PRL导读-2022年129卷16期

Original 共工京师物理

序言

京师物理公众号本着服务于中国物理学者和物理专业研究生的宗旨，根据PRL摘要和引言对本期部分文章进行中文导读。由于水平有限，不免出现一些不准确的地方乃至错译的地方。公众号下方有留言功能，欢迎专家学者通过留言指出不准确或错译的地方，共同提高公众号的服务质量。留言经编辑确认后，会显示在文章下方，供后来浏览者参考。

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01 普通物理：统计与量子物理（6篇）

02 引力与天体物理（1篇）

03 基本粒子与场论（7篇）

04 原子核物理（1篇）

05 原子、分子与光学（3篇）

06 非线性动力学和流体力学（1篇）

07 等离子体与束物理（2篇）

08 凝聚态物理：结构（无）

09 凝聚态物理：电子性质（13篇）
10 软物质与交叉科学（2篇）

普通物理：统计与量子物理

责编：任捷

01-01

来自未来与过去光锥纠缠的Berry相位:探测类时Unruh效应

Unruh效应不仅产生于左右Rindler wedge态之间的纠缠，也产生于未来光锥和过去光锥模态之间的纠缠。作者探索了这种未来与过去之间的类时纠缠所产生的几何相位，表明它可以在一个简单的Λ系统中捕获。这为Unruh- dewitt检测器提供了另一种范式。Unruh效应还没有经过实验验证，因为激发Unruh- dewitt探测器响应所需的加速度太大了。作者演示了一个定态但是含时的Λ系统中可用目前的技术检测到类时Unruh效应。

（谭宇涛）

Berry Phase from the Entanglement of Future and Past Light Cones: Detecting the Timelike Unruh Effect

James Q. Quach, et al.

Phys. Rev. Lett. 129, 160401 (2022)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.129.160401

01-02

非阿贝尔规范理论在Rydberg平台上的硬件高效量子模拟

非阿贝尔规范理论是理解自然界基本力的基础，在快速发展的量子模拟领域，开发定制的量子硬件和算法来进行模拟是一个突出的挑战。在这里，作者采用了一种方法，其中规范场在时空中离散化，并用四量子比特（qudit）表示，同时在Trotter step与多qudit量子门随时间演化。这自然地并且硬件高效地映射到基于Rydberg镊子阵列的体系结构上，其中长寿命的内部原子态表示qudit，所需的量子门在Rydberg阻碍机制的支持下可作为完整操作执行。作者阐述了SU(2)规范场最小数字化的提议，与传统的基于量子比特的方法相比，电路深度和门误差显著降低，这将非阿贝尔规范理论的模拟置于中等尺度噪声量子器件的范围内。

（谭宇涛）

Hardware Efficient Quantum Simulation of Non-Abelian Gauge Theories with Qudits on Rydberg Platforms

Daniel González-Cuadra, et al.

Phys. Rev. Lett. 129, 160501 (2022)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.129.160501

01-03

连续时间量子行走实现空间搜索的二次加速

连续时间量子行走提供了一个自然的框架来解决在图中一组标记节点中查找节点的基本问题，即空间搜索。通过连续时间量子行走实现空间搜索是否比通过经典随机行走具有二次优势一直是一个突出的问题。到目前为止，只有在特定图或标记了基础图的单个节点时，连续时间量子行走才能获得这种优势。在这篇文章中，作者提出了一种新的连续时间量子行走搜索算法，它完全解决了这个问题：该算法可以在具有任意数量标记节点的任意图中找到一个标记节点，计算速度比经典随机行走快二次方。整个算法非常简单，需要对量子行走哈密顿量进行时间演化，然后进行投影测量。该算法的关键组成部分是一个纯粹的模拟过程，以形式 $e^{-tH^2}\ket{\psi}$ 对状态执行操作，这对于给定的哈密顿量 $H$ 来说仅需要在时间尺度 $\sqrt{t}$ 下演化 $H$ 。这使人们能够以二次方的速度向前推进连续时间经典随机行走的动力学。因此，这篇文章的应用超越了量子行走的领域，并且能导致新的模拟量子算法，用于制备哈密顿量的基态或解决优化问题。

（陈江芷）

Quadratic Speedup for Spatial Search by Continuous-Time Quantum Walk

Simon Apers, Shantanav Chakraborty, Leonardo Novo, and Jérémie Roland

Phys. Rev. Lett. 129, 160502 (2022)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.129.160502

01-04

测试哈密顿量对称性的量子算法

哈密顿量中的对称性在量子物理中起着重要作用，因为它们直接对应于相关系统的守恒量。在这篇文章中，作者提出了一种量子算法，这种算法能够测试哈密顿量是否具有和群对应的对称性。作者证明了量子力学中常见的哈密顿量对称表达式与该算法的接受概率直接相关。作者在现有的量子计算机上执行了提出的对称性测试算法中的一种，作为对称和非对称情况的简单示例。

