PRL导读-2018年120卷20期

2018 年 5 月 28 日 中科院物理所

序

言

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摘要和引言对本期所有文章进行中文导读。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。红色字体为原PRL编辑推荐文字。

普通物理：统计与量子物理

责编：涂展春

冷费米气体中标度不变性的

动力学违反与伸缩子

Semenoff和Zhou用大N近似找到了一种N组分二维冷费米气体的奇异相，它表现出近似标度对称性的动力学破缺行为。作者把一个特定的弱阻尼集体激发视为伸缩子（Dilaton），一种与近似标度对称性破缺相关的赝Goldstone玻色子。作者认为，对理论中的一些参数而言，对称破缺相是稳定的，且在正常相和标度对称性破缺相之间存在着一阶量子相变，该相变可以通过调节化学势来驱动。作者发现，气体在其较低临界密度下的压缩性异常的大，是相同密度下理想气体的2N倍。（马宇翰）

Dynamical Violation of Scale Invariance and the Dilaton in a Cold Fermi Gas

Gordon Semenoff and Fei Zhou

Phys. Rev. Lett. 120, 200401 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.200401

几乎量子关联会违反无限制假设

为了识别哪些原理表征量子关联，理解在哪一种意义上这些关联不同于几乎量子关联是很重要的。Sainz等人通过调用所谓的无限制假设来解决这个问题。无限制假设是一个在许多量子理论的重建中都用到的自然公理，它说明了一组可能的测量是状态集合的对偶。作者证明，与量子关联相反，不存在满足无限制假设的广义概率理论能够重现几乎量子关联的集合。因此，任何具有几乎量子关联或与之非常接近的理论必然需要一个规则限定可能的测量。本文的结果表明，无限制假设可能在从非信令关联中挑出量子关联的集合中起着根本性的作用。（马宇翰）

Almost-Quantum Correlations Violate the No-Restriction Hypothesis

Ana Sainz,Yelena Guryanova et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 200402 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.200402

超导电路通过微波双光子跃迁

实现确定性远程纠缠

[编辑推荐语]：两个相距一米远的超导transmon量子比特通过传递一个微波光子实现了确定性纠缠。

大规模的量子信息处理网络几乎都需要不能直接发生相互作用的远程系统之间的纠缠。这种纠缠可以通过固定与运动的信息载体之间的纠缠门实现，固定的信息载体可以被当做内存或局部计算资源，非固定的信息载体则充当量子buses。Axline等人发现了两个远距离transmon量子比特之间的确定性纠缠，该量子比特是通过对长距离传播光子波包的拉曼受激辐射和吸收而产生的。Axline等人以73%的保真度实现了贝尔态，其损失可以由传输线路中的损失以及量子比特之间的退相干解释。(马欣然)

Deterministic Remote Entanglement of Superconducting Circuits through Microwave Two-Photon Transitions

P. Campagne-Ibarcq, et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 200501 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.200501

不可能用经典方法模拟具有乘法误差的

单一纯量子比特模型

单一纯量子比特模型（或具有一个量子比特模型的确定性量子计算模型）是量子计算的受限模型，其中除了一个输入量子比特之外，所有的量子比特都是最大混合的。已有的研究表明，一个单一纯量子比特模型的三个输出量子比特的测量结果的概率分布不能在一个恒定的乘法误差内进行有效地经典采样，除非多项式时间层级嵌套到第三级[T. Morimae, K. Fujii, and J. Fitzsimons, Phys. Rev. Lett. 112, 130502 (2014) ]。能否在将输出量子比特从三降到一的同时保持上述结果是一个为解决的问题。在本文中，Fujii等人解决了这一问题。作者还表明，多项式时间层级可以从三级嵌套加强到二级。从三级到第二级的嵌套水平的加强也适用于其他的亚普适模型，如瞬时量子多项式模型 [M. Bremner, R. Jozsa, and D. Shepherd, Proc. R. Soc. A 467, 459 (2011)]和玻色子采样模型 [S. Aaronson and A. Arkhipov, STOC 2011, p. 333]。作者也研究了在限制电路深度（circuit depth）和门类型的条件下单一纯量子比特模型的经典可模拟性。（马宇翰）

Impossibility of Classically Simulating One-Clean-Qubit Model with Multiplicative Error

Keisuke Fujii,Hirotada Kobayashi et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 200502 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.200502

价键固体中的拓扑量子比特

Wang等人构造了基于具有SU(N)对称性的价键固体模型的拓扑量子比特。逻辑拓扑量子比特是在全局奇偶对称性自发破缺后形成的具有二重简并的基态子空间。一个角度为2π /N的逻辑Z旋转（N是大于2的整数）是由全局扭曲操作提供的。这是拓扑性质的体现并受能隙的保护。本文还提出了一种具有标准量子纠错码的通用级联方案，可以实现更好的编码。此外，作者展示了对称保护拓扑次序的通用纠错性质。（马宇翰）

Topological Qubits from Valence Bond Solids

Dong-Sheng Wang, Ian Affleck et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 200503 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.200503

具有长程相互作用的量子系统中

能量吸收与预热化的边界

金刚石中的氮空位色心和离子阱等具有长程相互作用的系统可以作为用以探测一系列非平衡多体现象的实验平台。特别地，各种与短程相互作用系统具有截然不同物理机制的有效哈密顿量可以通过驱动来实现。在本文中，Ho等人推导了针对由自旋或费米子构成的周期驱动系统的线性响应能量吸收速率的普适严格界限。这些系统具有按照1/r^α衰减的长程相互作用，其中α>d/2。作者证明，无序的的平均能量吸收率在高温下随驱动频率呈指数衰减。这一结果强烈地暗示了一个预热平台的存在，在这个平台上，系统的动力学是由一个有效的、静态的Hamiltonian长期控制的。作者用数值计算验证了这一结论。本文的研究结果有助于理解在这种在长程相互作用系统中由有效哈密顿量所描述的热化时间尺度以及新的动力学机制。（马宇翰）

Bounds on Energy Absorption and Prethermalization in Quantum Systems with Long-Range Interactions

Wen Wei Ho, I. Protopopov, et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 200601 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.200601

多体系统中对称性决定的纠缠

与系统哈密顿量类似，子系统的约化密度矩阵具有分块特征。分块矩阵由对称量子数—charge sector所刻画。Goldstein和Sela考虑了适当的共轭Aharonov-Bohm(AB)流穿过多层黎曼曲面，提出了一种几何方法来提取每个charge sector对子系统纠缠度量的贡献。对于1+1维共形场论的情形，作者给出了纠缠熵和谱的精确结果，并应用到各种系统中，包括从自由或有相互作用的费米子系统到自旋和拟费米子(Parafermion)链。他们还从数值上对这些结果进行了验证。他们发现对于相互作用的费米子链，总的纠缠熵与lnL存在标度关系，其中子系统的每个charge sector贡献了(lnL)^1/2，甚至当考虑总的自旋守恒时，直到L⁰阶的贡献亦是如此。此外，作者还探讨了如何在当前实验条件下测量每个charge sector对纠缠的贡献。(马欣然)

Symmetry-Resolved Entanglement in Many-Body Systems

Moshe Goldstein and Eran Sela

Phys. Rev. Lett. 120, 200602 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.200602

量子自旋链中的理好二极管

Balachandran等人研究了XZZ链中自旋流的整流，XZZ链可以分成两部分，每一部分都有不同的各向异性参数。使用严格对角化和矩阵乘积态算法，作者发现当自旋链中的一半无间隙，而另一半有足够大的各向异性时，即使对于N=8的自旋短链，也可以实现很大的整流效应（10⁴数量级）。Balachandran等人证明了当向一个方向驱动流时呈现扩散传输，向相反方向驱动流时出现绝缘性质，这使得XZZ链在热力学极限下成为一个理想的二极管。上述结果与自旋链两部分之间的磁子(magnon)激发谱吻合。(马欣然)

Perfect Diode in Quantum Spin Chains

Vinitha Balachandran,et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 200603 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.200603

关于本征态热化假说的数值大偏差分析

关于孤立量子系统热化问题较为合理的理论是基于强本征态热化假说。强本征态热化假说(ETH)指在微正则壳层中所有的能量本征值的期望都等于微正则系综的平均值。Yoshizawa等人通过大偏差性质在数值上研究了ETH，这样能直接估计出无热能量本征态在能量壳层中的比重。作者可以系统地证实强ETH的正确性，即使对于近可积系统。此外，作者发现有无热本征态占比的有限尺度标度对于不可积系统呈双指数衰减形式。本文的结论揭示了量子混沌的普遍规律，同时说明了大偏差分析可以作为研究存在有限尺寸效应的热化问题的有效方法。(马欣然)

Numerical Large Deviation Analysis of the Eigenstate Thermalization Hypothesis

Toru Yoshizawa, et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 200604 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.200604

二维各向同性无序介质中

临界固定界面的普适性

Grassberger基于大量的数值模拟提出猜想：在短程关联的二维各向同性无序介质中，临界钉扎界面属于常规渗流(percolation)普适性类中的。与高于二维的界面不同，在二维情形下分形和粗糙无分形的界面没有区别。本文的研究包括零温随机场Ising模型（包括存在与不存在自发成核现象）中的界面、非均匀自举渗流中的界面等。本文的研究不包括有长程关联的模型以及介质各向异性的模型。(马欣然)

Universality of Critically Pinned Interfaces in Two-Dimensional Isotropic Random Media

Peter Grassberger

Phys. Rev. Lett. 120, 200605 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.200605

在稠密环境中受驱动粒子的

非平衡涨落和增强扩散

Illien等人研究了受外力驱动远离平衡态的示踪粒子在任意浓度下的稠密环境中的扩散。系统的演化处于一个离散晶格上，其随机动力学可以由主方程描述。Illien等人采用超越平均场的退耦近似，计算得到任意维度晶格上（采用不同的边界条件）示踪粒子位置的涨落。作者从本质上揭示了非平衡效应，如由拥挤相互作用和外界驱动共同引起的示踪粒子的增强扩散。作者还考虑了该模型的高密度和低密度极限，并证明本文中的近似方法在上述极限下是精确的。(马欣然)

