvent-Induced Stabilization of Polar Oxide Surfaces in an Electrochemical Environment

S. H. Yoo, et al.

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.066101

斐波那契拓扑超导体

斐波那契拓扑超导体可以在相互作用马约拉纳费米子体系中实现。

Hu和Kane介绍了一种相互作用马约拉纳费米子模型，用来描述具有由斐波那契拓扑场论表征的拓扑序的超导相。他们基于SO(7)₁/(G2)₁陪集分解的理论，给出一个可解的一维模型，并且可以通过网络构建方式扩展到二维。除了提供一种对无仲费米子斐波那契相的描述，他们的理论还预言了一种紧密相关的“反斐波那契”相，这种相的拓扑序可以用三相临界伊辛模型来表征。他们结果表明马约拉纳费米子可以分裂成一对斐波那契任意子，并提出了一种干涉仪来推广Z₂马约拉纳干涉仪，能够直接探测斐波那契非阿贝尔统计。（方子明／马锋杰）

Fibonacci Topological Superconductor

Yichen Hu and C. L. Kane

Phys. Rev. Lett. 120, 066801 (2018)

https://journals.aps.org/prl/pdf/10.1103/PhysRevLett.120.066801

利用神经网络实现机器学习拓扑不变量

机器学习训练出的神经网络可以分辨拓扑能带绝缘体的不同相。

近期，机器学习逐渐成为研究物理系统的新工具，并且取得了一定的成功，如推断数值解决方案、确定相的分类、加速蒙特卡洛算法、检测纠缠等。在所有的应用中，对物理相进行学习是非常有趣的，因为机器学习能够在没有预先理论知识的储备下，发现新的相。目前，朗道范式中的相已经被成功学习，但对于拓扑相的学习，难度仍然很大。在本文中，Zhang等人利用具有手性对称的一维绝缘体哈密顿量进行训练来区分拓扑绝缘体中不同的拓扑相。训练表明，神经网络除了可以预测训练数里面的拓扑圈数，对于不包含在训练数里面的拓扑数也能够得到，而且准确率几乎达到了100%。除此以外，利用该网络还可以捕获全局的以及非共线的拓扑特性。（刘钱／袁喆）

Machine Learning Topological Invariants with Neural Networks

P. Zhang et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 066401（2018）.

https://journals.aps.org/prl/pdf/10.1103/PhysRevLett.120.066401

临界分离驱动的微引擎

Schmidt等人在实验上演示了微观引擎可以通过临界混合物的局域可逆分离来驱动。当吸收性的微观球体被聚焦的激光束困在亚临界混合物中时，由于散泳效应的推动球体将围绕光束中心轴转动。这一行为可以通过调节光束功率、温度和混合物的临界状态来控制。(杜光乐／叶方富)

Microscopic Engine Powered by Critical Demixing

Falko Schmidt, et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 068004 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.068004

超短核酸双链展示具有

力依赖边缘效应的长蠕虫链行为

尽管核酸在生物学和纳米科技中扮演重要角色，但其在超短（< 15nt）尺度上的弹性行为却尚未被很好理解。Whitley等人利用光镊和荧光成像技术直接观测寡核苷酸（7-12nt）与受力互补链的结合并测量单链和双链的端点距的区别。与长聚合物模型比较，当链所受力较小时（< 8pN），测量数据和模型预测结果一致，但当力较大时（> 8pN），数据小于预测值，这是由于序列依赖的双链边缘效应导致的。(杜光乐／叶方富)

Ultrashort Nucleic Acid Duplexes Exhibit Long Wormlike Chain Behavior with Force-Dependent Edge Effects

Kevin D. Whitley, et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 068102 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.068102

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