（陈江芷）

Quantum Algorithms for Testing Hamiltonian Symmetry

Margarite L. LaBorde and Mark M. Wilde

Phys. Rev. Lett. 129, 160503 (2022)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.129.160503

01-05

利用动力学约束阻止经典多体混沌

作者利用无时序相关器（OTOC）的经典对应物研究了平移不变海森堡自旋链中动力学约束对经典多体混沌的影响。约束的强度驱动了一个“动力学相变”，将非局域相（经典OTOC为弹道输运）与局域相（OTOC完全不传播且整个系统冻结）分离开来。这是意料之外的，因为所有自旋配置都是动态地相互连接的。作者表明，局域性是由于冻结区域的动力学组成而造成的，由于约束，相邻的自旋片段不能运动，主导着这些区域的融化。

（张丹妹）

Arresting Classical Many-Body Chaos by Kinetic Constraints

Aydin Deger, et al.

Phys. Rev. Lett. 129, 160601 (2022)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.129.160601

01-06

超导电路中基于Floquet工程的算子扩散探测

[编辑推荐] Floquet工程已被用于测量无时序相关器，并研究10量子比特超导链中算子的扩散。

算子扩散是量子多体物理中的核心概念之一，通常以无时序相关器（OTOCs）为特征。然而，由于需要反转系统的时间演化，在实验上测量OTOCs具有挑战性。在这里，作者利用Floquet工程研究了10量子比特超导链中算子的扩散。Floquet工程提供了一种有效的方法来调节相邻量子比特之间的耦合强度，可以用于演示具有可调耦合的量子行走、逆时间演化和OTOCs测量。在多重激励的系统中可以观察到一个清晰的光锥状算子传播，其速度几乎与单粒子量子行走速度相等。对于Jordan Wigner变换下的非局域（局域）butterfly算子，OTOCs在近可积系统中表现出明显的具有（不具有）信息置乱特征的行为。

（张丹妹）

Probing Operator Spreading via Floquet Engineering in a Superconducting Circuit

S. K. Zhao, et al.

Phys. Rev. Lett. 129, 160602 (2022)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.129.160602

引力与天体物理

导读：闫若帝；责编：郭敏勇

02-01

克尔黑洞最内层稳定圆轨道的旋进：精确解和普适径向流

作者提出了克尔黑洞中，测试粒子轨道从最内层稳定的圆形轨道(ISCO)向内旋进的轨道精确解。该结果对于任何允许的Kerr度规角动量参数a值都是有效的。这些解决方案具有相当大的物理意义。特别是，这些轨道的径向四速非常简单且普适，并且其径向坐标要么由其 ISCO参数值决定，要么完全独立于黑洞自旋。

Inspirals from the Innermost Stable Circular Orbit of Kerr Black Holes: Exact Solutions and Universal Radial Flow

Andrew Mummery and Steven Balbus

Phys. Rev. Lett. 129, 161101 (2022)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.129.161101

基本粒子与场论

责编：晁伟，刘晓辉

03-01

标准模型中不可逆全局对称性

[编辑推荐]标准模型包含了李代数无法描述的新的隐藏对称。

本文在无质量极限下的QED和QCD中，确定了无穷多个不可逆的广义全局对称性。在QED中，由于Adler-Bell-Jackiw反常，U(1)_A轴对称没有守恒的诺特流，对于每个旋转角2πp/N，作者构造了守恒的规范不变拓扑对称算子。直观地说，它是轴向旋转与耦合到电磁U（1）规范场的分数量子霍尔态的组合。这些守恒对称算子不服从群乘法律，而是不可逆的合并代数。它们以轴向旋转的形式可逆地作用于所有局域算子，但不可逆地作用在t’Hooft线上。作者进一步将本文的构造推广到QCD，并证明有效π拉氏量中的耦合π⁰F∧F 是匹配UV中这些不可逆对称性所必需的。因此，传统的利用ABJ反常的中性π衰变论点现在被重新表述为广义整体对称的匹配条件。

Noninvertible Global Symmetries in the Standard Model

Yichul Choi, Ho Tat Lam, and Shu-Heng Shao

Phys. Rev. Lett. 129, 161601 (2022)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.129.161601

03-02

在CERN的NA64实验中搜索B-L的新规范波色子

本文首次在CERN SPS的NA64实验中利用能量缺失技术，在keV–GeV质量范围内寻找与（未）破缺B-L对称性相关的新Z′规范玻色子。从2016～2021运行期间收集的3.22×10¹¹个靶电子的数据分析中，未发现任何信号事件。这允许我们约束Z’与电子的耦合强度，与来自中微子电子散射数据的结果相比，该结果在0.3≲m_Z′≲100 MeV的质量范围为更严格。