Nonequilibrium Fluctuations and Enhanced Diffusion of a Driven Particle in a Dense Environment

Pierre Illien, et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 200606 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.200606

Baker-Campbell-Hausdorff级数的

复本重求和方法

Vajna等人发展了一种新的基于针对Floquet 哈密顿量的复本技巧的微扰展开方法，用于控制周期性kicked系统的动力学，其中kick强度一个很小的参数。在非驱动（非扰动）哈密顿量中，当考虑到kick强度的有限次序，这种展开与Baker-Campbell-Hausdorff级数的无限求和形式上等价。作为这一复本展开的一个应用，作者分析了自旋1/2的Ising链周期性地和强度为h具有纵向和横向分量的磁场kicked的情况。作者证明，即使远离高频驱动域，如果存在加热，其速率在kick强度中是非微扰的，且上方边界是一个广延指数：exp(-const*h^-1/2)。这保证了一个非常长的预热域的存在，其中系统的动力学是受从复本展开得到的Floquet哈密顿量控制的。（马宇翰）

Replica Resummation of the Baker-Campbell-Hausdorff Series

Szabolcs Vajna, et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 200607 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.200607

引力与天体物理

导读：郭敏勇；责编：高思杰

借助高能立体系统十年观测在银河晕内

寻找暗物质湮灭的伽马射线谱线信号

伽马射线的光谱线信号是搜索暗物质湮灭的最重要特征之一。鉴于银河晕中心存在大量的暗物质以及靠近地球的原因，所以该区域是最有希望探测到理想谱线信号的区域之一。作者在文章中报道了，他们使用二维最大似然法，利用信号对背景的光谱和空间特征，对能量范围在300GeV到70TeV之间的暗物质自湮灭产生的单能谱线进行探测。他们用地面切伦科夫望远镜的高能立体系统阵列对银河晕中心作了长达十年的观测(2004-2014), 在背景以上，没有找到明显多余的伽马射线信号。该工作给出了在质量330Gev-70TeV范围内对暗物质的最强约束。

Search for γ-Ray Line Signals from Dark Matter Annihilations in the Inner Galactic Halo from 10 Years of Observations with H.E.S.S.

H.E.S.S. Collaboration

Phys. Rev. Lett. 120, 201101 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.201101

在随机引力波背景中寻找

张量、矢量和标量极化

利用高级LIGO和高级Virgo对引力波进行探测，实现了对相对论的新的检验，包括对引力波极化方式的直接研究。相对论允许两种张量极化方式，而一般的度规理论额外预言了两种矢量和两种标量极化方案。引力波极化方式的信息隐藏在随机引力波背景的谱形状中，经过宇宙中各个不可辨的天体源叠加形成。利用高级LIGO第一次运行记录的数据，作者探究了一般极化引力波的随机背景。他们没有找到支持任何极化背景的证据，同时首次给出了对随机背景的矢量和标量极化贡献的直接限制。

Search for Tensor, Vector, and Scalar Polarizations in the Stochastic Gravitational-Wave Background

LIGO Scientific Collaboration and Virgo Collaboration

Phys. Rev. Lett. 120, 201102 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.201102

转动时空的静态轨道

在文章中，作者发现在确定条件下，在轴对称转动时空赤道面上存在一个静态轨道，在该轨道上，对于渐进静态观者来说，开始处于静止的粒子会一直保持静止。他们以玻色星为例，说明了静态轨道的产生。更多的例子，包括虫洞、带毛黑洞和克尔-纽曼黑洞。

Static Orbits in Rotating Spacetimes

Lucas G. Collodel and Burkhard Kleihaus et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 201103 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.201103

标量-张量引力中一类新的中子星准正模

脉冲中子星特征谱的观测，不仅是探测核状态方程的有力工具，还可以用于检验修改引力理论。然而，修改引力理论引起的震荡谱修正往往很小，而且在状态方程未知的情况下会发生退化。本文中，作者发现，在修改引力中，耦合额外的自由度，会产生一类在相对论中没有对应的新模式，这种模式可以在频率空间得到很好的解决，并做到清晰的观测。他们通过在无质量标量-张量引力中对中子星径向震荡进行详尽的研究，来实现这个想法。他们预期在天文上，这种新的准正模可能会在电磁和引力波探测中被观察到。

Static Orbits in Rotating Spacetimes

Lucas G. Collodel, et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 201103 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.201103

基本粒子与场论

责编：晁伟、刘晓辉

规范-引力理论中无穷多组软定理

能被理解为Ward-Takahashi恒等式

[编辑推荐语]大规范变换的Ward-Takahashi恒等式被用来揭示规范玻色子和引力散射振幅中软行为的无穷多新的限制。

作者证明了软光子、软胶子和软引力子定理能被理解为大规范变换的Ward-Takahashi恒等式，大规范变换就是在空间无穷远处不为零的微分同胚。作者发现了限制规范以及引力理论的散射振幅中规范玻色子和引力子高阶软行为的无穷多的新的恒等式。作者展示了这些软定理的图表示。

Infinite Set of Soft Theorems in Gauge-Gravity Theories as Ward-Takahashi Identities

Yuta Hamada, et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 201601 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.201601

共形场论中源自纠缠的高曲率引力

作者通过将最近不同的工作推广到高曲率引力，对三类相关的结果建立了一个统一的框架：1）如果使用推广的Ryu-Takayanagi公式计算一个渐进反德西塔时空的共形场论中的球形区域的纠缠熵至真空形变态的第二阶，那么直到AdS背景的第二阶，时空会满足正确的引力运动方程。2）高曲率引力理论中纠缠熵的的全息对偶由Wald熵加上一涉及外部曲率的修正项给出。3）共形场论的相对熵与引力的正则能量对偶。尤其对于第二点，该文的推导不依赖于欧几里得复制技巧。

Higher Curvature Gravity from Entanglement in Conformal Field Theories

Felix M. Haehl, etal.

Phys. Rev. Lett. 120, 201602 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.201602

0+1维强耦合规范理论的完整解

规范张量模型是一类强耦合的量子力学理论。作者得到了这类理论的一个特例的完整解，也就是非线性Gurau-Witten最小带色张量模型。作者发现了该模型的完整解析的本征值与本征态，前者与之前的非规范理论的数值结果高度一致。尽管N非常小，解出的谱分布依然表现出了基本的混沌迹象。

Exact Solution of a Strongly Coupled Gauge Theory in 0 + 1Dimensions

C. Krishnan and K. Pavan Kumar

Phys. Rev. Lett. 120, 201603 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.201603

AdS/CFT中的混沌弦

经典引力对偶的全息理论是最大混沌的，也就是说这些理论最大化混沌的增长率。因此讨论这一性质是否对领头大N关联也成立或者能否在别的地方也有体现会很有趣。该文中，作者考虑了回答该问题的最简单的形式：一个布朗粒子与热系统耦合。作者发现探测混沌的无时序的四点关联函数一开始呈现最大化混沌的指数的增长。然而加扰时间却远小于等离子体激发所需的时间。作者的结果表示，至少在某些特定的例子里，最大混沌在探测部分得以保留而不显式地需要引力自由度。

Chaotic Strings in AdS / CFT

Jan de Boer, et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 201604 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.201604

在质心质量8TeV的质子质子对撞的

b-标记双喷注质量谱中搜索窄共振

本文给出了使用积分亮度为19.7fb^-1的8TeV质子质子对撞数据来寻找窄共振衰变到底正反夸克对的结果。该搜索得益于能够标记由b夸克产生的喷注，从而将以往同类搜索的质量下限进一步拓展。实验没有观测到对本底预言的显著超出。实验对产生截面以及质量在325-1200GeV区间的自旋为0、1和2的共振态衰变到b夸克的衰变分支比做了限制。这些结果在325-500GeV的质量区域提高了之前共振态衰变到双喷注的实验限制。

Search for Narrow Resonances in the b -Tagged Dijet Mass Spectrum in Proton-Proton Collisions at √s = 8 TeV

M. Sirunyan et al. (CMS Collaboration)

Phys. Rev. Lett. 120, 201801 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.201801

无中微子双β衰变的新的领头贡献

[编者推荐语]在无中微子双β衰变中考虑短程相互作用将会影响对搜索衰变实验的解释。

作者在手征有效场理论的框架下讨论了由轻马约拉纳中微子引起的无中微子双β衰变越迁算符的领头贡献。基于重整化群的观点，并同时使用了最小剪除的维数正规化以及坐标空间截断，作者发现了在当前计算中都缺失的领头贡献的短程系数。作者讨论了如何通过与格点QCD匹配或者通过手征对称与双核部分的同位旋破坏的观测量相关联来确定该短程耦合常数的有限项，作者还讨论了该新贡献对于相关试验中核矩阵元的影响。

New Leading Contribution to Neutrinoless Double- β Decay

Vincenzo Cirigliano et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 202001 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.202001

中子寿命与轴耦合的关系

实验对中子衰变的研究呈现两个反常。第一个平均束流测得的中子寿命τ^beam_n=888.0(2.0)秒与更精确的束缚的超冷中子实验测得的中子寿命τ^trap_n=879.4(6)秒之间存在8.6(2.1)秒，大概是4个标准差的差异。另一个通过中子衰变在2002年之前轴耦合常数的测量平均值1.2637（21）与2002年之后的平均值1.2755（11）之间存在5倍标准差的差异。在本文中，作者将这两个观测量关联在了一起τ_n(1+3g_A²) =5172.0(1.1)秒。通过该关联的自洽性质，作者给出了τ^favored_n=879.4(6)秒，g^favored_A=1.2755(11)为这两个参数更倾向的值。作者并且比较了g^favored_A与最近的格点QCD与μ轻子氢原子俘获实验的结果。作者讨论了奇异中子衰变分支比的一般限制<0.27%并将其应用于最近提出的解决中子寿命疑难的方案。

