PRL导读-2022年129卷14期
序 言
阅读导航
01 普通物理：统计与量子物理（10篇）
10 软物质与交叉科学（3篇）
01
普通物理：统计与量子物理
责编：艾清
01-01
严格局域条件下实数形式量子力学的实验证伪
量子力学通常是被表述在一个复的而不是实的希尔伯特空间中。但是自从量子理论诞生以来，关于是否真的需要在其中引入复数一直争论不休。最近，有研究者提出在纠缠交换场景中进行类贝尔测试，来区分标准量子力学以及与之对应的实数形式的理论。以前的实验从概念上证明独立的态制备和测量是一个核心要求，但是过往实验并没有满足这一要求并且存在一些漏洞。在本工作中，作者团队实现了这样一个类贝尔测试：在严格局域条件下，两个分离的独立的源向三个分离方发送纠缠光子。这里严格局域条件是通过相关事件的类空分离，快速随机设置产生和快速测量来保证的。基于公平采样假设，并且同时关闭独立的源的漏洞，局域性漏洞以及测量独立性漏洞，作者团队的结果超出了实数形式量子力学的限制5.30个标准差。他们的实验结果证明实数形式的量子力学无法描述自然界并且确保了复数在量子力学中不可或缺的作用。
（赵秀花）
Experimental Refutation of Real-Valued Quantum Mechanics under Strict Locality Conditions
Dian Wu, Yang-Fan Jiang, et al.
Phys. Rev. Lett. 129, 140401 (2022)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.129.140401
01-02
费米黄金定则的出现
[编辑推荐]：研究者计算了当量子态的演化由于末态的不可获得而受到抑制时发生衰变的可能性。
费米黄金定则适用于这样的极限情形：初始量子态弱耦合于其它能量与之有重叠的末态的连续集合。在本文中，作者研究了当远离这一极限时会发生什么，即考虑平均能级间隔不为零的离散末态集合。这一问题广泛出现在最近被研究的一些多体系统中。对于不同的对称类别，作者从解析上以及（或者）数值上计算了当能级间隔改变时初态的平均衰变所发生的一般性转变，并在连续极限下呈现出黄金定则。对于费米黄金定则所给出的初态的指数型衰变的修正之一是在长时体系下当能级间隔很小但不为零时会有谱形状因子参与进来。
（赵秀花）
Emergence of Fermi’s Golden Rule
T. Micklitz, A. Morningstar, et al.
Phys. Rev. Lett. 129, 140402 (2022)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.129.140402
01-03
有界能量谱态的量子速度极限
量子速度极限给出了量子态演化的最大速度。对于幺正的不含时哈密顿量，有两个著名的极限：Mandelstam-Tamm 界和 Margolus-Levitin 界。前者是基于量子态的能量不确定度来限制演化速度，而后者依赖于量子态相对于基态的能量平均值。在本文中，作者指出对于具有有界能量谱的态，还存在着另外一个界限。这一界限与 Margolus-Levitin 界是对偶的，因为它依赖于量子态的能量平均值与最高的被占据的能量本征态之间的能量差。根据能量平均值与宽度范围的不同取值，上述三个界限中的任何一个都有可能成为最紧的那一个，形成多能级系统中可达到的三种动力学机制。新提出的这一界限与量子信息的应用有关，因为在绝大部分情形中，信息是在一个能量谱有界的希尔伯特空间中被存储和操纵的。
（赵秀花）
Quantum Speed Limit for States with a Bounded Energy Spectrum
G. Ness, A. Alberti, and Y. Sagi
Phys. Rev. Lett. 129, 140403 (2022)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.129.140403
01-04
用囚禁离子量子模拟器观测Jaynes-Cummings-Hubbard模型中的非马尔可夫自旋动力学
Jaynes-Cummings-Hubbard模型是光-物质相互作用的基本多体模型。作为量子模拟的领先平台，囚禁离子系统到目前为止已经实现了两到三个离子的Jaynes-Cummings-Hubbard模型。在这里，作者报告了使用多达32个离子的Jaynes-Cummings-Hubbard模型的量子模拟。作者通过设计低激发和低有效维数来验证模拟结果，即使对于大离子数也是如此；然后作者扩展到32个激发数，有效维数为277，这对于经典计算机来说是困难的。通过将声子模式视为热库，作者探索了Jaynes-Cummings-Hubbard模型不同参数区域中的马尔可夫或非马尔可夫自旋动力学，类似于结构光子环境中的量子发射器。作者进一步研究了非马尔可夫动力学对有效希尔伯特空间维数的依赖性。这篇快报展示了囚禁离子系统作为模拟多体物理和量子开放系统的强大量子模拟器。
（刘承葛）
Observation of Non-Markovian Spin Dynamics in a Jaynes-Cummings-Hubbard Model Using a Trapped-Ion Quantum Simulator
B.-W. Li, Q.-X. Mei, et al.
