PRL导读-2018年120卷14期

2018 年 4 月 18 日 中科院物理所 共工

序

言

本着服务于中国物理学者和物理专业研究生的宗旨，我们根据PRL摘要对本期所有的快报文章进行中文导读。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。

普通物理：统计与量子物理

责编：涂展春

时间晶体平台: 从时间上的准晶结构

到具有独特相互作用的系统

时间晶体一种量子多体系统。由于该系统中粒子间的相互作用，时间晶体能够自发地以一种在时域中周期的方式自组织它们的运动。这与凝聚态物理中的晶体结构类似。在固体物理中，具有空间周期性的外部势场常常被用来研究空间晶体的性质并反映它们的结构。由于在时域中周期驱动的系统与空间上具有周期的系统具有对应关系，类似的方法可以应用于时间晶体的研究。Giergiel等人在本文中指出，从准晶结构势中的单粒子体系到具有独特的长程相互作用的多体系统等一系列凝聚态问题，均可以通过选择合适的周期驱动来在时域中实现。此外，作者还发现如果原子的散射长度被时间调制，就有可能产生原子由于相消干涉而结合在一起所形成的分子。（马宇翰）

Time Crystal Platform: From Quasicrystal Structures in Time to Systems with Exotic Interactions

Krzysztof Giergiel, et. al.

Phys. Rev. Lett. 120, 140401 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.140401

针对量子网络在计算上

有效的非线性贝尔不等式

量子网络中的关联性吸引了人们对新型定域性违反的强烈兴趣。标准的贝尔不等式不能表征由多个源所产生的多方关联，这是由于还没有在计算上有效的方法可以用于构造普适的对量子网络的有用的贝尔不等式。在这项工作中，Luo提出了新的显式贝尔型不等式，它们可以用于包括循环网络在内的一般网络，这是该领域一个很大的进展。这些非线性不等式与一种等价无加权偶图的匹配问题相关，由此可以构造一个多项式时间算法。对于包含了双向纠缠纯态和广义Greenberger-Horne-Zeilinger（GHZ）态的量子资源，作者利用所提出新型贝尔不等式证明了具有多个独立的观察者的量子网络具有普适的多方非定域性。对Einstein-Podolsky-Rosen（EPR）态和GHZ态而言，Tsirelson界会被最大的违反。此外，这些违反行为也适用于Werner态或一些一般的噪音态。这项研究的结果说明本文所给出的贝尔不等式可以用于描述实验上的量子网络。（马宇翰）

Computationally Efficient Nonlinear Bell Inequalities for Quantum Networks

Ming-Xing Luo

Phys. Rev. Lett. 120, 140402 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.140402

利用Rashba自旋轨道耦合在

超冷原子玻色凝聚体中寻找超固体

Liao发展了一种用于具有Rashba自旋轨道耦合的旋量玻色爱因斯坦凝聚体条纹相的泛函积分公式。研究表明，激发光谱具有双无间隙的能带结构，这被认定为是由内部规范对称性和平移不变性自发破缺导致的两种Goldstone模。声速表现出各向异性的行为，其较低的分支在垂直于x−y平面内条纹的方向上消失。在平面波相和条纹相之间过渡的相变点附近，基态能量的涨落修正和凝聚体的量子损耗等物理量表现出不连续性，这正是一阶相变的特征。尽管Rashba自旋轨道耦合产生了强烈的量子涨落，但作者证明了超固相对于量子损耗是稳定的。最后，作者还将所给出的公式推广到有限温度来解释激发间的相互作用。（马宇翰）

Searching for Supersolidity in Ultracold Atomic Bose Condensates with Rashba Spin-Orbit Coupling

Renyuan Liao

Phys. Rev. Lett. 120, 140403 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.140403

在波导量子电动力学中

巨型原子间的无退相干相互作用

在量子光学实验中，天然原子和人造原子的尺寸因与其相互作用的电磁辐射波长相比足够小，所以可以近似被视为质点。然而，和弯曲的波导线或表面声学波耦合的超导量子比特可以实现“巨型人造原子”，并在某些点（点间距为波长量级）与玻色场耦合。在本文中，Kockum等人研究了多个巨型原子和一维波导的多个点耦合的实验设置。他们的结果显示巨型原子可以通过波导免于退相干，但巨型原子仍存在以波导为媒介的交换相互作用。与免于退相干的子空间的情况不同，在本文中全部多原子的希尔伯特空间（对于N个原子存在2^N个状态）都免于退相干。这在小原子情形下是不可能实现的。Kockum等人进一步展示了如何通过多原子实验设计出这种无退相干的相互作用，例如，只存在最近邻耦合的一维原子链或全连接（全耦合）的原子集合。本文的结果可能会在量子模拟和量子计算上有重大应用。（马欣然）

Decoherence-Free Interaction between Giant Atoms in Waveguide Quantum Electrodynamics

Anton Kockum, et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 140404 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.140404

