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CPL亮点文章 | 2020年第3、4期

Original CPL ChinesePhysicsLetters 2021-04-26

CPL2020年第3期、第4期亮点论文，敬请关注！

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Asymptotical Locking Tomography of High-Dimensional Entanglement

Ling-Jun Kong(孔令军), Rui Liu(刘瑞), Wen-Rong Qi(齐文荣), Zhou-Xiang Wang(王周祥), Shuang-Yin Huang(黄双印), Chenghou Tu(涂成厚), Yongnan Li(李勇男), Hui-Tian Wang(王慧田)

Chin. Phys. Lett. 2020, 37 (3): 034204

推荐理由

本文提出了一种非常实用的高效量子态层析方法—渐近锁定层析(ALT)。该方法只需<2d²的测量，即可获得双光子d维纠缠态的密度矩阵。基于实验上制备的双光子自旋-轨道角动量4维超纠缠态，文章验证了该方法的可行性，为高维量子态层析提供了一种全新的高效手段，有望成为高维量子态表征的标准方法之一。

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Discriminating High-Pressure Water Phases Using Rare-Event Determined Ionic Dynamical Properties

Lin Zhuang(庄琳), Qijun Ye(叶麒俊), Ding Pan(潘鼎), Xin-Zheng Li(李新征)

Chin. Phys. Lett. 2020, 37 (4): 043101

推荐理由

相较于有局限性、传统判别相所用的密度等静态统计量，本文基于神经网络相互作用势，采用氢、氧离子的扩散速率和氢原子位移分布等动力学特征，实现了对氢原子迁移这一稀有事件的刻画，从而获得对高压冰相图更为系统的理解。具体包括：根据氢的迁移机制将动力学无序冰VII相进一步区分为只允许氢平动迁移的相（以下简称VII T）和同时允许平动和转动的相(以下简称VII R相)；不同于之前研究理解的融化曲线在40 GPa左右的突变点仅仅是冰VII相、动力学无序冰VII相和SI相的三相点，融化曲线实际上可以一直延伸下去，并构成了SI相与VII R相的相界；从固体相到液体相的融化过程以上述突变点为分界，之前为正常融化过程，而在此之后出现氢原子先融化、氧原子在更高温度下后融化的非常规融化过程。

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High-Fidelity Manipulation of the Quantized Motion of a Single Atom via Stern–Gerlach Splitting

Kun-Peng Wang(王坤鹏), Jun Zhuang(庄军), Xiao-Dong He(何晓东), Rui-Jun Guo(郭瑞军), Cheng Sheng(盛诚), Peng Xu(许鹏), Min Liu(刘敏), Jin Wang(王谨), Ming-Sheng Zhan(詹明生)

Chin. Phys. Lett. 2020, 37 (4): 044209

推荐理由

以微型光阱中的单原子及单原子阵列为体系，进行量子信息处理和受控的少体相互作用的研究是当前的热点。实现高保真的内态外态的操控是进行这些研究的前提之一。由于存在较显著的光散射导致的退相干效应，基于双光子受激拉曼跃迁方案，人们难以实现高保真的运动态操控。本文另辟蹊径，利用微波结合史特恩-盖拉赫效应实现了微型光镊中的单个原子的运动量子态的高保真操控，观测到了高达三阶运动边带的相干拉比振荡。经过评估，在纠正了态制备和探测误差后，一阶运动边带跃迁的π-脉冲的保真度大于0.99。实现史特恩-盖拉赫效应所需要的的梯度磁场来源于微型光镊在焦点处所固有的偏振梯度。另外研究人员还准确测量了这一小于原子运动波包尺寸的史特恩-盖拉赫分裂，测量误差小于0.05 nm。

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A New Path to Improve High βp Plasma Performance on EAST for Steady-State Tokamak Fusion Reactor

Baonian Wan(万宝年) and the EAST team

Chin. Phys. Lett. 2020, 37 (4): 045202

推荐理由

实验上首次发现高密度梯度有助于改善高极向比压下的等离子体约束性能，并与未来聚变等离子体电子加热主导、低动量注入、低碰撞率等物理条件相兼容。

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Pressure-Induced Metallization and Structural Phase Transition in the Quasi-One-Dimensional TlFeSe2