Neutron Lifetime and Axial Coupling Connection

Andrzej Czarnecki et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 202001 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.202002

希格斯玻色子产生的双重求和

作者给出了首个质子-质子碰撞产生的希格斯粒子主要产生道的双重求和结果。作者的结算结果同时包括了高能极限，也就是小x以及阈效应，也就是大x时候的所有阶对数修正。大x对数被重求和至次-次-次领头对数的精度，小x则到领头对数的精度。作者进一步把双重求和与次-次-次-领头阶计算结果相匹配。作者发现双重求和的结果对希格斯在13TeV的产生有2%的修正，在未来的100TeV的对撞机上则能达10%的修正。

Double Resummation for Higgs Production

Marco Bonvini and Simone Marzani

Phys. Rev. Lett. 120, 202003 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.202003

在光子能量为E_γ=1.5-2.95GeV，向前

π⁻角度下，γ p→π⁻Δ⁺⁺(1232)反应的

微分散射截面以及光子束流的反对称

作者在SPring-8/LEPS上测量了光子能量为E_γ = 1.5 – 2.95 GeV，0.7 <cos θ^{c . m .}_π< 1，γ p → π⁻ Δ⁺⁺ (1232)反应的微分散射截面以及光子束流的反对称。在这一动力学区间内，首次获得了高统计量的散射截面数据，并第一次获得了在该光子能量区间内的反对称数据。该反应对研究质子中，纯的正反u-夸克对的产生机制有着独特的特征。虽然没有发现峰的结构，该试验发现了在光子能量1.5-1.8GeV的区间范围，实验相对理论预言的超出。实验发现，在当前绝大多数的动力学区间里，反对称为负，该结果建议了π介子的主要交换道为t-道。在向前介子产生角度的负的反对称与之前的实验结果存在区别。因此需要新的核子共振以及含有额外非自然宇称交换的理论模型来解释实验结果。

Differential Cross Section and Photon-Beam Asymmetry for the γ p → π⁻Δ⁺⁺(1232) Reaction at Forward π⁻ Angles for E_γ= 1.5 – 2.95 GeV

H. Kohri et al. (LEPS Collaboration)

Phys. Rev. Lett. 120, 202004 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.202004

在质心能为8TeV的质子-质子对撞中

搜索X(5568)衰变到B⁰_s π^±

CMS实验在积分亮度为19.7fb^-1质心能8TeV的质子质子对撞数据中搜索B⁰_sπ^±不变质量谱中的共振结构。B⁰_s通过B⁰_s→ J/ψ ϕ, J/ψ → μ⁺ μ⁻以及ϕ → K⁺ K⁻的衰变链来重建。B⁰_sπ^±的不变质量分布中没有统计显著的峰出现。实验给出了X(5568)以及B⁰_s的相对产生率乘以X(5568)→B⁰_s π^±衰变分支比的上限。此外，实验还给出了作为质量和宽度函数的，衰变到B⁰_sπ^±的奇异态的上限。

Search for the X(5568) State Decaying into B⁰_s π^± in Proton-Proton Collisions at √s = 8 TeV

M. Sirunyan et al. (CMS Collaboration)

Phys. Rev. Lett. 120, 202005 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.202005

在ATLAS实验搜索

B⁰_s π^±不变质量谱中的结构

D0合作组报告了通过X→B⁰_sπ^±，B⁰_s→J/ψϕ搜索X(5568)的结果。该搜索使用了由ATLAS探测器积累的积分亮度为4.9fb^-1质心能7TeV和积分亮度为19.7fb^-1质心能8TeV的数据。实验没有发现显著的信号。实验给出了信号事例数目的上限N(X)，95%置信度的X与B⁰_s的相对产生率ρ_X。对于横动量大于10GeV的B⁰_s, N(X)<382, ρ_X<0.015,对于横动量大于15GeV的B⁰_s, N(X)<356，ρ_X<0.016. 实验还给出了在质量区间5550到5700MeV的B⁰_s π^±中可能的共振态的限制。

Search for a Structure in the B⁰_sπ^± Invariant Mass Spectrum with the ATLAS Experiment

M. Aaboud et al. (ATLAS Collaboration)

Phys. Rev. Lett. 120, 202007 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.202007

使用费米实验室的对撞探测器

搜索奇异介子X(5568)

文章给出了在由费米实验室的对撞机探测器积累的积分亮度为9.6fb^-1质心能1.96TeV的质子-反质子对撞数据中搜索X(5568)衰变到B⁰_sπ^±的结果。实验没有发现X(5568)并在95%的置信度给出了X(5568)→B⁰_sπ^±中B⁰_s的分支的上限为6.7%。

Search for the Exotic Meson X(5568) with the Collider Detector at Fermilab

T. Aaltonen et al. (CDF Collaboration)

Phys. Rev. Lett. 120, 202006 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.202006

原子核物理

责编：耿立升、彭婧

原子核对称能和同位旋对称性的破缺：

二者如何达成一致？

作者分析了人们目前在非对称核物质状态方程、重核如²⁰⁸Pb中同位旋相似态（IAS）的能量以及核介质中的同位旋对称性破缺力的认识中显而易见的矛盾，并提出了一个解答。这是通过对 IAS 做包含了所有同位旋对称性破缺贡献的、最先进的 Hartree-Fock加无规相位近似计算实现的。为了实现这个目标，他们提出一个新的有效相互作用。该有效相互作用可以成功地再现 IAS 激发能，且有限核的其他特点依然完好。（王锶博）

Nuclear Symmetry Energy and the Breaking of the Isospin Symmetry: How Do They Reconcile with Each Other?

X. Roca-Maza, et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 202501 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.202501

ÖS_NN=5.02TeV时Pb-Pb碰撞中

快速D⁰介子方位各向异性的测量

欧洲核子中心的CMS 实验组测量了每核子对质心能量ÖS_NN=5.02TeV，中等快度（∣y∣<1.0）的Pb-Pb碰撞过程产生的快速D⁰介子的方位各向异性系数n₂和n₃。该测量是在横向动量 p_T 为 1 到 40 GeV/c 之间的中心碰撞（中心度0%-50%）过程中完成的。数据表明在所研究的 p_T区间，系数n₂的值是正的。实验首次实现了对快速D⁰介子方位各向异性系数n₃的测量，发现当p_T在4 GeV/c 附近时 n₃的值可以达到 0.07。实验发现当 p_T< 6 GeV/c 时，与带电粒子相比，快速D⁰介子方位各向异性系数n₂和n₃要小一些，但是对 p_T的依赖性相似。这个结果与低 p_T处存在的粲夸克的集体运动，以及高p_T处粲夸克能量损失的路径长度依赖性等一致，因此对粲夸克和夸克胶子等离子体之间相互作用的理论描述提供了新的限制。（肖扬）

Measurement of Prompt D⁰Meson Azimuthal Anisotropy in Pb-Pb Collisions at ÖS_NN=5.02TeV

A. M. Sirunyan et al. (CMS Collaboration)

Phys. Rev. Lett. 120, 202301 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.202301

原子、分子与光学

导读：宋新秀；责编：严运安

准确确定原子电偶极矩的相对论

正规耦合团簇理论及其首次应用于¹⁹⁹Hg

最近发展的相对论耦合团簇（RCC）方法可计算由于宇称和时间反演破缺相互作用（P,T-odd）而产生的反磁性原子电偶极矩（EDM）。作为超出标准粒子相互作用模型的新物理的非常重要的基本成分，该计算与先前的理论计算结果大不相同。因此，有必要对这些结果的有效性进行独立测试。有鉴于此，正常的耦合-团簇方法已经扩展到相对论状态[相对论正常耦合团簇（RNCC）方法]，通过同时结合静电和P, T-odd相互作用而克服普通RCC方法的缺点，来最终计算原子的电偶极矩。这种新的相对论方法已应用于¹⁹⁹Hg，该原子比任何其他系统拥有更低的EDM限制。本文的RNCC结果和该原子EDM的自洽RCC的计算结果接近。文中接着解释了这两个结果之间以及以前的计算结果之间的差异。此外，作者还对该原子的电偶极子极化率（与EDM有计算相似性）做了评估，证明其与实验测量值非常吻合。

Relativistic Normal Coupled-Cluster Theory for Accurate Determination of Electric Dipole Moments of Atoms: First Application to the ¹⁹⁹Hg Atom

B. K. Sahoo and B. P. Das

Phys. Rev. Lett. 120, 203001 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.203001

囚禁离子借由量子频率转换

进行长距离单光子传输

被捕获的原子离子是理想的具有长寿命内部态的单光子发射体，可以与发射的光子进行量子纠缠。将离子耦合到光学腔，就可以将单个光子有效地发射到单个空间模式，并控制它们的时间波形。这些特性是量子信息处理和量子通信的关键。然而，这些系统发射的光子由于其波长而不适合长距离传输。在这里，Walker等人报告了耦合到光学腔的单个⁴⁰Ca⁺离子的单光子发射，经过了超过10公里的光纤，其频率转换从866 nm到电信C波段1530 nm。作者还观察到了直接腔发射，转换光子和10公里传递光子的非经典光子统计，以及全程中光子波形的保持。这种电信-准备就绪系统可以成为长距离量子通信以及未来云量子计算的关键组成部分。

Long-Distance Single Photon Transmission from a Trapped Ion via Quantum Frequency Conversion

Thomas Walker, et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 203601 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.203601