极高损耗信道的贝尔检验：

在地月间分配纠缠光子对

在Einstein、Podolsky和Rosen的著名论文中，量子纠缠被称为“幽灵般的超距离作用”。在实际应用和对自然界基本原理的基础研究中，人们期望在更大距离上分配纠缠态。在本文中，Cao等人提出利用拉格朗日点对地球和月球之间的纠缠光子进行分配的方案。对于纠缠的长距离分配最令人惊奇的性质之一是可以使用人类提供的随机观测方法实施贝尔检测，并在保持类空间隔的情况下记录结果。为了实现这个原理验证类型的实验，作者发明了一个产生率约为1GHz的纠缠光子源，比目前光子源的产生率高出两个数量级。Cao等人通过两名实验员选定的观测方法，在完全模拟的103dB损失时观察到对贝尔不等式的违背。这证实了对极高损失信道的实施长距离贝尔检测的可行性，也为最终检测量子力学的基础铺平了道路。（马欣然）

Bell Test over Extremely High-Loss Channels: Towards Distributing Entangled Photon Pairs between Earth and the Moon

Yuan Cao, et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 140405 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.140405

基于旋量玻色爱因斯坦凝聚的

贝尔不等式、EPR导引和量子计量

Wasak和Chwedeńczuk等人设计了一个基于有质量粒子构成的多体系统的实验，实验所给出的结果的违反了贝尔不等式。关联原子的源是一个在光晶格中F = 1 的旋量玻色爱因斯坦凝聚体。作者描述了包括局域操作、测量以及不等式在内的贝尔检验所需的完整步骤。本文的研究表明该体系中贝尔不等式的违反程度取决于两体关联强度和散射对的数量。作者也说明了该系统可以用来演示EPR悖论。另外，散射对也是量子增强计量的一个极好的多体资源。本文的结果适用于任何在自旋交换碰撞驱动下散射体进入分散区域的多模系统。该研究表明，这样的系统是适用于非定域性、量子计量、量子信息的相关实验的通用系统。（马宇翰）

Bell Inequality, Einstein-Podolsky-Rosen Steering,and Quantum Metrology with Spinor Bose-Einstein Condensates

T. Wasak and J. Chwedeńczuk

Phys. Rev. Lett. 120, 140406 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.140406

利用非马尔可夫探测器对任意

操作指令进行无损量子测量

固态量子技术的发展对理解针对具有相互作用的非孤立量子系统的量子测量提出了要求。一般来说，探测器与量子系统的恒定耦合会导致在解释测量结果时必须考虑到记忆效应。Bülte等人分析了一个耦合两个探测器的一般量子系统。在弱测量极限下作者得到了一个紧凑的公式，它适用的范围介于教课书式的瞬时测量和几乎连续的探测器动力学依赖的测量之间。一种被作者称为“系统传递的探测器间相互作用”的量子记忆效应对同时观察到非对易可观测量是至关重要的。最后，作者构想了一种介观的双点探测器，它具有可调节的记忆效应，可以用来在实验上探索到从马尔科夫到非马尔可夫量子测量的过渡。（马宇翰）

Noninvasive Quantum Measurement of Arbitrary Operator Order by Engineered Non-Markovian Detectors

Johannes Bülte, et. al.

Phys. Rev. Lett. 120, 140407 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.140407

超越Instrumental因果网络的量子导引

[编辑推荐语]关于经典量子因果网络的理论工作和纠缠光子的实验展示了量子导引具有比之前预测的更强的非局域形式。

Nery等人从理论上预测，并且通过实验证实了使用纠缠光子时，结果通信(outcome communication)不足以使隐状态模型复制量子导引。包含结果通信的隐状态模型相当于因果推论中著名的instrumental过程，不过是在单边（one-side）仪器无关的情况。Nery等人引入单边仪器无关的instrumental不等式检验这些模型，这些instrumental不等式具备即使当黑箱测量的结果允许通信时也能检测纠缠的特点。Nery等人发现当存在导引时这些不等式将被违反，例如不存在结果通信的情况。实际上，这自然引出一个可高效计算的形式量——noninstrumentality的鲁棒性，他们还证明了仅通过导引就可使该形式量最大化。本文的结果暗示量子理论允许比目前已知的形式上更强的导引，对理论研究和实际应用具有潜在影响。（马欣然）

Quantum Steering Beyond Instrumental Causal Networks

R. V. Nery, et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 140408 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.140408

在退相位效应下超越经典极限的量子计量学

量子传感器具有超越经典传感器的潜力。对于传统的传感方法，对目标场评估的不确定度与测量时间T的平方根成反比。但利用量子方法，我们可以将该不确定度降低至与1/T成正比。然而由于量子态易受退相位的影响，所以不确定是否可以在超过相干时间的测量时长下，获得与1/T成正比的敏感度。在本文中， Matsuzaki等人提出了一种评估全局施加的场振幅的新方案，该方案在退相位影响下对任意时间尺度都可获得1/T的不确定度。Matsuzaki等人对量子比特使用基于量子计算的单向隐形传态来抑制量子态与其局域环境之间的关联增长，揭示了这种隐形传态方案可以在目标场的信息持续增长情况下抑制局域退相位效应。本文提出的方法展示了量子传感器可以获得远优于传统传感器的敏感性的潜力。（马欣然）