Phys. Rev. Lett. 129, 140501 (2022)
01-05
在数字量子计算机上模拟相互作用引起的手性拓扑动力学
手性边界态作为与量子信息处理和无耗散电子输运相关的聚合拓扑态而备受追捧。通过使用基于超导传输子的量子计算机，作者演示了由适当设计的相互作用所诱导的手征拓扑传播，而不是通过通量或自旋轨道耦合诱导。与传统的二维实现不同，作者的有效Chern晶格是在更小的等效一维自旋链上实现的，使用的纠缠门序列包含了所需的时间反演破缺。通过利用平台的量子特性，作者避开了当今有噪声的中间尺度量子时代的量子计算机中有限的量子比特数和门保真度带来的困难，为在快速发展的量子硬件上对更复杂的拓扑态进行量子模拟铺平了道路。
（刘承葛）
Simulation of Interaction-Induced Chiral Topological Dynamics on a Digital Quantum Computer
Jin Ming Koh, T. Tai, et al.
Phys. Rev. Lett. 129, 140502 (2022)
01-06
量子猝灭后的纠缠负性与互信息：时空对偶性的精确联系
作者研究了量子猝火后三方一维多体系统中两个相邻区域之间纠缠的增长。将复制技巧与时空对偶性变换相结合，作者得出纠缠负性与Rényi-1/2相互信息之间的精确、普遍的关系，其存在时间短于所有子系统的时间。作者的证明直接适用于任何局部量子电路，即具有局部相互作用特征的离散时间内的任何晶格系统，无论其动力学性质如何。作者的推导表明，这种关系可以直接推广到信息以有限最大速度传播的任何系统。
（刘承葛）
Entanglement Negativity and Mutual Information after a Quantum Quench: Exact Link from Space-Time Duality
B. Bertini, K. Klobas, and T.-C. Lu
Phys. Rev. Lett. 129, 140503 (2022)
01-07
连续空间中粗粒化经验密度和流的数学、热力学和实验必要条件
作者给出了关于所有时间尺度上平衡或非平衡稳态中马尔可夫扩散的粗粒化经验密度和流的涨落和空间相关性的一般结果。作者揭示了流涨落和广义时间反演对称性之间的深层联系，为时间平均观测值提供了新的见解。作者从数学、热力学和实验的角度强调了空间粗粒化的基本作用。需要空间粗粒化来揭示打破细致平衡流的显著特征，热力学上的“最佳”粗粒化可以确保对耗散的最精确推断。在没有粗粒化的情况下定义，经验密度和流的涨落在所有时间尺度上都被证明在一维以上发散，这对连续空间中的中心极限状态具有深远的影响。作者将结果应用于不可逆扩散的例子。作者的发现提供了关于时间平均观测值的新直觉，并允许对单分子实验进行更有效的分析。
（刘承葛）
Mathematical, Thermodynamical, and Experimental Necessity for Coarse Graining Empirical Densities and Currents in Continuous Space
C. Dieball and A. Godec
Phys. Rev. Lett. 129, 140601 (2022)
01-08
长程XYZ自旋链中连续时间晶体与多体疤痕态间的调制
非平衡多体系统中的振荡动力学是在研究遍历性破缺问题时受到广泛关注的一种方法。目前相关研究主要集中在两类物理系统中：离散时间晶体，以及量子多体疤痕态。尽管这两类系统的行为都可以使用振荡动力学进行描述，但这两类现象的起源却被认为是有本质区别的。那么是否存在一类物理系统，可以实现在这两种现象间的调制？在本文中，Bull等人研究了长程XYZ自旋模型，发现在这类系统中同时包含了连续时间晶体相以及量子多体疤痕态。作者通过数值模拟的方法画出了对应的动力学相图，确定了这两种相可以共存的区域，并讨论了如何从实验上揭示这两种相的相似与不同。
（马宇翰）
Tuning between Continuous Time Crystals and Many-Body Scars in Long-Range XYZ Spin Chains