巡回微波光子探测器

如何实现高效微波单光子探测器是微波量子光学领域长期存在的问题。在这里，Royer等人提出了一种量子非破坏性，高效率的光子探测器，可以很容易地在当前最先进的电路量子电动力学中实现。该方案可以连续工作，获得关于光子到达时间以及其存在的信息。作者能够规避测量反作用力所带来的常见局限性的关键在于在一小群非均匀的人造原子中使用长寿命的暗态来增加光子与测量装置之间的相互作用时间。通过使用现实的系统参数，作者显示可能实现大的检测保真度。

Itinerant Microwave Photon Detector

Baptiste Royer, et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 203602 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.203602

对两微米区域内的压缩光进行观察

Mansell等人提出了在2μm波长区域内压缩光的生成和检测。这个实验是实现未来几代引力波探测器所需的量子降噪技术中的关键一步。在双谐振腔中，作者通过来自周期性极化磷酸钛氧钾晶体的简并光学参量振荡来产生压缩真空。该实验使用了有稳定频率的1984纳米铥光纤激光器，并且使用延长的InGaAs光电二极管进行平衡零差检测来检测压缩。由于受光电二极管量子效率的限制，作者测量到相对于音频频带中散粒噪声水平的4.0±0.1dB的压缩和10.5±0.5dB的反压缩。在考虑到已知损耗和相位噪声之后，光学参量振荡器之后的推测压缩水平是10.7 dB。

Observation of Squeezed Light in the 2μm Region

G. Mansell, et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 203603 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.203603

用图像传感器检测光子对的通用模型

Defienne等人建立了一个分析模型，将由图像传感器所完成的强度相关性测量与照射它的光子对的性质相关联。实验使用了有效的单光子计数相机，线性电子倍增电荷耦合器件相机和标准CCD相机来证实了该模型。这些结果为使用传统探测器实现量子光学传感开辟了领域。

General Model of Photon-Pair Detection with an Image Sensor

Hugo Defienne etal.

Phys. Rev. Lett.120, 203604 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.203604

非线性动力学和流体力学

责编：兰岳恒

具有全局单一手性的光横向自旋设计

光横向自旋的触碰打开了拓扑光子学中的新边界。为了实现非零纵向场的横向自旋，已经提出了基于聚焦，干涉或瞬逝波的各种导出横向受限波的平台。尽管如此，由于横向约束固有地伴随着场导数的符号反转，会导致每个场的横向自旋手性经历空间反转，从而导致电场与其自旋分量之间的强度不匹配，并且阻碍了横向自旋的全局观测。在这里，研究者揭示了电场的全局纯横向自旋，其中场强标志了自旋分布。他们从目标自旋模式出发，求出各向异性介电常数空间分布的逆设计，发现在ε近零介电常数附近的椭圆双曲变换允许各向异性超材料间整个拓扑界面上的电场横向自旋手性全局守恒。扩展到非厄米系统，研究者们利用湮没的横向自旋模式去覆盖子午平面上的整个Poincare球体。这个结果实现了三维量子自旋态的完整光学模拟。（柴咪莎）

Design of Transverse Spinning of Light with Globally Unique Handedness

Xianji Piao, Sunkyu Yu, et al

Phys. Rev. Lett. 120, 203901 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.203901

通过芝诺效应实现线性和

非线性能量传递的全光控制

基于微管谐振器的非线性过程是很多应用的关键，包括微梳生成，参数频率转换和谐波生成。虽然涉及二阶(χ⁽²⁾)或三阶(χ⁽³⁾)非线性的非线性过程已被广泛研究，但这两个基本非线性过程之间的相互作用却很少被报道。在这里，研究者们揭示了二阶和三阶非线性过程之间的协同相互作用。通过与有损辅助模式参数(χ⁽²⁾)耦合，缩短了目标光子模式的寿命并且抑制了其状态密度，并利用芝诺效应阻止了光子发射进入目标光子模式。然后用这种效应来控制受激四波混频过程，并实现了34.5的抑制比。（柴咪莎）

All-Optical Control of Linear and Nonlinear Energy Transfer via the Zeno Effect

Xiang Guo, Chang-Ling Zou, et al

Phys. Rev. Lett. 120, 203902 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.203902

科里奥利-离心对流区间

离心浮力会影响所有旋转湍流对流现象，但在旋转对流研究中，大家通常将它忽略掉。在这篇文章中，Horn等人涵盖离心浮力来调查我们所说的科里奥利离心对流（C3），表征了迄今为止尚未探索的两个区间：一个是流动的准循环平衡（QC准则），另一个是流动的三重平衡状态，也就是压力梯度、科里奥利和离心浮力（CC准则）的平衡。这个到离心支配动力学的过渡发生在弗劳德数Fr等于半径-高度纵横比γ时。因此，小γ湍流对流实验可能会在较低的Fr下碰到离心效应。此外，解析研究表明，离心浮力的直接影响引起了努塞尔特数Nu的减小。然而，间接地，它能通过改变流动形态同时导致粘性耗散进而Nu的增加。这些直接和间接影响导致Nu在CC区间中的净抑制和QC区间中的净增强。另外，也证实C3可能为龙卷风，飓风和台风提供一个简化但自洽的模型系统。(闫子硕)

Regimes of Coriolis-Centrifugal Convection

Susanne Horn and J. Aurnou

Phys. Rev. Lett. 120, 204502 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.204502

在P对称破坏的粘性环境中

声音的非倒易线性传输

倒易性是线性介质波动方程的一个基本性质，它源于时间反演对称或T对称。对于电磁波来说，倒易性可能会被外部磁场破坏。然而实现声波非倒易要更加困难。这里文章报道了第一个水下声子晶体(由不对称棒组成)实验观察超声的线性非倒易传输。其中水的粘性是破坏T对称性的因素。第二个实现非倒易性的必要因素是沿着声音传播方向的不对称或遭破坏的P对称。基于Navier-Stokes方程的数值模拟结果与实验结果一致。本文的研究表明，PT对称性破损的介质在声学上不可逆。作者提出的非倒易装置廉价、稳定且不需要能量源。(闫子硕)

Nonreciprocal Linear Transmission of Sound in a Viscous Environment with Broken P Symmetry

E. Walker, et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 204501 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.020601

不稳定片层破裂中的普适边缘厚度

流体的不稳定破碎成液滴对流行病学非常重要，因为它可以控制着从打喷嚏到咳嗽中病原体的传播，或者农业中受污染的作物传播病原体。它也在涂料，涂层和燃烧等工业过程中无处不在。不稳定碎片化完全不同于稳定碎片化，迄今为止大多数理论工作所关注的都是稳定碎片化。Wang等人通过研究典型的不稳定分裂过程来缩小这方面研究的差距：落到有限表面的水滴解体，过程中液滴变成了具有时变特性的自由膨胀片，并受到边缘限制，其厚度随时间变化。连续的边缘失稳选择了最终的喷雾液滴，但这个过程人们仍然知之甚少。Wang等人结合理论和先进的图像分析来研究不稳定边缘失稳过程。结果表明，在任何时候，边缘厚度都受局部瞬时结合数控制，它等于1并由瞬时、局部、不稳定边缘加速度定义。这个标准对于一族不稳定的无粘性流体薄片碎裂现象鲁棒和通用，不管液体是滴在各种几何形状的表面上还是滴在薄膜上。作者还讨论了在怎样的粘性和粘弹性条件下这个标准继续控制不稳定边缘的厚度。(闫子硕)

Universal Rim Thickness in Unsteady Sheet Fragmentation

Y. Wang, et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 204503 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/PhysRevLett.120.204503

开尔文-亥姆赫兹不稳定性非线性

演化的精确解用于氦II的

超流体和正常成分的相对流动

氦II正常流体和超流体组分的相对运动导致他们共同自由表面上的量子开尔文-亥姆赫兹不稳定性。Lushnikov等人发现这一不稳定性在非线性演化阶段的可积性和精确增长解。与通常在两种经典流体之间界面的开尔文-亥姆赫兹不稳定性相反，氦II自由表面动力学允许拉普拉斯生长方程的约化，它有无限数量的精确解，包括有限时间内自由表面上尖角的内禀生成情形。(闫子硕)

Exact Solutions for Nonlinear Development of a Kelvin-Helmholtz Instability for the Counterflow of Superfluid and Normal Components of Helium II

Pavel M. Lushnikov, et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 204504 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.204504

相互耦合循环结构中的传输非倒易性

打破洛伦兹互易被认为是光场非倒易传输的先决条件，所以线性光学系统的非倒易的可能性几乎被忽略。作者提出了三个互相耦合的微腔或光纤环结构来实现光学非倒易性。虽然它与来自两个不同输入端口的场的耦合总是相等的，但是这种系统会在其中一个腔的光学增益饱和或在不同腔循环场的不对称耦合下非倒易地传输它们。由光纤环组成的结构可以作为时间独立的线性系统执行非倒易传输而不会打破洛伦兹互易。同时从两个不同端口输入的光隔离，甚至近似的光隔离器操作都可以用该结构来实现。(郑皓天)

Transmission Nonreciprocity in a Mutually Coupled Circulating Structure

Bing He, et al

Phys. Rev. Lett. 120, 203904 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.203904

表面等离子体场梯度驱动的

增强型三阶光学非线性

小体积中的高效非线性光学混频是未来芯片上光子器件的关键。然而，通常较低的转换效率严重限制了芯片微型化到纳米尺寸。这里可以证明梯度场效应可以提供有效的，传统偶极禁止的非线性响应。Kravtsov等人表明，纵向非线性源电流可以在近红外频率范围内控制黄金中自由电子响应的三阶光学非线性，这里由于其他机制所造成的非线性特别小。使用绝热纳米聚焦来对激发场进行空间限制，测量2ω₁-ω₂四波混频响应作为失谐ω₁-ω₂的函数，我们可以找到高达10^-5的转换效率，梯度场促使χ³_Au达到10^-19m²/v²。结果与基于等离子流体动力学和电子动力学的理论非常吻合。随着样品尺寸减小，非线性转换效率的增加甚至可能过度补偿体积的减小量，这为非线性纳米光学器件的发展提供了新的方法。这个方法能获得更高效的非线性光学器件并将相干多维光谱延伸到纳米尺度。(郑皓天)