Quantum Metrology beyond the Classical Limit under the Effect of Dephasing

Y. Matsuzaki, et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 140501 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.140501

引力与天体物理

导读：郭敏勇；责编：高思杰

“显微镜”(卫星)使命：对轻质量标量

伸缩子可能违反弱等效原理的首个约束

弱于引力强度且与物质耦合的轻质量或大质量标量场，是违反弱等效原理的一种可能存在。Joel Bergé等人发现，“显微镜”任务中关于EÖtvÖs参数的首个实验结果对这种标量场提出了新的约束。对于质量小于10^-12eV的标量场，他们将已知的约束提高了一个数量级，即当标量场耦合到重子数时，数量级达到|α|<10⁻¹¹，当标量场耦合到重子与轻子数的差异时，数量级达到|α|<10⁻¹²。他们还考虑了一个模型，用五个参数来描述一般伸缩子子与标准物质场的耦合，可以用来解释质量小于10^-12eV的标量场的实验结果。

MICROSCOPE Mission: First Constraints on the Violation of the Weak Equivalence

Principle by a Light Scalar Dilaton

Joel Bergé, et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 141101 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.141101

用地基探测器检测5 Hz引力波的前景

在本文中，作者建议了一个升级版LIGO，并命名为LIGO-LF，着重于提高对5-30 Hz低频段引力波的灵敏度，并探究了该升级版LIGO在天文物理中的一系列应用。

Prospects for Detecting Gravitational Waves at 5 Hz with Ground-Based Detectors

Hang Yu, et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 141102 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.141102

深层网络带来的匹配滤波

在引力波天文学中的应用

本文中， Gabbard等人提出，深层卷积神经网络的构建，能有效提高对双黑洞的引力波探测时用到的匹配滤波搜索的灵敏度。用于探测建模良好的瞬时引力波信号的标准方法是匹配滤波。他们仅将被测量的引力波应变的白化时间序列作为输入，然后在可以指示高级LIGO探测灵敏度的高斯噪声中，调试双黑洞的模拟信号。他们证明，当考虑由接收-操作特性定义的灵敏度时，他们的网络结构拥有性能，可以将匹配滤波仿真应用到每个相同的数据集，从而从噪音中分离信号。

Matching Matched Filtering with Deep Networks for Gravitational-Wave Astronomy

Hunter Gabbard, et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 141103 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.141103

基本粒子与场论

责编：晁伟、刘晓辉

引力与自旋为2的平面薛定谔方程

Bergshoeff等人从只在2+1维下有效，带质量的自旋为2的Fierz-Pauli场方程出发，在新奇的非相对论极限下提出了分数量子霍尔效应中自旋为2的Girvin-MacDonald-Platzmangapped模的薛定谔方程。作者还发现通过3+1维下的线性爱因斯坦场方程的新奇的零点退化，通过非线性爱因斯坦方程的Brinkmann波解，一个平均分布的自旋为2的粒子意味着对单个粒子而言存在禁闭谐振子势。

Gravity and the Spin-2 Planar Schrödinger Equation

Eric A. Bergshoeff, et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 141601 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.141601

由交叉理论得到散射振幅

Sebastian Mizera用Picard-Lefschetz理论证明了带有一组给定的超平面布局的绕弯循环交叉数的新的公式。在一中特殊情况下，当这种布局产生了打孔黎曼球面的模空间时，这些交叉数变成了Cachazo-He-Yuan公式中的量子场论散射振幅树图。

Scattering Amplitudes from Intersection Theory

Sebastian Mizera

Phys. Rev. Lett. 120, 141602 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.141602

通过太阳反射直接探测MeV能标的暗物质

如果暗物质粒子质量低于几个MeV并且可以和电子发生散射，他们与太阳内部的相互作用会导致地球上接收到的星系暗物质谱相当程度的硬化。对于质量与散射界面参数空间{m_e，s_e}中相当大的范围，暗物质流的反射成分远比周围的星系暗物质能量分布的终点能量带有更多能量，因此能使用当前对10 −10³eV大小的能量沉积敏感的暗物质探测器来探测。通过对暗物质流的反射部分做数值模拟之后，作者计算了与探测器电子发生散射所引起的信号，通过现有的XENON10/100，LUX，PandaX-II以及XENON1T实验，得出了在MeV和亚MeV范围内对散射截面s_e的新约束，并且对未来低阈值直接探测实验做出了预测。

Directly Detecting MeV-Scale Dark Matter Via Solar Reflection

Haipeng An, et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 141801 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.141801

对单能量缪子中微子

带电流的相互作用的测量

[编辑推荐语]束流中的中微子有很宽的能量范围，但新的技巧能让研究人员分离固定能量的中微子，由此来提高将来实验的精度。

MiniBooNE合作组首次测量了但能量缪子中微子带电流相互作用。MiniBooNE合作组通过静止的带电K介子衰变（K⁺→μ+ν_μ）在NuMI束流管的吸收器中分离了236MeV缪子中微子事例。实验组通过测量他们的到达时间以及重建的缪子能量来区分这些信号缪子中微子-碳事例以及在由目标站以及衰变管产生的飞行正反ν_μ背景中的pi介子衰变。观测到的信号有3.9个置信度。实验获得了缪子的动能，中微子核子转换能以及总散射截面。该结果为第一个已知能量、只有弱相互作用参的探测核子并利用中微子来测量转换能的结果，之前转换能只能通过电子散射来探测。