K. Bull, A. Hallam, et al.
Phys. Rev. Lett. 129, 140602 (2022)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.129.140602
01-09
对称跳跃过程的分裂概率
对于一维跳跃过程，分裂概率 描述了系统从 点到 点间的一点 出发，首先到达 一端，而不是 点的概率。在本文中，Klinger等人得到了当 时分裂概率在对称连续过程中普适的精确渐进解。一个惊奇的结果是，通过对于透射概率 的精确分析，作者得到了与通常通过对跳跃过程取连续极限进行分析不同的结果。他们通过将跳跃过程应用到光在平板间异质介质中的散射过程对结果进行了展示，得到了透射概率的精确理论预测。这一结果可以通过实验进行直接测量，为通过随机过程描述介质中光的散射提供了量化的描述。
（马宇翰）
Splitting Probabilities of Symmetric Jump Processes
J. Klinger, R. Voiturize, and O. Bénichou
Phys. Rev. Lett. 129, 140603 (2022)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.129.140603
01-10
结构化玻色子环境的指纹以及普适的马尔可夫闭包
本文中，Nüßeler 等人通过研究玻色子环境的链映射变换的性质确认了能够描述环境特征或指纹的有限模式的集合。此外，作者证明了可以通过普适的马尔可夫闭包来代替可数无穷大的残余热库模式。文中展示了马尔可夫闭包相较于标准的链映射方法具有平方加速的优势，并使得存储需求与模拟时间无关，同时保留了指纹模式的全部信息。作者也阐述了马尔可夫闭包在计算线性谱以及非线性谱时的应用。
（马宇翰）
Fingerprint and Universal Markovian Closure of Structured Bosonic Environments
K. Nüßeler, D. Tamascelli, et al.
Phys. Rev. Lett. 129, 140604 (2022)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.129.140604
02
引力与天体物理
导读：闫若帝；责编：郭敏勇
02-01
经典引力自旋-无自旋在 阶的散射
该研究利用最近推导出的全自旋反螺旋康普顿振幅，计算了一个自旋和一个无自旋物体在 和所有自旋阶数的经典引力散射振幅。通过构造，这个振幅展示了自旋结构，作者推测该结构可以用来描述克尔黑洞。这种自旋结构本身不足以通过接触项来修复康普顿振幅的所有变形，但是当考虑超相对论极限时，该结构可以唯一地确定自旋均匀扇区中的参数。一旦确定了这些参数，幅度的大部分自旋相关性就会恢复为超几何函数。最后，作者推导了对齐角动量散射的程函相位。
Classical Gravitational Spinning-Spinless Scattering at
Rafael Aoude, Kays Haddad and et al.
Phys. Rev. Lett. 129, 141102 (2022)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.129.141102
02-02
用HUST-2020挠率摆实验约束对称子模型
The search for dynamically screening the coupling between the scalar field and matter in high-density environment is achievable with the symmetron model. The high-accuracy and short-range gravity experiment is proposed to test the symmetron model. In this Letter, the data of the HUST-2020 torsion pendulum experiment testing the inverse-square law at submillimeter range is analyzed to constrain the symmetron model. The results show that the HUST-2020 experiment is uniquely sensitive to probe the symmetron model with a mass scale of μ = 7.2 × 10−3 eV, and the self-coupling parameter λ ≲ 105 is excluded at mass scale M = 0.3 TeV. Especially, at the dark energy scale μ = 2.4 × 10−3 eV, the constraint at M = 1.3 TeV is improved by about 10 times the previous constraints on the torsion pendulum experiment.
Constraining the Symmetron Model with the HUST-2020 Torsion Pendulum Experiment
Yuan-Ling Zhao, Yu-Jie Tan et al.