Enhanced Third-Order Optical Nonlinearity Driven by Surface-Plasmon Field Gradients

Vasily Kravtsov, et al

Phys. Rev. Lett. 120, 203903 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.203903

二维涡凝聚中的湍流统计

通过纳维-斯托克斯方程的非线性相互作用来解决相干平均流和湍流波动的演变是流体力学的核心问题。它影响各种各样的流，如行星大气，等离子体或壁面流动，并且阻止湍流模型的建立。Frishman等人考虑周期盒子中的二维流动的特殊情况，其中平均流动以及被称为“凝聚体”的一对盒子大小的涡流从湍流中出现。最近研究表明，微扰闭合在小尺度激发湍流时正确描述了凝聚体。在这种情况下，作者获得了雷诺应力张量编码的湍流统计量的显式结果。证明了雷诺应力的两个分量-动量通量和湍流能量是由不同的机制决定的。之前有人提示动量通量是通过驱动和平均平流之间的平衡来确定的：使用了前所未有的长时间数值模拟，Frishman等人第一个提供了支持这一预测的直接证据。相比之下，结合分析计算与数值模拟，可以得出结论，湍流能量仅由平均平流决定，并首次获得描述其在涡旋中形状的公式。(郑皓天)

Turbulence Statistics in a Two-Dimensional Vortex Condensate

Anna Frishman, et al

Phys. Rev. Lett. 120, 204505 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.204505

等离子体与束物理

责编：陈少永

同位素涂层低温靶的双离子等离子体膨胀

Scott等人介绍了一种新型靶结构的双离子等离子体膨胀方案，在这个靶结构中，在氢等离子体的靶-真空分界面处存在一个纳米级厚度的纯氘层作为缓冲物质。模拟表明，通过控制氘层的厚度，利用靶法线鞘加速机制(TNSA)可以产生复合H+/D+离子束，其离子密度比例可调，因为谱峰分布的氘核束的加速可抑制高能质子的加速。粒子模拟(Particle In Cell)显示，氘核束（每个核子能量为4.3±0.7兆电子伏）在半角9°的方向锥中被加速。实验上使用现有技术的低温制靶法来研究这个问题，在维持重要的TNSA质子组分的同时，在半角7°-9°的锥中测量到了一个光谱峰值的氘核束（每个核子能量为3.4±0.7兆电子伏）。（阳青程，牟茂淋）

Dual Ion Species Plasma Expansion from Isotopically Layered Cryogenic Targets

G. Scott, et al

Phys. Rev. Lett. 120, 204801 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.204801

从对称性破缺的漂移波湍流到剪切轴向

平均流的产生过程的路径追踪

Hong等人进行了受控剪切去相关实验，在线性等离子体装置中，追踪了从对称性破缺的碰撞漂移波湍流到剪切轴向流的产生过程。随着密度剖面变陡，轴向雷诺应力增强，并驱动出一个平行于磁场的径向剪切轴向流。结果表明，雷诺应力的非扩散部分由密度梯度驱动，这是由湍流光谱的不对称性引起的，因此，这个结果源于动力学。综上所述，这些发现首次同时证明了密度梯度、湍流和应力与破缺的光谱对称性和平均轴向流之间的因果关系。（牟茂淋，阳青程）

Tracing the Pathway from Drift-Wave Turbulence with Broken Symmetry

to the Production of Sheared Axial Mean Flow

R. Hong, et al

Phys. Rev. Lett. 120, 205001 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.205001

等容加热温稠密物质的汤姆逊散射

X射线光谱的电子温度第一原理估计

通过固体计算中常用的时间相关密度泛函理论的扰动公式，Chongjie Mo等人给出了等容加热铝箔中的X射线汤姆逊散射谱的第一原理计算方法，正如Sperling等人[Phys. Rev. Lett. 115, 115001 (2015)]在实验中所考虑的那样，离子被束缚在其晶格位置附近。从计算的光谱中发现，电子温度不能超过2 eV，这比之前通过详细平衡关系估计的6 eV要小得多。这些研究结果很可能表明了温稠密物质独特的电子特性，未来的实验可以进一步说明这一点。预测中较低的电子温度部分缓解了在结构测量中使用X射线自由电子激光对样品加热的担忧。（秦晨晨，牟茂淋）

First-Principles Estimation of Electronic Temperature from X-Ray Thomson Scattering Spectrum of Isochorically Heated Warm Dense Matter Fusion Hohlraums

Chongjie Mo, et al

Phys. Rev. Lett. 120, 205002 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.205002

等离子体电子空穴

横向不稳定性的运动学机制

Hutchinson通过多维粒子模拟（particle-in-cell）发现，至少在麦克斯韦背景等离子体中，等离子体电子空穴的长波横向不稳定性是由微通行（marginally passing）电子的运动喷射引起的，而不是由先前提出的捕获粒子的聚焦引起的。作者对该机制进行了解释，并进行了探索性分析，其结果与模拟中观察到的增长率和横波数一致。（秦晨晨，牟茂淋）

Kinematic Mechanism of Plasma Electron Hole Transverse Instability

I. H. Hutchinson

Phys. Rev. Lett. 120, 205101 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.205101

太阳风间隔维持的离子驱动的

多数不稳定性

Klein等人利用Nyquist不稳定性判据在距离离子自由能量源1AU处统计评估了太阳风的稳定性。与通常采用的考虑单自由能量源的阈值模型相比，该方法考虑了质子的影响以及与背景磁场和相对漂移有关的He²⁺温度各向异性。在Wind飞船中随机选取的309个频谱中，当离子组分以漂移双麦克斯韦分布建模时，有53.7%的频谱是不稳定的；只有4.5%的频谱在长波不稳定性下是不稳定的。大多数的不稳定性出现在频谱中质子束解体的地方。几乎所有观测到的不稳定性增长率γ都低于实验仪器和离子动力学的时间尺度。不稳定频谱与相对大的He²⁺漂移速度和（或）核心质子温度对各向同性的偏离有关；不稳定频谱中的其它参量关系也在研究中给出。（杨生鹏）

Majority of Solar Wind Intervals Support Ion-Driven Instabilities

K. G. Klein, et al

Phys. Rev. Lett. 120, 205102 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120. 205102

凝聚态物理：结构

责编：马天星

超流³He-A中的手性畴结构：

磁共振成像研究

[编辑推荐语]一项磁共振成像技术揭示了超流³He中的手性畴结构。

超流³He中空间变化纹理的存在是复杂宏观波函数的直接表现。借助于理论模型，纹理的实空间形状，即宏观波函数，得到了广泛的研究，但却从未能在空间分辨率的实验中直接观测到。作者成功地使用专业磁共振成像使纹理可视化。采用这种新技术，作者发现了尺寸高达1mm的宏观手性畴，并且当温度远低于转变温度时，相应的手性畴壁在³He-A薄膜中相当稳定。（黄通昀）

Chiral Domain Structure in Superfluid He3−A Studied by Magnetic Resonance Imaging

J. Kasai, et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 205301 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.205301

连续空间中多体量子系统的

非线性网络描述

Ruggeri等人发现，最近引入的迭代回流波函数，通过隐单元中的非线性函数，可以解释为连续空间中的广义神经网络。在二维和三维的液⁴He的变分蒙特卡洛模拟中使用这种波函数，其精度比使用现有的波函数提高十倍。此外，迭代过程的后续阶段定义了一组越来越好的波函数，每个波函数都拥有自己的变分能量和局域能量方差：外推到零方差得到的能量与精确值非常接近。对于二维⁴He，作者还发现，可以用相同形式的迭代回流函数描述液相和固相——此函数与阴影波函数具有相同的特征，但拥有更高的精度。作者也在三维液³He方面取得了重大进展，改善了以前的变分和固定节点能量。（黄通昀）

Nonlinear Network Description for Many-Body Quantum Systems in Continuous Space

Michele Ruggeri, et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 205302 (2018).

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.205302

螺旋基声子平面结构：

从波形波束到拓扑绝缘体

通过不同机制调控声子晶体和超材料的色散，进而调控弹性波。这些机制通常是布拉格散射、局域共振和惯性放大，它们通常源自于材料构建模块中具体的结构问题。本文中，Foehr等人介绍了一种平台，该平台利用螺旋晶胞产成具有拉格散射，局域共振和惯性放大的声子材料。本文中提出了两种声子材料，它们可调控的波长远大于晶格周期：(1)第一种是波形波束平面，它可以以任意角度发射与晶格矢量无关的波束。作者发现，通过改变驱动频率或螺旋方向，可以连续地调整波束轨道。(2)第二种是拓扑绝缘体平面，它的调控能力来自于低于结构化螺旋晶格的布拉格极限下的共振狄拉克锥。（张陆峰）

Spiral-Based Phononic Plates: From Wave Beaming to Topological Insulators

A. Foehr, et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 205501 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.205501

非晶Ge-Sb-Te相变材料中

局域原子结构的畸变

非晶Ge-Sb-Te相变材料中的局域原子结构，以及快速的晶体-非晶相变导致明显的光学衬比尚没有被研究清楚。通过利用“局域”逆MonteCarlo模型分析埃束电子衍射，作者报道了对非晶Ge₂Sb₂Te₅局域原子结构的直接观测。结果证实了类晶岩盐拓扑局域结构的存在，它与晶体对称性相比发生了很大的畸变。这种畸变使理想八面体的原子环境被破坏，从而形成基本满足整个非晶结构因子的局域无序结构。类晶畸变的八面体结构可能是形成Ge-Sb-Te非晶结构的主要结构单元。（王婧瑶）

Distortion of Local Atomic Structures in Amorphous Ge-Sb-Te Phase Change Materials

A. Hirata and T. Ichitsubo, et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 205502 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.205502