Search for a New B−L Z′Gauge Boson with the NA64 Experiment at CERN

Yu. M. Andreev et al. (NA64 Collaboration)

Phys. Rev. Lett. 129, 161801 (2022)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.129.161801

03-03

$\bar{\theta}$ 参数是QCD常数吗？

Testing the cosmological variation of fundamental constants of nature can provide valuable insights into new physics scenarios. While many such constraints have been derived for standard model coupling constants and masses, the $\bar{\theta}$ parameter of QCD has not been as extensively examined. In this Letter, we discuss potentially promising paths to investigate the time dependence of the $\bar{\theta}$ parameter. While laboratory searches for CP-violating signals of $\bar{\theta}$ yield the most robust bounds on today’s value of $\bar{\theta}$ , we show that CP-conserving effects provide constraints on the variation of $\bar{\theta}$ over cosmological timescales. We find no evidence for a variation of $\bar{\theta}$ that could have implied an “iron-deficient” Universe at higher redshifts. By converting recent atomic clock constraints on a variation of constants, we infer $d(\bar{\theta}^2)/dt\le 6\times 10^{-15}\;\mathrm{yr}^{-1}$ , at $1\sigma$ . Finally, we also sketch an axion model that results in a varying $\bar{\theta}$ and could lead to excess diffuse gamma ray background, from decays of axions produced in high redshift supernova explosions.

Is the $\bar{\theta}$ Parameter of QCD Constant?

Hooman Davoudiasl, Julia Gehrlein, and Robert Szafron

Phys. Rev. Lett. 129, 161802 (2022)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.129.161802

03-04

PandaX-4T首次搜索费米子暗物质的吸收

[编辑推荐]研究人员针对一种研究较少的费米子暗物质，分析了一个新的直接探测吸收实验的第一批数据。

与暗物质-原子核弹性散射的特征相比，原子核对费米子暗物质的吸收为具有特征单能信号的轻暗物质的搜索开辟了一条新的道路。在本文中，作者探索了PandaX-4T试运行95.0天的数据，并报告了通过中性流过程首次专门搜索费米子暗物质的吸收信号的结果。未发现明显信号，对于40 MeV/c²的费米子暗物质，暗物质-核子相互作用截面的下限为1.5×10^-50 cm²，置信水平为90%.

First Search for the Absorption of Fermionic Dark Matter with the PandaX-4T Experiment

Linhui Gu et al. (PandaX Collaboration)

Phys. Rev. Lett. 129, 161803 (2022)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.129.161803

03-05

PandaX-4T中电子对轻费米子暗物质吸收的研究

[编辑推荐]两个领先的暗物质搜索结果排除了2020年探测到的神秘信号，并对由轻费米子组成的暗物质候选粒子设置了新的限制。

本文报道了电子吸收亚-MeV费米子暗物质并释放中微子的搜索结果，利用了 PandaX-4T液态氙实验收集的0.63 吨年的暴光。在预期背景下未观察到明显信号。数据被解释为这种暗物质与电子之间有效耦合的限制。对于轴矢或矢量型相互作用，与现有的天体物理的限制相比，PandaX-4T对这种候选暗物质衰变为光子末态的灵敏度具有竞争力。特别是，本文给出了矢量（轴矢）相互作用的第一个直接探测限制，与其他天体物理和宇宙学约束的相比，该限制在35～55（25～ 45) keV/c²的质量范围内最强。

Search for Light Fermionic Dark Matter Absorption on Electrons in PandaX-4T

Dan Zhang et al. (PandaX Collaboration)

Phys. Rev. Lett. 129, 161804 (2022)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.129.161804

03-06

XENONnT的电子反冲数据对新物理的搜索

[编辑推荐]两个领先的暗物质搜索结果排除了2020年探测到的神秘信号，并对由轻费米子组成的暗物质候选粒子设置了新的限制。

本文报道了对XENONnT暗物质实验首次科学运行的低能电子反冲数据的盲分析结果。新型子系统和增加的5.9吨液态氙靶将（1，30）keV搜索区域的背景降低到（15.8±1.3）事件/（吨×年×KeV），这是暗物质探测器有史以来最低的，比XENON1T低5倍。在1.16吨年的曝光量下，没有观察到预期背景的超出，并对太阳轴子、增强的中微子磁矩和玻色暗物质设定了严格的新限制。

Search for New Physics in Electronic Recoil Data from XENONnT

E. Aprile et al. (XENON Collaboration)

Phys. Rev. Lett. 129, 161805 (2022)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.129.161805