Phys. Rev. Lett. 129, 141101 (2022)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.129.141101
02-03
利用希格斯机制在暗光子黑洞超辐射中形成涡弦
仅依赖引力相互作用的黑洞超辐射可以为与普通物质弱耦合的超轻玻色子的存在提供强有力的探测。然而，随着玻色子云通过超辐射增长，与自身或其他场相互作用的非线性效应可能变得很重要。作为这方面的一个代表性例子，作者使用非线性演化来研究希格斯机制通过耦合到复标量获得质量的矢量玻色子的黑洞超辐射度。对于所考虑的情况，作者发现超辐射不稳定性会导致标量场达到其对称恢复值的瞬态，导致闭合涡弦的形成，云的指数增长暂时中断，以及能量爆发。在云团失去足够的质量后，超辐射生长恢复，循环重复。因此，黑洞转速降低，其转速会低于非线性效应不显著时的转速，此时黑洞释放的能量主要进入玻色子辐射而不是引力波辐射。
Vortex String Formation in Black Hole Superradiance of a Dark Photon with the Higgs Mechanism
William E. East
Phys. Rev. Lett. 129, 141103 (2022)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.129.141103
04
原子核物理
责编：耿立升
04-01
自由缪子捕获核激发
通过交换真实或虚拟光子高效地激发原子核对核科学与技术的发展来说至关重要。Simone 等人提出了一种由自由缪子被捕获到原子轨道 (NEμC)而引起 的核激发机制。基于Feshbach投影法的计算表明，该过程的反应截面相比于光激发以及电子捕获核激发 (NEEC) 等其它已知激发过程的反应截面有10个量级的提高。由于缪子与原子核之间的强束缚，NEμC 使得 MeV 量级的激发变为可能。基于改进的 Flexible Atomic Code (FAC)，他们计算了缪子原子的结合能。综合缪子产生设施现状，（关于缪子捕获核激发的）实验可行性分析表明，该效应可以在特定的同位素中被探测到。在缪子束实验中，NEμC 的总概率预计为 P ≈ 1×10−6 每入射缪子。鉴于缪子的高跃迁能量，NEμC 可能对同核异能素馈给和粒子诱发裂变产生重要影响。
（肖杨）
Nuclear Excitation by Free Muon Capture
Simone Gargiulo, et al.
Phys. Rev. Lett. 129, 142501 (2022)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.129.142501
04-02
16-24O的质子分布半径：新闭壳和中子皮的特征
S. Kaur等人利用碳靶在900A MeV下测量了8个氧同位素的电荷改变截面，得到了16-24O质子密度分布的均方根半径，结合物质半径，他们指出，尽管22,24O是双幻核，22-24O仍具有厚的中子皮。N=14,16的闭壳效应反映在质子半径的局域最小值上，这为引起它们的张量力提供了证据。这些核的半径与基于手征NNLOsat相互作用的从头计算结果一致，但中子皮厚度的理论计算与实验测量之间仍有偏差。与之不同，壳模型的计算则与实验数据非常吻合。
（肖杨）
Proton Distribution Radii of 16–24O: Signatures of New Shell Closures and Neutron Skin
S. Kaur, et al.
Phys. Rev. Lett. 129, 142502 (2022)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.129.142502
05
原子、分子与光学
导读：管川；责编：严运安
05-01
腔介导长程相互作用晶格玻色子中纠缠的量子临界行为
[编辑推荐]纠缠熵的标度可以表征具有长程相互作用的二维量子多体系统的不同相变。
作者分析了具有无限范围相互作用的扩展Bose-Hubbard模型的基态纠缠熵。该模型描述了与光学晶格紧密结合并与腔模色散耦合的超冷玻色子低能动力学。现场斥力和全局空腔诱导相互作用之间的竞争导致了丰富的相图，其中显示了超流体、超固体和绝缘（莫特和棋盘格）相。作者对平均场解周围的谐波量子涨落使用从属玻色子处理，并计算相变的纠缠熵。在相称填充下，绝缘体-超流体跃迁由纠缠熵的面积定律标度系数中的奇异性表示，这与标准Bose-Hubbard模型所报道的相似。值得注意的是，在连续Z2超流体到超固体的跃迁中，作者发现了一个临界对数项，而与填充无关。这种行为源于激发和纠缠光谱中出现的一个旋转模式，在临界点处变得无间隙，这是集体模型的特征。
Quantum Critical Behavior of Entanglement in Lattice Bosons with Cavity-Mediated Long-Range Interactions
Shraddha Sharma, et al.