通过单腔模式的反作用来

控制纳米天线的极化率

极化率α决定了小颗粒的吸收、消光和散射。事实上极化率除了单纯由散射体的尺寸和材料决定之外，还受到反作用（即光子环境对散射体的作用）的影响。因此，控制反作用的强度就提供了一种调节纳米颗粒（辐射）性质的方法。本文，作者介绍了控制宽波段散射体和一个高质量腔的单模之间反作用的实例。作者证明来自微型环芯环谐振器的反作用可以显著改变纳米棒阵列的极化率：经由环谐振器散射产生——并返回到，在这一过程中极化率被重整化。此外，作者给出了利用阵列的衍射性质控制反作用强度的可能性。这种临近腔对强散射体的微扰作用对混合等离子体-光子谐振器以及理解耦合光学谐振器具有重要的意义。（杨光）

Controlling Nanoantenna Polarizability through Backaction via a Single Cavity Mode

Freek Ruesink, et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 206101(2018)

https://journals.aps.org/prl/pdf/10.1103/PhysRevLett.120.206101

凝聚态物理：电子性质

责编：袁喆，马锋杰，沈卡

第二类狄拉克半金属候选材料

MAl₃(M= V, Nb, Ta)的块体费米面

Chen等人研究了第二类狄拉克半金属候选材料MAl₃（M= V, Nb, Ta）的德哈斯-范阿耳芬效应，得到的费米能角度依赖性与第一性原理计算相符。在VAl₃，NbAl₃和TaAl₃中的德哈斯-范阿尔芬效应表明它们都存在扭转的狄拉克锥，相应的狄拉克点分别位于费米能级以上100、230和250meV处。这与这些化合物破缺洛伦兹不变性的预言相符。作者发现这三种化合物费米面上几乎围住狄拉克点的回旋轨道也呈现平庸的贝利相位。作者通过分析这条轨道与狄拉克点的相对位置对贝利相位的影响来解释其中的原因，并指出非常少量的掺杂就可能移动费米能从而产生包围狄拉克点的拓扑非平庸轨道。（李松）

Bulk Fermi Surfaces of the Dirac Type II Semimetallic Candidates MAl₃(Where M=V, Nb and Ta)

K. W. Chen et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 206401 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.206401

外延LaCoO₃薄膜中拉伸应变诱导自旋态

钙钛矿型LaCoO₃中Co³⁺离子的自旋态由电子-晶格相互作用与电子强相关性之间复杂的相互作用支配，但由于缺乏可直接检测它们的实验技术，该认识仍然存在争议。本文中，作者通过共振非弹性软X射线散射揭示了其外延薄膜和块状晶体中自旋态的拉伸应变依赖性，即高自旋态和低自旋态的比率。作者发现小至1.0%的拉伸应变就可以在块体中实现低自旋态完全转化为高自旋态。特别是在LSAT(111)上的薄膜中，观察到拉伸应变诱导独特的自旋态HS(O_h):HS(D_2h)=1:1，表明施加拉伸应变是实现新颖自旋态的重要因素。（刘钱）

Tensile-Strain-Dependent Spin States in Epitaxial LaCoO₃Thin Films

Y. Yokoyama et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 206402 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.206402

三临界伊辛模型中

晶格超对称性和有序-无序共存

[编辑推荐语]将解析共形场理论和数值密度矩阵重整化群方法结合起来构造出呈现三临界伊辛点的量子自旋链或Majorana链的模型。

Brien等引入并分析了一个具有三临界伊辛点的量子自旋或Majorana链，此三临界点将临界相与一个有序-无序共存的有能隙的相分开。他们表明，超对称不仅是标度极限的一个衍生特性，而且还体现在晶格上。也就是说，他们发现了超对称生成元以及流在晶格上的显式表现。根据这些生成元写出的哈密顿量能够使得在无阻搓耦合情况下严格地找到基态。这些证实了有能隙相中存在共存的两个（拓扑）有序基态和一个无序相。通过引入外在的手性对称性破缺变形模型，他们发现这些相可持续至发生一个不寻常的手性相变，其中超对称性甚至在晶格上也严格满足。（方子明）

Lattice Supersymmetry and Order-Disorder Coexistence in the TricriticalIsing Model

Edward O’ Brien and Paul Fendley

Phys. Rev. Lett. 120, 206403 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.206403

在狄拉克和外尔半金属中

由共形反常产生能斯特电流

在早期的新型狄拉克材料中探测到的能斯特效应和其他热磁效应尽管量级很小，但是仍然对热电发电具有重要的意义。本文中，作者在零化学势的线性化模型中证明了依赖于尺度的反常能斯特效应，作者指出在外尔和狄拉克半金属中的共形反常会产生垂直于温度梯度和背景磁场方向的块体电流。进一步分析表明这种对能斯特效应具有新贡献的相关电导率由与材料中的电荷重整化有关的贝塔函数决定。作者也讨论了用实验验证所提议现象的可行性。（刘钱）

Generation of a Nernst Current from the Conformal Anomaly in Dirac and Weyl Semimetals

M. Chernodub et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 206601 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.206601

超越恒相互作用近似的量子点的分子模型

Temirov等提出了超越恒相互作用近似的分子量子点的物理直观模型。它准确地描述了它们的充电行为，并允许获得在实验上无法得到的重要的分子性质。该模型应用于通过非接触式原子力显微镜在三种不同分子上记录的数据，这三种分子在连接到显微镜针尖时充当量子点。模型的结果与第一性原理模拟非常吻合。（方子明）

Molecular Model of a Quantum Dot Beyond the Constant Interaction Approximation

Ruslan Temirov et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 206801 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.206801

非超导体材料中

反涡旋和巨涡旋的无外场成核

环绕相位大于2π的巨涡旋由于能量比较高，一般不太容易获得，不过外磁场中超导体中由于受几何对称性限制，巨涡旋是可以稳定存在的。在这个工作中，Amundsen等人通过微观计算发现巨涡旋可以出现在本征非超导材料中，而且不需要任何外磁场，这与电流流经的超导体的近邻效应有关。作者还证明反涡旋也可以出现在这个系统中。他们的发现有助于在无外磁场的非超导环境下研究电操控拓扑缺陷。（李松）

Field-Free Nucleation of Antivortices and Giant Vortices in Nonsuperconducting Materials

Morten Amundsen et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 207001 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.207001

DM和高阶交换作用在Ir(111)表面

Rh|Fe原子双层结构中的竞争

在本文中，作者借助于自旋极化扫描隧道显微镜和密度泛函理论，证明了在Ir(111)上的Rh|Fe原子双层中可诱导一种新型非共线自旋结构，同时发现高阶交换相互作用敏感地依赖于堆叠顺序。作者指出：对于fcc-Rh|Fe|Ir(111)，受抑制的交换相互作用起主导作用，并导致形成具有约1.5nm周期的自旋螺旋基态；对于hcp-Rh | Fe| Ir(111)，高阶交换相互作用有利于形成(↑↑↓↓)状态。然而，在Fe| Ir界面上的DM相互作用引起相邻磁矩之间有4°的小角度，导致了倾斜的(↑↑↓↓)基态。本文表明考虑高阶交换作用对寻找新的过渡金属界面和复杂的非共线自旋结构（斯格明子）有潜在的希望。（刘钱）

Competition of Dzyaloshinskii-Moriya and Higher-Order Exchange Interactions in Rh/Fe Atomic Bilayers on Ir(111)

Niklas Romming et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 207201 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.207201

Fe/Rh(111)中三格点相互作用

所导致的稳定磁性基态

Krönlein等人使用了自旋极化扫描隧道显微镜在Ru(111)衬底上的单层铁中直接观测到了理论上预言的（↑↑↓↓）型反铁磁自旋基态构型。这种在三种不同取向的畴中存在的奇异相在实验上在外磁场下被磁性探针所探测到。作者发现一种高于海森堡模型至今未被考虑的四自旋三格点相互作用对自旋大于1的原子间的自旋耦合有显著贡献。这个（↑↑↓↓）相的实验观测证实了巡游磁体磁性薄膜中存在高阶尤其是三格点的相互作用。（李松）

Magnetic Ground State Stabilized by Three-Site Interactions: Fe/Rh(111)

Andreas Krönlein et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 207202 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.207202

三角格子中自旋液体的形貌

具有阻挫各向异性相互作用的的自旋系统由于存在奇异的基态而备受关注。Zhu等人使用密度矩阵重整化群方法研究了最近邻耦合的三角格子这种阻挫系统的相图，并标出了可能存在自旋液体的区域的形貌。作者发现这种自旋液体相与之前在各向同性J₁-J₂模型中发现的自旋液体相连续相连。这两种极限情况的自旋关联近乎一样，因此两种自旋液体是同形的。（李松）

Topography of Spin Liquids on a Triangular Lattice

Zhenyue Zhu et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 207203 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.207203

双轴反铁磁绝缘体中

反阻尼力矩诱导的反转现象

在本文中，作者利用双轴NiO(001)/Pt异质结构，通过自旋霍尔磁电阻探测方法，研究了反阻尼力矩调控的反铁磁力矩的反转现象。作者指出，在室温下，当临界电流为10⁷A/cm²，且电流沿着NiO的正交易磁化轴时，纵向和横向电阻将发生显著变化，对应着电流方向上Néel序的反转。进一步分析表明该磁化反转归因于反阻尼力矩触发的反铁磁动力学行为，并与在反铁磁Mn₂Au和 CuMnAs 中由Edelstein效应诱导的场致力矩触发的反转现象形成了鲜明对比。本文介绍的可逆转换和检测使得双轴反铁磁-重金属异质结构有希望用于Nel序的电写入和读出，并为反铁磁自旋电子学的全电写入和读出提供机会。（刘钱）

Antidamping-Torque-Induced Switching in Biaxial Antiferromagnetic Insulators

X. Z. Chen et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 207204 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.207204