03-07

四圈快度反常量纲和第四对数阶事件形状

We obtain the quark and gluon rapidity anomalous dimension to fourth order in QCD. We calculate the N³LO rapidity anomalous dimensions to higher order in the dimensional regulator and make use of the soft and rapidity anomalous dimension correspondence in conjunction with the recent determination of the N⁴LO threshold anomalous dimensions to achieve our result. We show that the results for the quark and gluon rapidity anomalous dimensions at four loops are related by generalized Casimir scaling. Using the N⁴LO rapidity anomalous dimension, we perform the resummation of the energy-energy correlation in the back-to-back limit at N⁴LL, achieving for the first time the resummation of an event shape at this logarithmic order. We present numerical results and observe a reduction of perturbative uncertainties on the resummed cross section to below 1%.

Four-Loop Rapidity Anomalous Dimension and Event Shapes to Fourth Logarithmic Order

Claude Duhr, Bernhard Mistlberger, and Gherardo Vita

Phys. Rev. Lett. 129, 162001 (2022)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.129.162001

原子核物理

责编：耿立升

04-01

与υp过程核合成相关的⁷Be(α,γ)¹¹C反应中共振态的直接测量

A. Psaltis等人利用强放射性⁷Be束流和DRAGON反冲分离器实现了⁷Be (α,γ)¹¹C反应中1155和1110keV共振态强度的首次直接测量，其值分别为 $1.73\pm 0.25(\mathrm{stat})\pm 0.40(\mathrm{syst})\mathrm{eV}$ 和 $\rm 125^{+27}_{-25}(stat)\pm 15(syst)meV$ 。他们的测量结果将发生于T=1.5-3GK的⁷Be (α,γ)¹¹C反应速率的不确定度降低到了~9.4%-10.7%，该温度范围的⁷Be (α,γ)¹¹C反应与核心坍缩超新星(υp过程)的中微子受驱外流中的核合成相关。他们发现新的、受约束的反应速率对于υp-过程核合成没有影响。

（肖杨）

Direct Measurement of Resonances in 7Be(α,γ)11C Relevant to υp-Process Nucleosynthesis

A. Psaltis, et al.

Phys. Rev. Lett. 129, 162701 (2022)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.129.162701

原子、分子与光学

导读：管川；责编：严运安

05-01

远距离跃迁干扰引起的类-Fano共振

原子或分子的窄光共振在各种精密测量中具有重要意义，如基础物理测试和基本频率标准的产生。在这些研究中，需要从拟合测量的光谱中得到精确的跃迁中心，这非常依赖于谱线轮廓的知识。本文中，作者提出一种由远距离离散能级引起的类Fano共振的新机制，并用CO₂振动-旋转跃迁的无多普勒光谱进行了实验验证。观察到的光谱具有不对称的轮廓，并且其振幅随着探测激光功率的平方增加。作者的成果使基于窄跃迁的大量问题变得更为容易。

Fano-like Resonance due to Interference with Distant Transitions

Y.-N. Lv (吕亚男), et al.

Phys. Rev. Lett. 129, 163201 (2022)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.129.163201

05-02

基于热碱原子非简并四波混频过程的光学参量振荡器中的连续可变纠缠

作者展示了用基于四波混频的双共振光学参量振荡器(OPO)在阈值以上的热⁸⁵Rb蒸气中产生的双光束间纠缠的测量。这是首次测量χ^（3）介质高于阈值的OPO中的纠缠。作者重建了几种构型的协方差矩阵，并基于四边带模式态的全貌，研究了所有可能的双划分间的纠缠。对于特定的一对模式，作者展示了一个具有更强产生的鲁棒纠缠产生。对于这个系统，作者证明原子密度是量子关联产生和损失的决定因素。利用接近碱原子的原子共振的原子OPO产生的纠缠场能够自然地集成到量子网络中。

Continuous Variable Entanglement in an Optical Parametric Oscillator Based on a Nondegenerate Four Wave Mixing Process in Hot Alkali Atoms

A. Montaña Guerrero, et al.

Phys. Rev. Lett. 129, 163601 (2022)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.129.163601

05-03

穿过BCS-BEC交叉的准二维涡旋的温度依赖衰变

作者系统地研究了在宽相互作用范围内扁球形强相互作用费米气体中准二维涡旋的衰变，并观察到，随系统温度的降低，涡旋寿命在玻色-爱因斯坦凝聚（BEC）区增加，但在幺正态和巴丁-库珀-施里弗（BCS）区减少。观测结果可以通过一个仅涉及扩散和两体碰撞损失的唯象模型定性描述，其中涡旋寿命主要由两个过程中较慢的那个决定。特别地，可以通过考虑涡旋湮灭率的温度依赖性与未配对费米子之间的竞争来解释BCS体系中的反直觉涡旋衰变。作者的结果表明费米子超流体BCS-BEC交叉中复杂涡旋衰变动力学的竞争机制。

Temperature-Dependent Decay of Quasi-Two-Dimensional Vortices across the BCS-BEC Crossover

Xiang-Pei Liu, et al.