First Measurement of Monoenergetic Muon Neutrino Charged Current Interactions

A. Aguilar-Arevalo et al. (MiniBooNE Collaboration)

Phys. Rev. Lett. 120, 141802 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.141802

非标准解释τ →K_S π ν_τ

CP反对称的不可行定理

BaBAR合作组测得的τ → K_S π ν_τ CP 反对称与标准模型有2.8σ的偏差。大多数非标准的相互作用并不允许所需的强相互作用相角来产生非零的CP反对称，使得只有新的张量相互作用成为仅有的可能的机制。作者证明，和文献中之前的假设相反，最主要的向量与张量位相的干涉由于Watson’s末态相互作用定理，被压低了至少100倍。此外，作者发现相关的CP破坏张量相互作用被D-Dbar混合中的中子电子极距严格限制。这些观测意味着用源于紫外的超出标准模型的新物理来解释τ → K_S π ν_τ实验是极其困难的。

No-Go Theorem for Nonstandard Explanations of the τ → K_S π ν_τ CP Asymmetry

Vincenzo Cirigliano, et al

Phys. Rev. Lett. 120, 141803 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.141803

原子核物理

责编：彭婧

√s_NN=5.02TeV铅-铅碰撞中

激发Υ态相对于基态的压低

利用CMS实验收集的数据，测量了在√s_NN = 5.02TeV的pp和Pb-Pb碰撞中产生的及通过双m子衰变道重构出的Υ介子的相对产额。通过比较具有相同质心能量的Pb-Pb和pp碰撞中，激发态Υ(2S)和Υ(3S)相对于基态Υ(1S)的产额，可以构建双重比值。对于Υ(2S)态，双重比值[Υ(nS)/Υ(1S)]_pb-pb/ [Υ(nS)/Υ(1S)]_p-p的测量值为0.308±0.055(stat)±0.019(syst)；对于Υ(3S)态，该值小于0.26；相应的置信度为95%，在Pb-Pb碰撞数据中，没有发现显著的Υ(3S)信号。他们研究了双重比值作为碰撞中心度以及Υ横向动量和快度的函数关系。结果表明，没有观测到显著的依赖性。

Suppression of Excited ϒ States Relative to the Ground State in Pb-Pb Collisions at √s_NN = 5.02TeV

A. Sirunyan et al. (CMS Collaboration)

Phys. Rev. Lett. 120, 142301 (2018)

https://journals.aps.org/prl/pdf/10.1103/PhysRevLett.120.142301

√s_NN=5.02TeV的pp和铅-铅碰撞中

碎裂函数的测量

[编辑推荐语]铅离子高能碰撞中出现的喷注结构可能为那些相同碰撞中产生的夸克胶子等离子体的研究提供一个新的方法。[Physics Synopsis: Splitting the Jets]

来自重离子碰撞的数据显示，部分子簇射的演化会被部分子和碰撞中产生的致密部分子介质中的色荷之间的相互作用而改变，但是并不清楚此改变出现在簇射演化的什么地方。两个领头部分子（子喷注）的动量比值，提供了关于部分子簇射的信息。这个子结构可观测量，即碎裂函数，反映了一个部分子碎裂成两个部分子的过程，并且作者测量了质心能量为5.02 TeV每核子对的pp和PbPb碰撞中横向动量在140和500 GeV之间的喷注的碎裂函数。与周边PbPb和pp碰撞相比，中心PbPb碰撞中碎裂函数表明了一个更加不平衡的动量比。该测量与来自事例产生器和解析计算的各种预测进行了比较。（王亚坤）

Measurement of the Splitting Function in pp and Pb-Pb Collisions at √s_NN = 5.02TeV

A. Sirunyan et al. (CMS Collaboration)

Phys. Rev. Lett. 120, 142302 (2018)

https://journals.aps.org/prl/pdf/10.1103/PhysRevLett.120.142302

测量依赖于核自旋的

宇称破缺的一种灵敏方法

[编辑推荐语]利用双原子分子测量原子核自旋依赖宇称破缺的方法展示了对非零自旋原子核中宇称破缺测量前所未有的灵敏性。

在原子和分子中，原子核自旋依赖的宇称破缺（NSD-PV）效应源于电子和核子之间的Z⁰玻色子交换以及电子和宇称破缺的原子核电磁矩之间的磁相互作用。作者利用双原子分子中效应的增强论证了NSD-PV的测量，这里所用的测试体系是¹³⁸Ba¹⁹F。他们的灵敏度优于先前所有的原子宇称破缺测量。他们表明系统误差至少可以被降低到当前统计灵敏度的水平。他们测量了总不确定度为dW/(2p)<0.7Hz的NSD-PV相互作用矩阵元W，两个组态中每个组态对应的W必须有不同的符号。这一灵敏度对于测量包含¹³⁷BaF中的¹³⁷Ba（期待的|W|/(2p)≈5Hz）在内的大范围原子核的NSD-PV效应来说是足够的。（王亚坤）