Phys. Rev. Lett. 129, 143001 (2022)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.129.143001
05-02
基于涨落耗散定理的强耦合光物质系统的简单交换-相关能量泛函
强耦合光-物质系统的最新实验进展刺激了能够从第一原理描述相互作用光-物质体系的一般从头算方法的发展。其中一种方法是量子电动力学密度泛函理论（QEDFT），它可以为大型关联光物质系统提供高效的计算，计算的质量取决于交换关联泛函的基本近似。到目前为止，还没有引入真正的密度泛函近似，这限制了该理论的有效应用。本文中，作者介绍了由绝热连接涨落耗散定理导出的QEDFT交换相关能的第一个基于梯度的密度泛函。作者在光学腔中的小系统上对这种实现简单的近似进行了基准测试，并证明它对于在耗散光学腔中与高达400000个光子模式耦合的富勒烯分子C180的计算成本相对较低。本文能有效地将量子光学与大规模电子结构理论结合起来，使在QEDFT框架内对更大系统进行第一原理计算成为可能。
Simple Exchange-Correlation Energy Functionals for Strongly Coupled Light-Matter Systems Based on the Fluctuation-Dissipation Theorem
Johannes Flick
Phys. Rev. Lett. 129, 143201 (2022)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.129.143201
06
非线性动力学和流体力学
导读：朱堃；责编：兰岳恒
06-01
水体驻波非线性聚焦的实验证据
由普适调制不稳定性(MI)引起的非线性波聚焦是在水表面与光学克尔介质和等离子体等非线性波导中形成强波局域化的主要原因。这种极端的波动动力学可以用非线性薛定谔方程(NLSE)的呼吸子解来描述，例如著名的双定域Peregrine呼吸子解(PB)，它是MI的某种典型例子。另一方面，有人认为，当波场变为宽带或定向时，MI相关性减弱。在这里，He等人提供了水体驻波中显著不同的非线性PB-型聚焦实验证据，描述了两个反向传播波列的场景。收集到的共线性波测量与流体动力学耦合NLSE (CNLSE)非常一致，表明MI可以在几个波系的相互作用中不受干扰地占主导地位，并强调了精确NLSE解在超越形式窄带和单向极限的极端波形成中的潜在作用。这里的工作可能会激发在CNLSE框架下的各种非线性波导的进一步实验研究，以及预测定向场中强波相干性的理论进展。
Experimental Evidence of Nonlinear Focusing in Standing Water Waves
Yuchen He, et al.
Phys. Rev. Lett. 129, 144502 (2022)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.129.144502
06-02
薄膜区域黏性液滴合并的三维自相似性
Coalescence and breakup of drops are classic problems in fluid physics that often involve self-similarity and singularity formation. While the coalescence of suspended drops is axisymmetric, the coalescence of drops on a substrate is inherently three-dimensional. Yet, studies so far have only considered this problem in two dimensions. In this Letter, we use interferometry to reveal the three-dimensional shape of the interface as two drops coalescence on a substrate. We unify the known scaling laws in this problem within the thin-film approximation and find a three-dimensional self-similarity that enables us to describe the anisotropic shape of the dynamic interface with a universal curve.
Three-Dimensional Self-Similarity of Coalescing Viscous Drops in the Thin-Film Regime
Paul R. Kaneelil, et al.
Phys. Rev. Lett. 129, 144501 (2022)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.129.144501
08
凝聚态物理：结构
责编：马天星
08-01
纳米约束超流体氦中由表面主导的有限尺寸效应
超流体4He（He II）在强约束几何体有限尺寸效应的研究中，具有广泛的模型系统。这里，作者使用纳米流体亥姆霍兹谐振器研究了高压下限制在25 nm和50 nm高度毫米级通道中的He II。发现在受限几何体中，超流密度从转变温度降至0.6 K的过程中受到了可观测到的抑制。重要的是，这种抑制可以由能量间隙为5 K的类质子热激发来解释。结果表明，表面束缚激发导致了之前无法解释的超流密度抑制的有限尺寸尺度的缺失。