Phys. Rev. Lett. 129, 163602 (2022)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.129.163602

非线性动力学和流体力学

导读：曹环宇；责编：兰岳恒

06-01

受支持弹性环的普适起皱现象

一族精确可解模型被确定下来，描述了基底支撑的不可伸长弹性环在压缩下起皱。由此产生的皱纹轮廓被证明与无支撑环的屈曲状态有关，因此是普适的。文章为所产生的通用形状提供了封闭解析表达式，包括这些出现的压力和张力之间的一对一关系。在数值精度内，很大的参数范围中，分析预测与数值延拓结果一致，直至自接触点。

Universal Wrinkling of Supported Elastic Rings

Benjamin Foster, et al.

Phys. Rev. Lett. 129, 164301 (2022)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.129.164301

等离子体与束物理

责编：陈少永，牟茂淋

07-01

聚变堆的准连续排灰运行模式：小边缘局域模的复兴

具有小边缘局域模（ELMs）的托卡马克运行模式是解决聚变反应堆中大的瞬态热负荷问题的一个可行办法。在最外闭合磁面附近，由压强梯度和磁剪切主导的气球模被认为是小ELMs的物理机制。G. F. Harrer等人通过实验研究了最外闭合磁面附近的几种稳定效应，并进行了线性理想模拟，发现在该区域确实形成了类似气球模的扰动，并将其与非线性电阻气球模的模拟联系起来。研究中小ELM运行模式的无量纲参数与反应堆中的参数非常相近，这使得该运行模式可能成为未来装置的理想排灰方案。

（刘泰齐）

Quasicontinuous Exhaust Scenario for a Fusion Reactor: The Renaissance of Small Edge Localized Modes

G. F. Harrer, et al.

Phys. Rev. Lett. 129, 165001 (2022)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.129.165001

07-02

太阳风中回旋共振加热的原位特征

磁化湍流的耗散是描述天体物理环境中的加热和能量转移的重要模型，例如日冕和太阳风。然而，耗散和加热背后的特定无碰撞过程一定程度上难以测量。遥感观测表明，日冕中存在与回旋加速器共振加热一致的强温度各向异性。在太阳风中，原位磁场测量揭示了回旋波的存在，而测量的离子速度分布函数表明回旋共振存在且活跃。Trevor A. Bowen等人介绍了帕克太阳探测器的观测结果，结果中的质子速度分布有共振阻尼特征，由准线性理论可知该特征表明了离子回旋波的存在。分析表明，观测到的分布函数的准线性演化应该以10^-14W/m³的速率吸收观测到的回旋波群，由此太阳风明显升温。

（陈鹏）

In Situ Signature of Cyclotron Resonant Heating in the Solar Wind

Trevor A. Bowen, et al.

Phys. Rev. Lett. 129, 165101 (2022)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.129.165101

凝聚态物理：电子性质

责编：袁喆，马锋杰

09-01

EuB₆中自发铁磁性诱导的拓扑相变

各种对称性与电子能带拓扑之间的相互作用是拓扑量子材料的核心问题之一。自发磁性导致时间反转对称性破缺已被证明是触发各种奇异拓扑相的有力途径。在本文中，作者利用角分辨光电子能谱、磁光克尔效应显微镜和第一原理计算相结合的方法，为实现在软铁磁EuB₆中长期寻求的自发铁磁性诱导拓扑相变提供了直接证据。作者明确地揭示了拓扑相变是从顺磁态的Z₂=1拓扑绝缘体到低温铁磁态的χ=1磁性拓扑半金属。作者的结果表明，费米能级附近的简单能带结构和丰富的拓扑相使EuB₆成为研究拓扑相物理的理想平台。

（刘芮西）

Spontaneous Ferromagnetism Induced Topological Transition in EuB₆

W. L. Liu et al.

Phys. Rev. Lett. 129, 166402 (2022)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.129.166402

09-02

Kagome磁体FeGe中电荷序及其边缘态的发现

Kagome materials often host exotic quantum phases, including spin liquids, Chern gap, charge density wave, and superconductivity. Existing scanning microscopy studies of the kagome charge order have been limited to nonkagome surface layers. Here, we tunnel into the kagome lattice of FeGe to uncover features of the charge order. Our spectroscopic imaging identifies a 2×2 charge order in the magnetic kagome lattice, resembling that discovered in kagome superconductors. Spin mapping across steps of unit cell height demonstrates the existence of spin-polarized electrons with an antiferromagnetic stacking order. We further uncover the correlation between antiferromagnetism and charge order anisotropy, highlighting the unusual magnetic coupling of the charge order. Finally, we detect a pronounced edge state within the charge order energy gap, which is robust against the irregular shape fluctuations of the kagome lattice edges. We discuss our results with the theoretically considered topological features of the kagome charge order including unconventional magnetism and bulk-boundary correspondence.