Demonstration of a Sensitive Method to Measure Nuclear-Spin-Dependent Parity Violation

Emine Altuntas, et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 142501 (2018)

https://journals.aps.org/prl/pdf/10.1103/PhysRevLett.120.142501

双Gamow-Teller跃迁及其

与无中微子双β衰变的关系

利用当前先进的大规模原子核壳模型计算，作者研究了⁴⁸Ca的双Gamow-Teller（DGT）强度分布。他们的分析表明，DGT巨共振的中心能量主要依赖于同位旋矢量对相互作用，而共振的宽度对于同位旋标量对相互作用更敏感。对关联也是无中微子ββ(0νββ)衰变的关键。他们发现了⁴⁸Ca的DGT巨共振的中心能量和0νββ衰变核矩阵元之间的一个简单关系。更一般的，他们观测到退激到末态原子核基态的DGT跃迁和0νββ衰变矩阵元之间存在一个很好的线性关联。这一关联，源于这两个跃迁显著的短程特征，可延伸到更重的体系（包括几个双β发射核）并且和能量密度泛函的结果一致。他们的发现表明DGT实验可以是获得无中微子双β衰变原子核矩阵元信息的一个极有价值的工具。（王亚坤）

Double Gamow-Teller Transitions and its Relation to Neutrinoless ββ Decay

Noritaka Shimizu, et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 142502 (2018)

https://journals.aps.org/prl/pdf/10.1103/PhysRevLett.120.142502

原子、分子与光学

导读：宋新秀；责编：严运安

深势分子动力学：

一种具有量子力学精度的可扩展模型

本文使用从头算数据训练精心设计的深度神经网络生成多体势能和原子间作用力，从而引入一种分子模拟方案，即深度势能分子动力学（DPMD）方法。使用的神经网络模型保留了问题中所有的自然对称性。这个方法除网络模型之外不存在别的特定假设，在这个意义上它是第一原理动力学。作者显示该方案提供了一种在各种系统，包括块体材料和分子 ,中有效且精确的协议。在所有这些情况下，DPMD给出的结果基本上与原始数据没有区别，但是计算量与系统大小呈线性关系。

Deep Potential Molecular Dynamics: A Scalable Model with the Accuracy of Quantum Mechanics

Linfeng Zhang, et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 143001 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.143001

H₃⁺中作为质量的转动能量

和D与³He的原子质量的下限

本文精确测量了H₃⁺/HD⁺和H₃⁺/³He⁺的回旋频率比，并观察到不同的H₃⁺离子会导致不同的回旋频率比。作者将这些差异归结为H₃⁺的分子旋转能改变了其惯性质量。作者也确认了特定的H₃⁺高J,K转动能级的平均寿命会超过几个星期。在最轻的H₃⁺测量过程中，作者又得到了D与³He相对于质子的原子质量的下限。

Rotational Energy as Mass in H₃⁺ and Lower Limits on the Atomic Masses of D and ³He

J. A. Smith, et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 143002 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.143002

分子超冷散射截面

含时波包动力学计算

由于超冷分子的de Broglie波长非常长，在超低温下分子碰撞的横截面总是由不含时量子散射方法来计算出来。在这里，本文报告了第一次对超冷分子反应散射的精确含时波包动力学计算。此计算方法可应用于更多维度的分子系统，并可提供关于分子碰撞中键重排和/或能量交换过程的实时信息。因此，这项工作使我们有可能将模拟超冷反应性质的严格量子计算延伸到多原子分子，并且为研究超冷化学添加了一个新的有力工具。

Time-Dependent Wave Packet Dynamics Calculations of Cross Sections for Ultracold Scattering of Molecules

Jiayu Huang, et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 143401 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.143401

在超冷费米子气体中

可调的自旋交换的局域磁矩

Riegger及其合作者在双轨道费米子量子气体中通过实验实现了具有轨道间强自旋交换的状态依赖的晶格。在此状态依赖晶格中，¹⁷³Yb电子态的基态和亚稳态激发态分别承担流动性磁矩和局部磁矩的作用。在位排斥相互作用与隧穿移动性相结合导致移动粒子与局域粒子之间的自旋交换，模拟了众所周知的Kondo哈密顿量中的耦合项。另外，作者发现这种交换过程可以通过改变在位限制来进行共振调节。作者将其归因于轨道间散射通道对质心激发束缚态的共振耦合。

Localized Magnetic Moments with Tunable Spin Exchange in a Gas of Ultracold Fermions

L. Riegger, et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 143601 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.143601

非线性动力学和流体力学

责编：兰岳恒

相干增强的无线电力传输

[编辑推荐语]与波的干涉相关的技术有可能改善手机无线充电的实用。[Physics Focus: Wave Trick MayLead to Wireless Charging at a Distance]