横向磁场中类伊辛自旋1/2

反铁磁链的量子临界性

Wang等报导了随温度降至1.3K，施加的横向磁场至60T时，类伊辛自旋1/2反铁磁链系统BaCo₂V₂O₈的磁化，声速和磁热效应测量。虽然在Néel温度T_N~5K前后磁化和声速的反常确定了反铁磁有序相变，但最低温度下与磁场相关的测量结果显示声速V(B)急剧软化并且在B^c,3D_⊥=21.4T处出现清晰的最小温度T(B)，表明反铁磁有序被抑制。在更高的磁场中，T(B)曲线在B^c_⊥= 40T处显示出较宽的最小值，伴随着声速的宽的最小值和类似饱和的磁化。这些特征意味着出现量子相变，可以通过Grüneisen参数Γ_B∝(B-B^c_⊥)^-1的发散行为进一步表征。相比之下，在临界场附近Grüneisen参数随着温度的降低逐渐收敛，指向一维横场Ising模型的量子临界点。（方子明）

Quantum Criticality of an Ising-like Spin-1/2 Antiferromagnetic Chain in a Transverse Magnetic Field

Zhe Wang et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 207205 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.207205

SmB₆薄膜中拓扑表面态的

非平庸性质和穿透深度

Liu等通过自旋泵浦研究了SmB₆中拓扑表面态（TSS）的非平庸特性和穿透深度。该实验使用了在块体磁绝缘体Y₃Fe₅O₁₂（YIG）上生长的SmB₆薄膜。在YIG中激发磁化旋进时， SmB₆中产生自旋电流，其通过自旋轨道耦合在膜中产生横向电压。随着温度从150K下降到10K，自旋泵浦电压信号明显变得更强，这个增强最可能源于TSS的自旋动量锁定并且因此可能可以用来当作TSS非平庸性质的证据。电压数据还显示独特的膜厚度依赖性，表明TSS深度~32nm。此自旋泵浦结果由运输测量和紧束缚模型分析得到。（方子明）

Nontrivial Nature and Penetration Depth of Topological Surface States in SmB₆Thin Films

Tao Liu et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 207206 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.207206

在Rashba界面超快自旋-电荷

流转换控制太赫兹的激发

有研究指出，在界面和表面发生的逆Rashba-Edelstein效应可将由自旋注入诱导的非零自旋密度转化为由界面态传输的电流。在本文中，作者利用输运和微波测量（吉赫兹）技术，证明了飞秒自旋流脉冲可以在两个非磁性材料(Ag|Bi)之间的Rashba界面处产生太赫兹瞬变。并用逆Rashba-Edelstein效应来解释证明了界面在这个转换过程中的重要性，这与在块体转换过程中通过逆自旋霍尔效应的太赫兹激发相反，并证明了在Rashba界面上太赫兹场的幅度可以通过光的螺旋性来控制。这些在飞秒时间内，由界面效应产生的光电流将为超快自旋电子学带来新的机遇。（刘钱）

Control of Terahertz Emission by Ultrafast Spin-Charge Current Conversion at Rashba Interfaces

M. B. Jungfleisch et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 207207 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.207207

单层半导体中的激子扩散和光晕效应

[编辑推荐语]单个激子的超低密度极限下的光致发光实验揭示在原子级WS₂单层中增强的激子扩散效应。

Kulig等在室温条件下通过空间和时间分辨显微光致发光器直接监测了在自由悬浮和SiO₂支撑的WS₂单层中的激子传播。他们发现一种依赖于注入的激子密度的高度非线性的行为，其激子发射的空间分布存在特征性的定性的变化，并且有效扩散系数从0.3增加到超过30cm²/s。在解释Auger复合的同时求解扩散方程可以让他们识别和定量地理解观测到的扩散系数增加的主要原因。在提高的激发密度下，激子的初始高斯分布演变为具有μm级直径的长寿命的光晕形状，表明了激子动力学中额外的记忆效应。（方子明）

Exciton Diffusion and Halo Effects in Monolayer Semiconductors

Marvin Kulig et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 207401 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.207401

V₂O₃中光激发绝缘体

到金属相变过程中的非平衡前导相

Singer等人用激光诱导并用x射线衍射方法直接观测到了原型莫特系统V₂O₃中结构长程序的超快增强。尽管晶体对称性有了超快增加，原胞体积的改变却要比对称性的变化慢一个数量级而与绝缘体到金属相变的时间尺度一致。两种结构响应在时间域上的解耦说明存在一个与平衡态下的两种结构不同的瞬态光诱导前导相。x射线纳米光谱表明束缚在纳米尺度孪晶中的声学声子主导了系统向前导相转变的超快动力学，而金属磁畴的成核和生长决定了进一步往金属相转变的持续时间。在电学相变完成之前长程序的增加证明了在强关联电子系统非平衡结构相在电学相变持续过程起的决定性作用。（李松）

Nonequilibrium Phase Precursors during a Photoexcited Insulator-to-Metal Transition in V₂O₃

Andrej Singer et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 207601 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.207601

三维和二维材料的热电性机理

温度变化引起自发电极化的现象称为热电性。尽管三维和二维材料中的热电性非常有应用前景，但是到目前为止第一性原理计算从未能阐明热电性背后的物理机制。Liu和Pantelides报道了他们基于热电性Born-Szigeti理论并结合热力学基本理论和现代极化理论做的密度泛函理论计算。他们在基准体材料中取得了和实验相符合的计算结果，并且证实了此前通常认为可忽略的电-声子重整化是非常重要的。作者预言最近合成的Janus MnSSe单层膜具有面外热电性而第四族单硫化合物GeS单层膜具有面内热电性。值得注意的是在GeS材料的热电性由次级热电效应主导。该工作为研究热电效应提供密度泛函理论这条新途径，并且为寻找新的热电材料提供了有用的工具。(李松)

Mechanisms of Pyroelectricity in Three- and Two-Dimensional Materials

Jian Liu and S. T. Pantelides

Phys. Rev. Lett. 120, 207602 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.207602

无铅铁电体中极化纳米区域的稳定化

通过固溶体添加形成极性纳米区域已经知道可以显著增强铁电材料的功能特性。尽管在表征极性纳米区域（PNR）的微观行为方面取得了相当大的进展，但了解它们的真实空间原子结构和形成动力学仍然是一个相当大的挑战。这里，使用动态对分布函数的方法，Pramanick等提供了直接的思路来了解固溶体添加对稳定无铅铁电体Ba(Zr,Ti)O₃中极性纳米区域的作用。结果表明，以较大的Zr离子取代Ti的最优掺杂下，铁电极化的原子位移运动远低于THz频率，导致了PNR内偶极子之间局部关联的增加。动态对分布函数技术示范了其独特的对包含新型无铅铁电体在内的无序材料中局部关联的原子动力学的洞察能力，对理解和控制这类材料的功能特性很有必要。（方子明）

Stabilization of Polar Nanoregions in Pb-free Ferroelectrics

Pramanick et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 207603 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.207603

由准周期势驱动的外尔半金属向金属相变

本文使用简单立方晶格的三维模型，研究受限于准周期势的三维外尔（Weyl）和狄拉克（Dirac）半金属的稳定性。作者证明半金属尽管对于弱随机势不稳定，但对于弱的准周期势是稳定的；随着准周期势能的增加，体系先经过经过半金属—金属相变，然后返回半金属相。作者从外尔点的态密度、能级统计以及输运等信息区分半金属和金属，指出在准周期势相变中，找不到明确的能量标度临界区域，这与随机势中转变的临界性质不同，且态密度出现不连续地突然跳跃。（刘钱）

Weyl Semimetal to Metal Phase Transitions Driven by Quasiperiodic Potentials

J. H. Pixley et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 207604 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.207604

单空穴Landau-Zener-Stückelberg-Majorana干涉测量

Bogan等在具有强自旋-轨道相互作用(SOI)的系统上进行Landau-Zener-Stückelberg-Majorana（LZSM）光谱研究，实现了限制在门控双量子点中的单一空穴。类似于电子系统，在磁场B=0和高调制频率下，他们观察到量子点间光子协助的隧穿效应，其随着频率的降低平滑演变为典型的LZSM漏斗形干涉图。与电子相反，SOI可以导致一个额外高效的点间自旋翻转隧穿通道，在有限磁场时引入一个明显不同的干涉图案。低频LZSM驱动下的磁输运谱显示这两个通道是等权重相干的。高频LZSM驱动揭示了复杂的光子协助的隧穿路径，既有自旋守恒又有自旋翻转，它们在临界磁场处形成闭合环路。在一个这样的循环中，任意的空穴自旋状态都可以被翻转，为其全电式操纵开辟出道路。（方子明）

Landau-Zener-Stückelberg-Majorana Interferometry of a Single Hole

Alex Bogan et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 207701 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.207701

软物质与生物物理

责编：严钢

强拉伸态下的三臂星形嵌段共聚物

是一种持久的聚合物管

聚合物管模型为研究线形链的流动性质提供了很好的理论基础，但是管模型是否适用于枝状等非线形聚合物系统仍没有一个明确的答案。Mortensen等人对有三个臂的星形聚苯乙烯聚合物，其中每臂的末端嵌入一个氘化段，进行了中子小角散射实验。结果表明弛豫态下的三臂星形聚合物的结构特征符合高斯链的随机相近似；当处于强拉伸流时，星形聚合物会形成一个强拉伸的结构，它的三个臂都与流的方向平行，其中一个臂单独位于一方，另外两臂并列处于另一方，因此可以用完全延展的三臂管模型描述。这种三臂管模型的理论结果能够较好地解释实验中观察到的现象。（张昕亚）

Structural Studies of Three-Arm Star Block Copolymers Exposed to Extreme Stretch Suggests a Persistent Polymer Tube

Kell Mortensen et al

Phys. Rev. Lett. 120, 207801 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.207801