Discovery of Charge Order and Corresponding Edge State in Kagome Magnet FeGe

Jia-Xin Yin et al.

Phys. Rev. Lett. 129, 166401 (2022)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.129.166401

09-03

固体中正电子寿命的量子蒙特卡罗研究

[编辑推荐] 一种新的量子蒙特卡罗方法用于计算真实晶体中的正电子寿命，与以前使用不同技术的计算相比，精度得到了提高。

Simula等人展示了一个从前所未有的深度分析正电子在固体中寿命。并非使用密度泛函来模拟关联效应，他们研究了包含长程关联的正电子-电子波函数。这为理解金属、绝缘体和半导体中的正电子湮灭提供了新的见解。通过采用一种新的量子蒙特卡罗方法计算正电子寿命，他们对一系列具有代表性的材料进行了计算，与实验比较，得到了比以往计算精度更高的结果。因此，他们提出了一种无自由参数的方法，作为已有的固体正电子模拟方法的有用替代方法。

(赵鑫磊)

Quantum Monte Carlo Study of Positron Lifetimes in Solids

K. A. Simula et al.

Phys. Rev. Lett. 129, 166403 (2022)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.129.166403

09-04

势垒对两个相互作用电子的分隔

Scattering or tunneling of an electron at a potential barrier is a fundamental quantum effect. Electron-electron interactions often affect the scattering, and understanding of the interaction effect is crucial in detection of various phenomena of electron transport and their application to electron quantum optics. We theoretically study the partition and collision of two interacting hot electrons at a potential barrier. We predict their kinetic energy change by their Coulomb interaction during the scattering delay time inside the barrier. The energy change results in characteristic deviation of the partition probabilities from the noninteracting case. The derivation includes nonmonotonic dependence of the probabilities on the barrier height, which qualitatively agrees with recent experiments, and reduction of the fermionic antibunching.

Partition of Two Interacting Electrons by a Potential Barrier

S. Ryu and H. Sim

Phys. Rev. Lett. 129, 166801 (2022)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.129.166801

09-05

基于碱金属锑化物光电阴极的新型自旋极化电子源

[编辑推荐]碱金属锑化物半导体阴极被证明具有新的自旋相关光电效应特性，并用于设计新型自旋极化电子源。

在本文中，作者基于检测到的光学自旋取向效应和密度泛函能带结构计算，预测了碱金属锑化物半导体阴极新的自旋相关光电发射特性。利用这些结果，将Na₂KSb/Cs₃Sb异质结设计为自旋极化电子源，并将Al_0.11Ga_0.89As靶设计为具有空间分辨的自旋探测器。在Na₂KSb/Cs₃Sb光电阴极中，通过检测光致发光的高度极化和光电子的高度极化，证实了自旋相关的光电效应特性。研究发现，多碱金属光电阴极可以提供发射率非常接近电子热能限制的电子束。真空片状自旋极化电子源可以用于粒子加速器，这可以排除用于光电注入器的光阴极生长室的结构。

（郭儒达）

New Spin-Polarized Electron Source Based on Alkali Antimonide Photocathode

V. S. Rusetsky et al.

Phys. Rev. Lett. 129, 166802 (2022)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.129.166802

09-06

配对密度波与嵌套费米面的相互作用

Jin等人表明自发的时间反演对称(TRS)破缺是由多动量处的配对密度波(PDW)序和费米面(FSs)嵌套之间的相互作用自然产生的。具体而言，他们考虑了3/4电子填充具有嵌套费米面的六方晶格上的PDW超导，与最近发现的一种超导体CsV₃Sb₅有关。由于费米面的嵌套，费米面上的每个动量k至少有两个对应的-k ± Q_α (α = 1,2,3)，形成有限动量(±Q_α)库柏对，导致具有稳定Bogoliubov费米口袋的TRS和反演破缺的PDW态。各种谱，包括(局域)态密度、电子谱函数和准粒子干涉的影响，都进行了研究。PDW的部分熔化将会产生4×4和(4/√3)×(4/√3)电荷密度波(CDW)序，以及2×2的CDW。他们还进一步讨论了对CsV₃Sb₅等实际材料和未来实验可能产生的影响。

(赵鑫磊)

Interplay between Pair Density Wave and a Nested Fermi Surface

Jin-Tao Jin et al.