通过天线从外部辐射提取电磁能量是无线通信和无线电力传输（WPT）的基石。在天线共轭匹配时，即谐振产生，与自由空间及其负载具有相等的耦合时，能够得到传输能量的最大值。但是，这种情况很容易受到环境变化的影响，从而阻碍WPT系统的最佳运行。在这里，Alex等人介绍了相干增强WPT的概念，它能够直接绕过匹配难题去实现能量传输的动态控制。该方法由连接到天线负载波导的相干激励，通过具有特定振幅和相位的反向传播信号实现。该信号在负载处产生合适的干扰模式，并且导致局部波阻抗的改变，使得共轭匹配成为可能，从而提取的能量大大增加。研究者们开发了一个简单的理论模型来描述这个概念，用全波数值模拟偶极子天线的典型例子来证实，并且在近场和远场两种状态下进行了实验验证。（柴咪莎）

Coherently Enhanced Wireless Power Transfer

K. Alex, et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 143901 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.143901

孤子色散流体力学：理论与实验

色散介质中无处不在的非线性波包括局部孤子和广延流体动力状态，如色散冲击波。尽管在物理上它们较为显著，分别在理论和实验上各自都进行了彻底的研究，但是仍然缺乏实验与孤立子、色散流体动力学的统一理论。在这里，引入孤子-平均场理论来描述孤子在宏观流体流动中的传播。通过确定两种通用的绝热运动不变量，来预测流体动力状态下孤子的俘获或透射。投射到光滑膨胀波、压缩快速振荡色散冲击波上的孤子效应是相同的，这种效应称为流体动力学互易。在粘性流体管道上的实验定量地证实了孤子-平均场理论。它将对非线性光学、超流体、地球物理流体和其他色散流体动力学介质产生深远的影响。（柴咪莎）

Solitonic Dispersive Hydrodynamics: Theory and Observation

Michelle D. Maiden, et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 144101 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.020401

β-Fermi-Pasta-Ulam-Tsingou系统上的

弛豫时间双标度

Yuri等人就最初的β-Fermi-Pasta-Ulam-Tsingou系统进行研究。数值模拟和理论论证表明，对于有限数量的质点，统计平衡状态是独立于系统的初始能量而达到的。他们用不同傅立叶随机相位刻画的初始条件进行系综平均，数值估计能均分的时间尺度，发现对于非常小的非线性，它与基于精确的波-波共振相互作用理论的预测相匹配，从而推导出非线性频率展宽的一个简单公式，并且发现当发生频率重叠现象时，可观察到热化时间尺度的不同标度律。其结果支持Chirikov重叠准则，可以标识两个不同弛豫时间标度律的过渡区域。（柴咪莎）

Double Scaling in the Relaxation Time in the β-Fermi-Pasta-Ulam-Tsingou Model

Yuri V. Lvov, et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 144301 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.144301

气液界面上水合物生长的非平衡热力学

[编辑推荐语] 一个远离平衡的气液水合系统的模型表明甲烷溶解浓度决定了界面上水合物的生长方向。这一发现可以解释水合物覆盖的气泡在水合物形成过程中的塌缩现象。

Xiaojing Fu等人发展了连续尺度相场模型来研究远离热力学平衡的气液水合物系统。Xiaojing Fu等人为甲烷-水混合物设计了一个吉布斯自由能泛函，该甲烷-水混合物在热力学平衡条件下恢复等压温度—组分相图。提出的自由能被纳入相场模型来研究气液界面上水合物形成动力学。Xiaojing Fu等人阐明初始水体浓度在确定界面水合物生长方向上的作用，与实验观察结果一致。模型还揭示了界面水合物生长的两个阶段—通过从气相到液相供给方的转变来控制—这可以解释气体导管在水合沉积物中的持久性以及天然甲烷水合物中通常观察到的其他非平衡现象。（张聪）

Nonequilibrium Thermodynamics of Hydrate Growth on a Gas-Liquid Interface

Xiaojing Fu, et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 144501 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.144501

二维Rayleigh-Bénard对流向终极状态的转变

从Kraichnan关于热对流的开创性工作开始，怎样转变到所谓终极状态，其中体层和边界层都呈现湍流，一直是热对流中的突出问题。然而，这种转变什么时候发生，以及局部流如何引起这种转变，还没有完全理解。通过对Rayleigh-Bénard湍流进行二维模拟，覆盖Rayleigh数Ra高至10¹⁴，Prandtl数Pr= 1，Xiaojue Zhu等人首次在数值模拟中发现了到终极状态的转变，转变发生在Ra*=10¹³处。Xiaojue Zhu等人揭示了热羽流的排放如何增强全局热传递，导致努塞尔数比经典的Malkus标度Nu~Ra^1/3增加得更快。在过渡区之外，平均温度曲线始终是对数的，表明湍流边界层的存在。相比之下，温度分布只是局部对数分布，即只局限在羽流发射区域内，且局部努塞尔数具有标度Nu~Ra^0.38，对应于终极状态的有效标度。（张聪）

Transition to the Ultimate Regime in Two-Dimensional Rayleigh-Bénard Convection

Xiaojue Zhu, et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 144502 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.144502