自推进粒子系统中的自发流动晶体

晶体具有周期结构、保持固体形态；液体则是无序、可流动的。本文通过自推进圆盘实验展示了这种常识可能不适用于活性物质。具体地，作者首先在六角形平面容器中形成圆盘粒子的有序堆积态，然后移除一些粒子，系统中会形成由阻挫导致的快速扩散的“微滴(droplet)”。当移除更多的粒子时，系统在保持整体的晶体结构的同时会自发地形成一个宏观的剪切流。这种流动的晶体结构，作者称其为“流变晶体”(rheocrystal)，主要由沿局部堆积层错的切力凝聚所导致。作者通过数值模拟的方法很好地再现了实验中观察到的现象，结果表明流变晶体不是由阻挫或噪声所引起，而且较大的系统能够在保持有序的情况下流动更快。（张昕亚）

Spontaneously Flowing Crystal of Self-Propelled Particles

Guillaume Briand et al

Phys. Rev. Lett. 120, 208001 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.208001

微小泳动粒子沿黏度梯度的导航能力

[编辑推荐：两种微生物表现出的动态形状变化或许是为了防止滑入不利于游动的低粘度区域。]

许多微生物的生存，如钩端螺旋体和螺原体细菌，取决于它们是否有能力导航到有利的黏度区域。这种黏度导航能力已在不少实验中观察到，但是机理尚不清楚。本文提出了一个框架，可用于研究缓慢变化的黏度场中的自推进微小泳动粒子的导航能力。结果表明，恰当的粒子形状能够产生基于非对称粘滞力的导航能力。该结果暗示，微生物所表现出的动态形变可能有一个未被识别的功能：防止它们漂移到不利于游动的低黏度区域。本文的理论可以基于黏度导航能力对微小泳动粒子进行分类，从而用于设计合成具有某种特性的微小泳动粒子，例如将药物投递至由黏度区分的目标区域。（张昕亚）

Viscotaxis: Microswimmer Navigation in Viscosity Gradients

Benno Liebchen et al

Phys. Rev. Lett. 120, 208002 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.208002

具有超低张力的水-水界面处的

胶体颗粒吸附动力学

液体-流体界面处的颗粒能够对胶体材料起到稳定的作用。聚合物的分层水溶液的界面张力极小，界面活性剂和大分子具有很小的结合能因此无法有效地稳定水包水乳液。胶体颗粒具有较大的结合能，成为一种稳定水包水乳液的途径。所以，理解水-水界面处的胶体颗粒的吸附动力学对制造水包水乳液具有重要意义。本文作者利用荧光共焦显微镜，记录下乳胶微球的整个吸附过程，观察到一个指数衰减至平衡态的阶段，其阻尼系数与位置无关。该系数无法用现有描述界面导致的耗散效应的模型来解释。进一步地，作者观察到以前理论预测的热激活弛豫过程。因为水-水界面张力极小，所以这种由快速的初始动力学到极慢的弛豫过程的转变意味着系统存在极大的能垒。实验和理论分析表明这种现象起因于颗粒界面的聚合物吸附以及水-水界面的扩散属性。（张昕亚）

Colloidal Particle Adsorption at Water-Water Interfaces

with Ultralow Interfacial Tension

Louis Keal et al

Phys. Rev. Lett. 120, 208003 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.208003

二维摩擦颗粒的剪切阻塞态的微观起因

颗粒物质从类流体态转变为类固体态过程中产生的阻塞态具有重要的理论和实际意义。当摩擦颗粒的堆积比处于某个特定区间时会产生剪切阻塞态，其中颗粒之间的各向异性的作用力网络起着很重要的作用。然而，这种作用力网络的微观起因仍不清楚。Wang等人提出了一种研究剪切阻塞态作用力网络的新途径，即，考察两种小尺度结构-三聚体和分支。通过识别二维摩擦圆盘系统中的所有三聚体和分支结构，作者发现三聚体的弯曲是剪切阻塞的固有性质，它有助于产生横向网络、增加颗粒的接触数以及分支的数量；而分支则提供了形成稳定网络的另一种机制，能够进一步提高接触数。简而言之，三聚体的弯曲和分支的产生都会增加颗粒的平均接触数，形成更强的作用力网络，进而导致剪切阻塞态。（张鑫洁）

Microscopic Origins of shear Jamming for 2D Frictional Grains

Dong Wang et al

Phys. Rev. Lett. 120, 208004 (2018)

https://journals.aps.org/prl/pdf/10.1103/PhysRevLett.120.208004

凝胶链的可塑性决定胶态凝胶的疲劳性质

[编辑推荐语]：实验和模拟表明诸如凝胶和乳剂之类的软材料所表现出的疲劳起因于其组成纤维的拉伸。

对固体材料施加重复载荷会导致其微观结构的损伤，这个过程被称为疲劳。疲劳对几乎所有材料的稳定性都构成了威胁，但它的微观起因，尤其是对软质固体而言，仍不清楚。Doorn等人通过实验和模拟相结合的方法研究了胶态凝胶这一典型的非均匀软质固体的疲劳，结果显示载荷将导致不可逆的链拉伸(strand stretching)，引起凝胶链网络的松弛，从而在较小的应变下软化固体并在较大的形变时引起应变硬化。这个发现表明微观上的可塑性决定了胶态凝胶的疲劳。本文的研究结果说明在对软凝胶的力学性质进行理论描述时应该考虑到局部的可塑性。（张昕亚）

Strand Plasticity Governs Fatigue in Colloidal Gels

Jan Maarten van Doorn et al

Phys. Rev. Lett. 120, 208005 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.208005

圆球双分散堆积的弥散度

以及存在不同的无序结构的证据

圆球单分散随机堆积过程在化学分离、层析、反应堆以及地下水层中污染羽流的扩散等方面具有重要的意义。圆球单分散随机堆积是一个完全均匀的随即多孔介质，关于它的弥散性质研究较多。而本文考虑的是向随机堆积的孔隙中逐渐加入小圆球，并利用脉冲场梯度核磁共振的技术观测该双分散随机堆积系统的纵向和横向弥散度。实验中，大小圆球的体积比为5:1，小球占堆积体积的比例在0%到5%之间。研究表明塞入孔隙中的小球可以将堆积的纵向和横向弥散度系统性地提高。通过核磁共振观测到的孔隙度、速度分布的宽度以及分散度等指标都显示在大小球相对浓度之上和之下系统存在着两种截然不同的无序结构。（张鑫洁）

Dispersivity of Bidisperse Packings of Spheres and Evidence for Distinct Random Structure

U. M. Scheven

Phys. Rev. Lett. 120, 208006 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.208006

离体培养的上皮细胞的湍流动力学

活性物质中的湍流引起了研究者越来越多的兴趣。最近对活性向列行为的理论研究表明，湍流的空间组织由内禀长度决定，涡旋的面积遵循指数定律，涡旋的旋转频率与其大小无关。然而，这些理论尚未在细胞系统中得到证实。本文在毫米尺寸和数天时间尺度上对离体培养的人类支气管上皮细胞的流动和取向进行了考察，实验观测的结果与上述理论预测相吻合。作者还发现，单层培养的支气管上皮细胞发展为二维湍流的主要特点是在很广的动能范围内自发地涌现出介观涡旋和向列型缺陷；成核与湮灭处于动态平衡，因此向列型缺陷的总数保持不变；缺陷附近的平均速度场可以用延展向列的流体力学理论进行很好的描述。（张鑫洁）

Turbulent Dynamics of Epithelial Cell Cultures

C. Blanch-Mercader et al

Phys. Rev. Lett. 120, 208101 (2018)

https://journals.aps.org/prl/pdf/10.1103/PhysRevLett.120.208101

疏水相互作用诱导的

α-突触核蛋白原纤维网络的硬化

疏水相互作用具有独特的温度响应性质，可用于控制暴露在疏水表面的材料的性质。但是，由于对疏水相互作用缺乏深入的理解，实施上述控制过程仍然是一个很大的挑战。Semerdzhiev等人将α-突触核蛋白作为一个模型系统（该蛋白质在病变时会自组装成淀粉样原纤维），通过实验研究了α-突触核蛋白原纤维网络的温度响应性质，发现该网络随着温度的升高显著地硬化，当温度降低时又能够恢复到初始状态。进一步的分析表明，这种热致硬化并非源自于原纤维的捆扎效应，而是由于温度的升高导致原纤维之间的疏水相互作用增强。本文的研究是通过温度的变化调节疏水相互作用的强弱从而控制材料性能的一个典型例子，其结果不仅有助于理解淀粉样沉着物在病变时的作用，而且可以启发新的温度响应材料的设计方法。（张鑫洁）

Hydrophobic-Interaction-Induced Stiffening of α-Synuclein Fibril Networks

S. Semerdzhiev et al

Phys. Rev. Lett. 120, 208102 (2018)

https://journals.aps.org/prl/pdf/10.1103/PhysRevLett.120.208102

利他主义者在谢林隔离模型中的

巨大催化作用

复杂系统的一个典型特征是当所有个体都基于局部信息做最优决策时，系统涌现的整体状态可能与个体的期望背道而驰。模拟人类群体居住的谢林（Schelling）隔离模型同样具有这种性质。本文作者在谢林隔离模型中引入了无穷小比例的利他主义者，并研究了利己和利他两种个体的动态演变过程。结果显示，即使是极小比例的利他主义者，对系统的整体效用也有着显著的催化作用。利他主义者的存在提供了一种途径，使系统远离（只有利己主义者存在时达到的）次优均衡，从而达到最优的稳态。（张鑫洁）

Giant Catalytic Effect of Altruists in Schelling’s Segregation Model

Pablo Jenson et al

Phys. Rev. Lett. 120, 208301 (2018)

https://journals.aps.org/prl/pdf/10.1103/PhysRevLett.120.208301

[文字编辑：谢晓芝]

来源：京师物理