Phys. Rev. Lett. 129, 167001 (2022)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.129.167001

09-07

反铁磁海森堡链中随温度线性变化的自旋子热导率的明确实验证明

人们对自旋链的持久兴趣主要来源于这样一个事实，即自旋链通常能够精确地将理论和实验进行比较，特别是对于精确可解的模型。一个著名的例子是自旋1/2反铁磁海森堡链（Antiferromagnetic Heisenberg chain, AFHC），它可以用Tomonaga-Luttinger液体理论很好地描述，并显示出具有不同热力学和光谱实验特征的自旋子分数化激发，与理论预测一致。然而，由于在其他热载流子和复杂散射过程背景下的实验评估存在困难，仍缺乏对AFHC系统中自旋子热输运的全面理解。在本文中，作者通过对近乎理想的自旋1/2 AFHC系统苯甲酸铜Cu(C₆H₅COO)₂·3H₂O进行超低温热导率测量来解决这一问题，其场依赖的自旋激发能隙能够可靠地提取零场下的自旋子热导率κ_s。κ_s在低温条件下与温度呈线性关系，κ_s/T可高达1.70 mW cm⁻¹K⁻²，而在约0.3 K以下急剧下降。作者的结果为一维自旋1/2 AFHC中的自旋子特征热导率的争议提供了确定的答案，对更高维度的量子自旋液体中的分数化激发研究具有指导意义。

（刘芮西）

Unambiguous Experimental Verification of Linear-in-Temperature Spinon Thermal Conductivity in an Antiferromagnetic Heisenberg Chain

B. Y. Pan et al.

Phys. Rev. Lett. 129, 167201 (2022)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.129.167201

09-08

共线磁体中磁振子的轨道角动量

We study the orbital angular momentum of magnons for collinear ferromagnet (FM) and antiferromagnetic (AF) systems with nontrivial networks of exchange interactions. The orbital angular momentum of magnons for AF and FM zigzag and honeycomb lattices becomes nonzero when the lattice contains two inequivalent sites and is largest at the avoided-crossing points or extremum of the frequency bands. Hence, the arrangement of exchange interactions may play a more important role at producing the orbital angular momentum of magnons than the spin-orbit coupling energy and the resulting noncollinear arrangement of spins.

Orbital Angular Momentum of Magnons in Collinear Magnets

R. S. Fishman et al.

Phys. Rev. Lett. 129, 167202 (2022)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.129.167202

09-09

量子顺电SrTiO₃中太赫兹场致铁电性的模拟

Recent experiments have demonstrated that light can induce a transition from the quantum paraelectric to the ferroelectric phase of SrTiO3. Here, we investigate this terahertz field-induced ferroelectric phase transition by solving the time-dependent lattice Schrödinger equation based on first-principles calculations. We find that ferroelectricity originates from a light-induced mixing between ground and first excited lattice states in the quantum paraelectric phase. In agreement with the experimental findings, our study shows that the nonoscillatory second harmonic generation signal can be evidence of ferroelectricity in SrTiO₃. We reveal the microscopic details of this exotic phase transition and highlight that this phenomenon is a unique behavior of the quantum paraelectric phase.

Simulating Terahertz Field-Induced Ferroelectricity in Quantum Paraelectric SrTiO₃

Dongbin Shin et al.

Phys. Rev. Lett. 129, 167401 (2022)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.129.167401

09-10

以一维ZnO晶体为例的固体材料光学谐波高能截断扩展方案

在本文中，作者提出了一种基于载流子子循环注入的方式来扩展固态高次谐波的高能截断。首先，作者采用标准单胞半导体Bloch方程（single-cell semiconductor Bloch equation，SC SBE）方法对ZnO在强线偏振光中红外激光场和极紫外脉冲作用下的一维Mathieu势模型进行了研究。然后作者使用麦克斯韦方程的耦合解和SC SBE将基本的激光场传播到样品中，并发现来自样品入口截面的高次谐波脉冲串可以以阿秒的时间将载流子注入导带，随后导致背面谐波的高能截断急剧扩展。作者预测，对于2×10¹¹ W/cm²的峰值强度，由于自激发作用，高能截断从第20次（7.75 eV）转移到约第50次（19.38 eV）谐波。

（郭儒达）

Proposal for High-Energy Cutoff Extension of Optical Harmonics of Solid Materials Using the Example of a One-Dimensional ZnO Crystal

Y. Lang et al.

Phys. Rev. Lett. 129, 167402 (2022)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.129.167402

09-11

不可分极化波前变换

In this Letter, we investigate a new class of polarization wave front transformations which exhibit nonconventional far field interference behavior. We show that these can be realized by double-layer metasurfaces, which overcome the intrinsic limitations of single-layer metasurfaces. Holograms that encode four or more distinct patterns in nonorthogonal polarization states are theoretically demonstrated. This Letter clarifies and expands the possibilities enabled by a broad range of technologies which can spatially modulate light’s polarization state and, for metasurfaces specifically, rigorously establishes when double-layer metasurfaces are—and are not—required.