Zi-Yi Liu(刘子儀), Qing-Xin Dong(董庆新), Peng-Fei Shan(单鹏飞), Yi-Yan Wang(王义炎), Jian-Hong Dai(戴建洪), Rajesh Jana, Ke-Yu Chen(陈科宇), Jian-Ping Sun(孙建平), Bo-Sen Wang(王铂森), Xiao-Hui Yu(于晓辉), Guang-Tong Liu(刘广同), Yoshiya Uwatoko, Yu Sui(隋郁), Huai-Xin Yang(杨槐馨), Gen-Fu Chen(陈根富), Jin-Guang Cheng(程金光)

Chin. Phys. Lett. 2020, 37 (4): 047102

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本文首次报道了准一维反铁磁绝缘体TlFeSe2在高压下会呈现绝缘体-金属相变、结构相变以及可能的超导电性。当施加高压时，TlFeSe2在~2 GPa开始出现金属化，然后在~13 GPa发生单斜到正交对称性的结构相变，伴随着8.3%的体积塌缩，进一步加压至30 GPa时，低温电阻在~2 K出现下降并且能被外磁场抑制掉，表明可能发生了超导转变。

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Metal to Orthogonal Metal Transition

Chuang Chen(陈闯), Xiao Yan Xu(许霄琰), Yang Qi(戚扬), Zi Yang Meng(孟子杨)

Chin. Phys. Lett. 2020, 37 (4): 047103

推荐理由

超越费米液体理论的量子金属物态是凝聚态物理学研究中的主要问题之一。尽管实验上在重费米子材料和高温超导材料中，人们早已观察到没有准粒子和具有奇异疏运行为的非费米液体和量子临界金属态，但是对于这些量子物质形态的理论理解仍然没有完整和严格的理论框架。究其原因，缺乏非微扰的解析工具与可以严格计算的数值模型一直是领域进展的主要障碍。在本文中，研究人员基于前人提出的“正交金属”的理论构造，设计出了一个可以进行严格的量子蒙特卡洛计算的微观晶格模型，该模型实现了费米子物质场和Z2规范场耦合这样的物理图像。通过调节系统中量子涨落的强度，蒙特卡洛模拟成功展示了从普通金属到具有拓扑序和没有准粒子与费米面的“正交金属”的连续相变。这项研究为进一步研究非费米液体系统提供了新的范例，尤其打通了物质场与规范场耦合的模型的思路，为接下来的研究指出来方向。

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High-Pressure Ultrafast Dynamics in Sr2IrO4: Pressure-Induced Phonon Bottleneck Effect

Yanling Wu(吴艳玲), Xia Yin(尹霞), Jiazila Hasaien(加孜拉·哈赛恩), Yang Ding(丁阳), Jimin Zhao(赵继民)

Chin. Phys. Lett. 2020, 37 (4): 047801

推荐理由

作者成功搭建了一套“真正原位（on-site in situ）”的高压pump–probe超快光谱实验装置，并利用这套装置在强关联量子材料Sr2IrO4中首次观测到了压强诱导的声子瓶颈效应，对应着电子结构中的能隙锐减。此前所有已知的声子瓶颈效应均为温度所致，高压诱导调控的声子瓶颈效应尚属新的物理知识。本文将高压物理学和超快光谱学有机结合，研究结果将带动“高压超快动力学”这一新分支领域的开启、成型和发展，对促进极端条件下的凝聚态物理研究有重要意义。

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Quantized Superfluid Vortex Filaments Induced by the Axial Flow Effect

Hao Li(李浩), Chong Liu(刘冲), Zhan-Ying Yang(杨战营), Wen-Li Yang(杨文力)

Chin. Phys. Lett. 2020, 37 (3): 030302

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涡旋丝激发态作为量子流体的主要自由度是目前多体物理和光物理研究的热点课题之一。轴向流动效应普遍存在于多种量子流体中为实现不同涡旋丝激发态提供了可能。本文首次理论预言了量子超流体中轴向流动效应诱导的三种新型孤子状涡旋丝，并通过对涡旋丝曲率和挠率的解析计算展示了两种类型的环状结构：一种产生于曲率的弯曲和挠率的扭转双重作用；另一种挠率恒为常数，环状结构仅仅源于曲率的弯曲作用。这一研究为实现超流体中环状涡旋丝结构的可控激发提供了理论基础。

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Soliton Molecules and Some Hybrid Solutions for the Nonlinear Schrödinger Equation

Bao Wang(汪保), Zhao Zhang(张钊), Biao Li(李彪)