等离子体与束物理

责编：陈少永

低密度相对论等离子体中的太赫兹脉冲

辐射：从光致电离诱导辐射到相干渡越辐射

Déchard等人利用3Dparticle-in-cell模拟研究了双色超短光脉冲与低密度、超高强度（>10¹⁹W/cm²）氦气相互作用诱发太赫兹到远红外辐射的物理过程。太赫兹辐射先后由两种机制产生，它们分别是由双色脉冲引发的光致电离诱导辐射（PIR）以及由尾场加速电子逸出等离子体引发的相干渡越辐射（CTR）。研究发现，在CTR占主导的参数条件下，激光与等离子体的相互作用将产生场强高达100GV/m能量超过10mJ的太赫兹脉冲。研究还建立了PIR和CTR过程的解析模型，其结果与模拟数据一致。（杨生鹏）

Terahertz Pulse Generation in Underdense Relativistic Plasmas: From Photoionization-Induced Radiation to Coherent Transition Radiation

J. Déchard, et al

Phys. Rev. Lett. 120, 144801 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.144801

通过时间分辨测量方法观测自调制不稳定性

Gross等人观测到了电子束在等离子体中的自调制现象。长脉宽（多个等离子体波长）电子束在高密度等离子体中传输时会通过自调制不稳定性形成多个束团。实验采用射频偏转器和偶极光谱仪，对自调制电子束的时间和能量结构进行了测量。纵向相空间测量结果发现，长脉宽电子束调制之后形成了三个束团，其动量调制幅度大约为200KeV/c.该效应的实验验证为质子驱动等离子体加速器方案带来了新的突破。（杨生鹏）

Observation of the Self-Modulation Instability via Time-Resolved Measurements

M. Gross, et al

Phys. Rev. Lett. 120, 144802 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.144802

凝聚态物理：结构

责编：殷志平

晶体图卷积神经网络用于

精确和可解释的材料性质预测

使用机器学习方法来加速晶体材料的设计通常需要手动创建特征向量或提供原子坐标的复杂变换来输入晶体结构，这会使模型限制在特定的晶体类型上或者使其难以提供深刻的化学理解。Xie等人开发了一种晶体图卷积神经网络方法，直接从晶体中原的子连接学习材料特性，提供了一种通用的可解释的晶体材料的表示。在经过10⁴个数据训练后，作者的方法提供了一个高度准确的预测密度泛函理论计算的具有各种结构类型和组成的晶体的八个不同性质。另外，这种方法是可解释的，因为他们可以得到局域化学环境对整体特性的贡献。以钙钛矿为例，作者展示了如何利用这些信息来发现材料设计的经验规律。（刘瑞）

Crystal Graph Convolutional Neural Networks for an Accurate and Interpretable Prediction of Material Properties

T. Xie and J. C. Grossman

Phys. Rev. Lett. 120, 145301 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.145301

通过Widom线时超临界二氧化碳

伴随液滴形成的致密化

本文使用小角度中子散射(SANS)研究超临界CO₂的热密度涨落现象，中子的散射强度（磁化率）和关联长度在Widom线处出现了预期的最大值。在低压下，实验的中子磁化率与基于质量密度测量的计算值非常一致。在Widom线外，即压强约为20 bar处，SANS测量表明有液滴形成，并且伴随着超临界流体数密度增加的现象。相应的边界线被解释为分离气体和类液体区域的Frenkel线。（毛慧灿）

Densification of Supercritical Carbon Dioxide Accompanied by Droplet Formation When Passing the Widom Line

Vitaliy Pipich and Dietmar Schwahn

Phys. Rev. Lett. 120, 145701 (2018).

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.145701

凝聚态物理：电子性质

责编：袁喆，马锋杰，沈卡

电子温度诱导闪锌矿半金属的拓扑相变

Trushin和Görling利用第一性原理计算展示了在二次带接触的闪锌矿半金属中，由于电子温度的变化，不需要进行结构变换或电声子耦合作用就能够发生电子相变。作者指出，常用的基于局部密度近似（LDA）或广义梯度近似（GGA）的Kohn-Sham密度泛函方法，因为无法准确描述能带对温度的依赖关系，从而无法描述这种现象。而基于温度依赖交换势的Kohn-Sham方法却能描述该类转变。在闪锌矿化合物中，由于低温下二次带接触的不稳定性，可以发生电子态的转变。在HgTe 和 GaBi中，在转变过程中会诱导产生不同类型外尔点(Weyl points)。这证明引入恰当的密度函数，Kohn-Sham方法也可以准确描述拓扑相变。此外,电子温度也被确定为调节拓扑材料的有效方法。（刘钱）

Topological Phase Transitions in Zinc-Blende Semimetals Driven Exclusively by Electronic Temperature

E. Trushin and A. Görling

Phys. Rev. Lett. 120, 146401 (2018).