Nonseparable Polarization Wavefront Transformation

Zhujun Shi et al.

Phys. Rev. Lett. 129, 167403 (2022)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.129.167403

09-12

半导体量子点系综中有效自旋-自旋相互作用的微观起源

We present a microscopic model for a singly charged quantum dot (QD) ensemble to reveal the origin of the long-range effective interaction between the electron spins in the QDs. Wilson’s numerical renormalization group (NRG) is used to calculate the magnitude and the spatial dependency of the effective spin-spin interaction mediated by the growth-induced wetting layer. Surprisingly, we found an antiferromagnetic Heisenberg coupling for very short inter-QD distances that is caused by the significant particle-hole asymmetry of the wetting layer band at very low filling. Using the NRG results obtained from realistic parameters as input for a semiclassical simulation for a large QD ensemble, we demonstrate that the experimentally reported phase shifts in the coherent spin dynamics between single- and two-color laser pumping can be reproduced by our model, solving a long-standing open problem of the microscopic origin of the inter-QD electron spin-spin interaction.

Microscopic Origin of the Effective Spin-Spin Interaction in a Semiconductor Quantum Dot Ensemble

F. Vonhoff et al.

Phys. Rev. Lett. 129, 167701 (2022)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.129.167701

09-13

在量子化电导值2e²/h的5%以内的零偏压峰平台区域

探测一个孤立的马约拉纳零能模，预计可以发现在零温度下以2e²/h量子化的隧穿电导。在实验上，预期出现一个零偏压峰(ZBP)，其高度应该随相关参数的调整保持鲁棒性，形成一个量子化的平台。在这里，Wang等人报道了在一个薄的InAs-Al杂化纳米线器件中观察到大的ZBPs。通过扫门电压和磁场，ZBP高度可以保持在接近2e²/h值，且大多数在5%的容差范围内。他们进一步绘制出相图并在相空间中识别出两个平台区域。尽管存在无序和量子点，他们的结果在建立马约拉纳零模方面向前迈出一步。

(赵鑫磊)

Plateau Regions for Zero-Bias Peaks within 5% of the Quantized Conductance Value 2e²/h

Zhaoyu Wang et al.

Phys. Rev. Lett. 129, 167702 (2022)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.129.167702

软物质与交叉科学

责编：巫浩

10-01

结构测量作为过堵塞堆积中超稳定态的指南

给定的颗粒集的堵塞无序堆积拥有多个平衡态，这些态具有不同的机械性能。识别和构建（例如，出色的稳定性）所需的态是一项复杂的任务。在本快报中，Kim和Hilgenfeldt表明，在二维粒子堆积中通过简单的局部空间堆积的标量测量可靠地分类所有亚稳态（固有结构）的能量。这些结构测量对粒子相互作用势不敏感，鲁棒得可以使用它们来指导改进的交换算法，该算法可以非常快地将多分散堆积退火至低能亚稳态。低能态在外加剪切时格外稳定，因此该方法还有效地识别了超稳定堆积。

Structural Measures as Guides to Ultrastable States in Overjammed Packings

Sangwoo Kim and Sascha Hilgenfeldt

Phys. Rev. Lett. 129, 168001 (2022)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.129.168001

10-02

交换加速度中的扩散系数幂律和缺陷驱动的玻璃动力学

粒子互换可以大大加速玻璃中的动力学。预计该机制对于对玻璃动力学的基本理解至关重要。为了提取定义特征，Gopinath等人提出了一个部分交换模型，该模型具有分数为ϕ_s的互换初始粒子，这些粒子只能彼此或与常规粒子进行局域交换。作者专注于交换为主的状态。在所有研究的温度下，粒子扩散系数用ϕ_s来标度，满足意想不到的依赖于温度的指数的幂律，与玻璃动力学的运动学图像一致。在小ϕ_s的时候，交换初始粒子成为缺陷粒子，诱导了常规粒子的典型玻璃动力学。这支持玻璃的缺陷模型。

Diffusion-Coefficient Power Laws and Defect-Driven Glassy Dynamics in Swap Acceleration

Gautham Gopinath, et al.

Phys. Rev. Lett. 129, 168002 (2022)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.129.168002

END

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