（郭恺怡）
Surface-Dominated Finite-Size Effects in Nanoconfined Superfluid Helium
E. Varga, et al.
Phys. Rev. Lett. 129, 145301 (2022)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.129.145301
08-02
在易碎和强玻璃形成中多体关联都是不可忽视的
人们普遍认为，缓慢玻璃态动力学的出现是由材料的微观结构决定的。第一性原理理论[模式耦合理论(MCT)]仅以静态两点关联作为输入，已经能够预测动力学中剧烈的减缓现象。但它不能解释所有观察到的动力学行为。在这里，作者通过系统地扩展MCT理论以包括更高阶的静态和动态关联，从而超越了两点空间关联函数的结果。作者证明了仅添加静态三点直接关联已经定性地改变理论预测的二元硬球和二氧化硅的玻璃化转变相图。此外，作者发现静态三点关联和动态高阶关联之间存在非平庸竞争关系，静态三点关联稳定玻璃态，动态高阶关联使其不稳定。文章的结论是，一直被忽略的静态三点关联和动态高阶关联，事实上在易碎和强玻璃成型中都是不可忽略的。
（马润宇）
Many-Body Correlations Are Non-negligible in Both Fragile and Strong Glassformers
Chengjie Luo, et al.
Phys. Rev. Lett. 129, 145501 (2022)
https://journals.aps.org/prl/pdf/10.1103/PhysRevLett.129.145501
08-03
金属表面间纳米间隙中近场辐射传热的增强和饱和
Polder和van Hove [Phys. Rev. B 4, 3303 (1971)]在50多年前通过计算探究了平面金属表面间的近场辐射传热(NFRHT)。这些研究预测，随着表面之间的间隙尺寸(d)减小，辐射热通量首先增加几个数量级；直至d约为100纳米，热通量饱和。然而，尽管这些预测具有基础和实际的重要性，但在金属表面的小间隙处NFRHT的组合增强和饱和仍未得到实验验证。作者在文中探测了平面金属(Pt，Au)表面之间的NFRHT，并表明当d减小到25 nm时，RHT速率可以超过远场速率一千倍以上。更重要的是，文中表明，对于较小的d值，RHT由于横向电倏逝模的主要贡献而饱和。该结果与波动电动力学的预测非常一致，并有望为近场热光电、辐射热辅助磁记录和纳米光刻等技术的发展提供信息。
（田玲钰）
Enhancement and Saturation of Near-Field Radiative Heat Transfer in Nanogaps between Metallic Surfaces
Laura Rincón-García, et al.
Phys. Rev. Lett. 129, 145901 (2022)
09
凝聚态物理：电子性质
责编：袁喆，马锋杰
09-01
准一维材料中强弱拓扑序的共存
拓扑材料在量子计算和自旋电子学器件中有着广阔的应用前景。其中，具有低维度的双拓扑材料为操纵各种拓扑态和产生高电导自旋流提供了良好的平台。然而，目前仍然缺乏对其拓扑表面态的直接观测。在本文中，Wang等人通过自旋和角分辨光电子能谱揭示了准一维材料TaNiTe5中强和弱拓扑相的共存。受弱拓扑有序保护的表面态在费米能级附近形成Dirac节点弧，为开发可通过偏置电压进行高载流子浓度调节的自旋电子器件提供了机会。
(赵鑫磊)
Coexistence of Strong and Weak Topological Orders in a Quasi-One-Dimensional Material
De-Yang Wang et al.
Phys. Rev. Lett. 129, 146401 (2022)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.129.146401
09-02
类Laughlin分数量子霍尔相中中性模的出现
Chiral gapless boundary modes are characteristic of quantum Hall (QH) states. For hole-conjugate fractional QH phases counterpropagating edge modes (upstream and downstream) are expected. In the presence of electrostatic interactions and disorder these modes may renormalize into charge and upstream neutral modes. Orthodox models of Laughlin phases anticipate only a downstream charge mode. Here we show that in the latter case, in the presence of a smooth confining potential, edge reconstruction leads to the emergence of pairs of counterpropagating modes, which, by way of mode renormalization, may give rise to nontopological upstream neutral modes, possessing nontrivial statistics. This may explain the experimental observation of ubiquitous neutral modes, and the overwhelming suppression of anyonic interference in Mach-Zehnder interferometry platforms. We also point out other signatures of such edge reconstruction.
Emergence of Neutral Modes in Laughlin-like Fractional Quantum Hall Phases
Udit Khanna et al.