Chin. Phys. Lett. 2020, 37 (3): 030501

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孤子分子是近年来在光学研究领域的重要问题和热点问题。国内外很多研究组在光学实验中发现了孤子分子的存在与实时传输。2019年下半年，楼森岳教授提出了一种新的激发模式—速度共振，从而人们不但可以从理论上研究光学领域的孤子分子的存在与传输问题，而且可以拓展孤子分子的理论研究到其它很多研究领域。本文基于Darboux变换与速度共振机制获得NLS的孤子分子和一些混合解，得到了如下一些有意义的研究结果：(1) 首次明确指出了孤子分子，零背景下的呼吸波以及光滑的positons之间的联系; (2) positons之间的相互作用可以分为三种形式：短时碰撞；耦合激发出拟周期现象；完全重合激发出零背景下的breather-positons。在NLS系统中存在并且仅存在前两种相互作用。本文结果可以拓展到非线性领域各种孤子分子的理论研究及其与其它非线性波之间的相互作用与共振激发，进而促进多个相关研究领域的实验实现与发展。

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High-Efficiency Broadband Near-Infrared Single-Photon Frequency Upconversion and Detection

Jian-Hui Ma(马建辉), Hui-Qin Hu(胡慧琴), Yu Chen(陈昱), Guang-Jian Xu(许广建), Hai-Feng Pan(潘海峰), E Wu(武愕)

Chin. Phys. Lett. 2020, 37 (3): 034202

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作者搭建了一套基于频率上转换的宽带近红外单光子探测系统。通过优化泵浦光的光谱带宽和脉冲持续时间，克服PPLN准相位匹配带宽窄的问题，实现了光谱带宽达到7.2 nm的1.5微米通信波段信号光频率上转换探测，对应的量子转换效率最高达到18.8％，同时背景噪声仅有1.2×10^-3计数/脉冲。这种宽带近红外单光子上转换和探测方案为红外激光测距、宽带红外成像和量子密钥分配提供了潜在的解决方案。

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Production of ⁸⁷Rb Bose–Einstein Condensate with a Simple Evaporative Cooling Method

Rehman Fazal, Jia-Zhen Li(李嘉桢), Zhi-Wen Chen(陈志文), Yuan Qin(秦源), Ya-Yi Lin(林雅益), Zuan-Xian Zhang(张钻娴), Shan-Chao Zhang(张善超), Wei Huang(黄巍), Hui Yan(颜辉), Shi-Liang Zhu(朱诗亮)

Chin. Phys. Lett. 2020, 37 (3): 036701

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超冷中性原子量子气体已经成为量子物理实验研究的重要平台。强制蒸发冷却是实验实现超冷量子气体必不可少的技术，当前基于光学偶极阱的蒸发冷却技术通常需要较为复杂的设计和优化过程。本文展示了一种简单的蒸发冷却优化方法，利用该方法获得了接近数值模拟的理论最优化，证明了该优化方法的简单有效。

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Lax Pairs of Integrable Systems in Bidifferential Graded Algebras

Danda Zhang(张丹达), Da-Jun Zhang(张大军), Sen-Yue Lou(楼森岳)

Chin. Phys. Lett. 2020, 37 (4): 040201

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双微分分次代数是研究非交换可积系统有效的数学工具。在该框架下研究相应可积系统性质的一般化构造方法均在算子形式下进行；而我们熟知的Lax表示是函数方程。由于从算子形式到函数形式并无统一的转化方法，已知的构造方法无法直接得到Lax对。本文给出了在较一般条件下构造Lax对的直接方法，并通过一些经典的可积系统例子展示了该方法的简易性和有效性。

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Nonadiabatic and Multielectron Effects in the Attoclock Experimental Scheme

Zhi-Lei Xiao(肖智磊), Wei Quan(全威), Song-Po Xu(许松坡), Shao-Gang Yu(余少刚), Xuan-Yang Lai(赖炫扬), Jing Chen(陈京), Xiao-Jun Liu(柳晓军)

Chin. Phys. Lett. 2020, 37 (4): 043201

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目前国际上广泛采用的阿秒钟技术是研究隧穿延时问题的理想实验方案。该方案进一步提高测量精度的困难主要在于如何精确剔除被研究体系库仑场对于测量结果的影响。而非绝热效应、多电子效应和Stark效应等对于超快动力学过程实验测量的影响使得这一问题更具挑战性。基于包含了相关物理效应的半经典模型，本文研究了在一系列波长条件下的椭圆偏振激光场中氢原子和稀有气体原子(Ne、Ar、Kr)的超快电离过程，发现在考虑了相关物理效应的情况下，稀有气体原子库仑场所导致的延时与氢原子相应延时的比值满足(2I_p)^−3/2的关系（Ip是被研究原子体系的电离势）。该研究对于在阿秒钟实验中精确提取被研究体系库仑场所导致的等效延时具有重要意义。