Phys. Rev. Lett. 129, 146801 (2022)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.129.146801
09-03
利用扫描隧道显微镜探测魔角石墨烯中的对称性破缺
A growing body of experimental work suggests that magic angle twisted bilayer graphene exhibits a “cascade” of spontaneous symmetry-breaking transitions, sparking interest in the potential relationship between symmetry breaking and superconductivity. However, it has proven difficult to find experimental probes which can unambiguously identify the nature of the symmetry breaking. Here, we show how atomically resolved scanning tunneling microscopy can be used as a fingerprint of symmetry-breaking order. By analyzing the pattern of sublattice polarization and “Kekulé” distortions in small magnetic fields, order parameters for each of the most competitive symmetry-breaking states can be identified. In particular, we show that the “Kramers intervalley coherent state,” which theoretical work predicts to be the ground state at even integer fillings, shows a Kekulé distortion which emerges only in a magnetic field.
Detecting Symmetry Breaking in Magic Angle Graphene Using Scanning Tunneling Microscopy
J. Hong et al.
Phys. Rev. Lett. 129, 147001 (2022)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.129.147001
09-04
第一层磁魔鬼阶梯的磁隐藏态
在本文中，作者研究了SrCu2(BO3)2在低温高场下的热力学和超声波性质，其磁化曲线在27 T以上呈现出多个平台，被称为磁魔鬼阶梯。作者的研究结果表明，磁结晶是阶梯的第一步，是一个一级相变，发生在27 T以上，伴随着热容Cp强烈的奇异性和弹性常数的扭结。此外，作者在26 T左右的场中观察到了热力学反常，这是以前任何磁性探测都没有检测到的。在低温下，这种磁隐藏态具有较大的熵，不表现出Schottky型带隙行为，这表明存在低能的集体激发。基于实验观测结果和理论预测，作者提出磁四级子在26 T左右形成自旋向列相态，作为磁魔鬼阶梯第一层的隐藏态。
（郭儒达）
Magnetically Hidden State on the Ground Floor of the Magnetic Devil’s Staircase
S. Imajo et al.
Phys. Rev. Lett. 129, 147201 (2022)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.129.147201
09-05
蜂窝状磁体Na2Co2TeO6有序态和顺磁态的激发
Na2Co2TeO6是一种近似的Kitaev磁体，但由于缺乏对全激发光谱的了解，其实际的磁相互作用是难以捉摸的。在本文中，作者利用非弹性中子散射和单晶，确定了系统在整个布里渊区的温度依赖磁激发。作者在不使用特定模型的情况下，揭示了自旋波中第三近邻耦合的明显特征，这意味着在有序状态下，关联距离成为新出现的有效联系。至少六个非重叠自旋波分支的存在与迄今提出的所有模型都不一致。在有序温度以上，持续的动态关联可以用六方晶簇的等时磁结构因子来描述，这揭示了主要的不稳定性。作者的结果对Na2Co2TeO6的理论模型设定了明确的约束条件，并为Kitaev模型的具体化提供了新的见解。
（刘芮西）
Excitations in the Ordered and Paramagnetic States of Honeycomb Magnet Na2Co2TeO6
W. Yao et al.
Phys. Rev. Lett. 129, 147202 (2022)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.129.147202
09-06
MoS2单层中高谐波产生的多带效应特征
High-harmonic generation (HHG) in solids has been touted as a way to probe ultrafast dynamics and crystal symmetries in condensed matter systems. Here, we investigate the polarization properties of high-order harmonics generated in monolayer MoS2, as a function of crystal orientation relative to the mid-infrared laser field polarization. At several different laser wavelengths we experimentally observe a prominent angular shift of the parallel-polarized odd harmonics for energies above approximately 3.5 eV, and our calculations indicate that this shift originates in subtle differences in the recombination dipole strengths involving multiple conduction bands. This observation is material specific and is in addition to the angular dependence imposed by the dynamical symmetry properties of the crystal interacting with the laser field, and may pave the way for probing the vectorial character of multiband recombination dipoles.
Signatures of Multiband Effects in High-Harmonic Generation in Monolayer MoS2
L. Yue et al.
Phys. Rev. Lett. 129, 147401 (2022)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.129.147401
09-07
通过工程约束增强室温WS2极化子的基态粒子数和宏观相干性
过渡金属二卤化物单层中的激子极化子(本文中的极化子)因其在基于极化子的光电子学中的潜在应用而引起了人们的广泛关注。许多被提出的应用依赖于捕获极化子并达到其基态宏观占据的能力。在本文中，Wurdack等人通过局部增加WS2激子和腔光子之间的相互作用，在全介质光学微腔中设计了一个室温极化激子陷阱。由此产生的约束增强了基态极化子的粒子数和一阶相干性，后者的效应与显著抑制由无序诱导的非均匀退相有关。他们还表明当光注入自由极化子到陷阱外围时，有效的粒子数转移到了陷阱中。
(赵鑫磊)
Enhancing Ground-State Population and Macroscopic Coherence of Room-Temperature WS2 Polaritons through Engineered Confinement
M. Wurdack et al.
Phys. Rev. Lett. 129, 147402 (2022)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.129.147402
10
软物质与交叉科学
导读：张鑫洁；责编：严钢
10-01
生物聚合物纤维缠绕在剪切作用下先软化后硬化
对于纠缠大分子脱离平衡的问题，通常从多分散样品的系综平均值推断出基于实验的理解，而忽略了不同分子的亚群。面对单分子成像这种常见但知之甚少的情况，在广泛的剪切率下，Zheng等人使用单分子荧光成像技术来追踪在自制流变显微镜中纠缠的水样丝状肌动蛋白丝的排列和拉伸情况。随着剪切率的增加，管“软化”之后“硬化”。从物理上讲，这意味着动态局域化首先因分子排列而减弱，然后因丝状物拉伸而增强，即使对于比其持久长度短的半柔性生物聚合物也是如此。这种在非平衡状态下对单分子进行成像的流变显微镜方法侧重于分子行为，这些行为是流变特性的基础，有助于获得更清晰的物理解释。
Biopolymer Filament Entanglement Softens Then Hardens with Shear
Kaikai Zheng et al.
Phys. Rev. Lett. 129, 147801 (2022)
10-02
活性细胞单分子层的局部屈服和顺应
生物组织的流变学在从器官形成到癌症侵袭的许多过程中都起着重要作用。Hopkins等人使用运动细胞的多相场模型来模拟组织单分子层中的活性微流变学。当不受干扰时，组织呈现出类固态和类液态之间的相变，这种相变由细胞的运动性和可变形性调节。当受到扰动时，固体组织表现出局部屈服应力行为，探针粒子开始运动的阈值力在接近固-液相变时消失。这种运动的开始在低变形性和高变形性状态下有质的不同。在高变形性下，组织在固态时是无定形的，它对变形作出顺应性反应，探针向运动的过渡是平滑的。在低变形性下，单分子层的平移更加有序，运动的开始似乎不连续。这些结果表明了细胞或纳米颗粒在不同类型的组织中的转运可能有质的不同，与此同时提供了可以控制这种转运的方法。
Local Yield and Compliance in Active Cell Monolayers
Austin Hopkins et al.
Phys. Rev. Lett. 129, 148101 (2022)
10-03
致密化癌细胞单分子层中的两相结构和慢化渗透相变
非平衡系统中渗透相变相关的微观动力学的研究仍相对甚少。本文通过实验证明了从稀释状态到致密化的癌细胞单分子层中的两相结构和慢化渗透相变，以及随之而来的融合相变，并研究了它们对细胞动力学的影响。随着细胞数量的增加，细胞逐渐聚集成运动增强的更大的簇，然后形成细胞所占据位点的渗透簇。在形成渗透细胞簇后，随着细胞数量的进一步增加，动态慢化通过形成跨系统的慢元素簇导致动态渗透。这两种渗透相变都表现出簇大小分布和分形结构的无标度标度行为，类似于由渗透理论控制的二维非平衡系统的普适类。此外，本文还讨论了两相渗透相变和融合相变对湍流状集体细胞运动的平均速度、动力学异质性以及标度行为的影响。
Two-Stage Structural and Slowing-Down Percolation Transitions in the Densifying Cancer Cell Monolayer
Chun-Yu Liu et al.
Phys. Rev. Lett. 129, 148102 (2022)
END
PRL导读专辑：