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Energy-Selective X-Ray Ghost Imaging

Yu-Hang He(何雨航), Ai-Xin Zhang(张艾昕), Wen-Kai Yu(俞文凯), Li-Ming Chen(陈黎明), Ling-An Wu(吴令安)

Chin. Phys. Lett. 2020, 37 (4): 044208

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本工作首次将X光鬼成像从二维成像拓展至光谱成像范畴。通过特制的金膜矩阵振幅调制板并结合单像素光谱仪，该方法仅在4% Nyquist率的极低采样数和极弱照明下即可获得所选X光波段高分辨率的光谱图像。该技术丰富了无透镜低剂量X光鬼成像的应用范围，为材料的特征谱线、成分分析提供了新的技术手段，将在无损成像、物相检测等领域中发挥重要作用。

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Anomalous Hall Effect in Layered Ferrimagnet MnSb2Te4

Gang Shi(史刚), Mingjie Zhang(张明杰), Dayu Yan(闫大禹), Honglei Feng(冯红磊), Meng Yang(杨萌), Youguo Shi(石友国), Yongqing Li(李永庆)

Chin. Phys. Lett. 2020, 37 (4): 047301

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层状化合物MnSb2Te4是一种亚磁性外尔半金属的候选材料。本文报道在MnSb2Te4薄片结构中观测到显著的反常霍尔效应。反常霍尔电阻的方形磁滞回线及磁电阻的跳变表明该材料具有长程磁有序，其居里温度高达36.5 K。在4 K以下，反常霍尔电阻和纵向电阻具有lnT类型的量子修正，但反常霍尔电导的修正为零，这些特征与Wölfle等人的电子-电子相互作用理论符合。

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Pressure-Stabilized New Phase of CaN4

Xu-Han Shi(时旭含), Bo Liu(刘波), Zhen Yao(姚震), Bing-Bing Liu(刘冰冰)

Chin. Phys. Lett. 2020, 37 (4): 047101

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利用晶体结构搜索方法，建议了一个具有扶手椅型聚合氮链结构的P21/m-CaN4高压新相结构，其氮含量高达58.3%。相比于前人报道的P41212 相，该结构能量上更稳定且聚合压力更低。本工作不仅修改了CaN4配比结构的高压相图，而且建议了一个潜在的高能量密度材料。

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CH4 Gas Extraction by CO2: Substitution in Clathrate Hydrate through Bimolecular Iteration

Xiao-Hui Yu(于晓辉), Yuan Liu(刘源), San-Ya Du(杜三亚), Xu Zheng(郑旭), Jin-Long Zhu(朱金龙), Hong-Wu Xu(徐洪武), Jian-Zhong Zhang(张建中), Shi-Yu Du(都时禹), Xiao-Cheng Zeng(曾晓成), J. S. Francisco, Chang-Qing Jin(靳常青), Yu-Sheng Zhao(赵予生), Hui Li(李晖)

Chin. Phys. Lett. 2020, 37 (4): 048201

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天然气水合物是一种储量巨大的、潜在的清洁能源。通过CO2对水合物中CH4取代可以实现CO2温室气体的地下封存以及CH4能源气体利用的双重目的，而且还可以避免水合物开采过程中由于水合物分解而导致的潜在地质灾害。通过原位取代的中子实验结合理论计算，给出双分子水笼占据和交换的取代机理，特别是分子取代可深入到水合物颗粒内部，取代比率高达44wt%。理论和实验结果表明取代过程的热力学和动力学可行性，对天然气水合物的开采利用提供有力支撑。

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Chemical Vapor Deposition of Two-Dimensional PbS Nanoplates for Photodetection

Yi-Yi Gu(顾奕奕), Yi-Fan Wang(王一凡), Jing Xia(夏静), Xiang-Min Meng(孟祥敏)

Chin. Phys. Lett. 2020, 37 (4): 048101

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硫化铅作为窄带隙的非层状材料，在近红外波段的光电探测、场效应晶体管和太阳能电池等领域具有广阔的应用前景。本文首次采用化学气相沉积法在氟金云母片衬底上制备了超薄单晶硫化铅纳米片。结果表明，本方法制备的硫化铅纳米片具有形貌均一、表面平整、尺寸可调控、结晶性高等特点。基于硫化铅纳米片的光电探测器则表现出优异的光响应性能和良好的稳定性，表明本方法制备的硫化铅纳米片在超薄光电器件中具有潜在的应用价值。

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