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.146401

非厄密哈密顿量的拓扑带理论

Shen等人发展了由非厄密哈密顿量描述的系统的拓扑能带理论，其能谱通常比较复杂。在将带隙结构的概念推广到非厄密情况之后，他们通过确定相应的拓扑不变量对一维和二维“有带隙的”能带进行分类。他们在二维中发现了陈数的非平庸泛型，并且在一维中给出一个新的分类，其拓扑结构由能量色散关系而不是能量本征态来确定。然后，他们研究了体-边缘对应及二维中的拓扑相变。与厄密情况不同，非厄密的相变通常涉及在动量空间中孤立的“特殊点”上具有复杂能带简并的延展的中间相。他们也系统地对所有类型的能带简并给出分类。(方子明)

Topological Band Theory for Non-Hermitian Hamiltonians

Huitao Shen, Bo Zhen, and Liang Fu

Phys. Rev. Lett. 120, 146402 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.146402

节线半金属中异常点处的表面

与3D量子霍尔效应

本文中，Molina和González从理论上证明：在强磁场下，三维节线半金属可以被驱动到表面导电的拓扑绝缘相中。作者同时指出，所施加磁场方向的不同，将诱导不同类型的霍尔效应。当磁场垂直于节点环时，半金属的表面状态被转化为与异常点相对应朗道态，伴随表面霍尔效应的产生。同时，频谱的结构分析表明，零能量的平带的数量可以用这个新的拓扑不变量来表示。而当磁场平行于节点环时，电子和空穴之间的转化，使得体系中大部分的状态都是由类似于表面的衰减波的组合形成的，从而引起3D量子霍尔效应。（刘钱）

Surface and 3D Quantum Hall Effects from Engineering of Exceptional Points in Nodal-Line Semimetals

R. A. Molina and J. González

Phys. Rev. Lett. 120, 146601 (2018).

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.146601

拓扑结线半金属中量子振荡的相移规则

结线半金属是能带接触形成结线或环的拓扑半金属。在包围结线的环路周围，电子可以累积非平庸的π贝利相，因此Shubnikov-de Haas（SdH）振荡相移对结线半金属可能在运输特征中给出反映。然而，不同的实验报导了相互矛盾的相移结果，特别是在WHM结线半金属中(W=Zr/Hf，H=Si/Ge，M=S/Se/Te)。对于结线半金属的一般模型，Li等人给出一个系统的在垂直于结线平面的磁场下电阻率的SdH振荡的计算方法。根据电阻率的解析结果，他们提取出一个普适的规则来确定任意情况下的相移，并将其应用于ZrSiS和Cu₃PdN体系。依赖于磁场方向，载流子类型和费米面横截面，相移展现出与普通电子和Weyl费米子非常不同的结果。他们的结果可能有助于探索拓扑结线半金属的运输特征，并且可以推广到物质的其它拓扑相。（方子明）

Rules for Phase Shifts of Quantum Oscillations in Topological Nodal-Line Semimetals

Cequn Li, et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 146602 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.146602

利用电子电导探测近藤纠缠

杂质自旋和近邻电子的量子纠缠是单通道近藤效应的重要特性。Yoo等人发现在双量子点系统的轨道近藤情形下，这种量子纠缠可以通过测量经过双量子点的电子的电导来探测。作者在SU(2)自旋对称性略微破缺的情况下推导了量子纠缠和电导之间的关系。这个关系反映了近藤点附近多体态的普适形式。利用这个关系，通过电学手段，空间不均匀地破坏对称性就可以探测纠缠的空间分布。(李松)

Detecting Kondo Entanglement by Electron Conductance

G. Yoo, S. Lee, and H. Sim

Phys. Rev. Lett. 120, 146801 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.146801

空间调制的二维电子气中的非局域性、

关联性和磁输运

空间受到静电势或者外磁场弱调制的二维电子气体系的磁输运性质与Weiss振荡这样的可公度现象有密切关系。Raichev发现弱调制二维电子系统中的经典可公度性现象是在磁场下均匀电子气关联函数本征性质的一种表现。本篇理论工作证明了考虑非局域响应的必要性，并建立了研究弱调制二维电子系统磁输运的经典方法和量子方法之间的联系。(李松)

Nonlocality, Correlations, and Magnetotransport in a Spatially Modulated Two-Dimensional Electron Gas

O. Raichev

Phys. Rev. Lett. 120, 146802 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.146802

LaAlO₃/SrTiO₃界面的一维超导电性

Pai等人研究了通道宽度从一维过渡到二维区域的LaAlO₃/SrTiO₃的超导电性。超导临界电流与通道宽度无关，并且随着平行通道的数量近似线性增加。超导区域外的电子配对特征也被发现与通道宽度无关。总的来说，这些结果表明超导电性存在于这些通道的边界处，而不存在于通道内部区域。LaAlO₃/SrTiO₃界面本征的一维超导电性对可能的电子配对机制施加了很强的物理约束。（方子明）

One-Dimensional Nature of Superconductivity at the LaAlO₃/SrTiO₃Interface

Yun-Yi Pai et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 147001 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.147001

与螺旋Luttinger液体耦合的近藤杂质：

RKKY-近藤物理

Yevtushenko 和Yudson等人发现当螺旋Luttinger液体中传导电子之间的相互作用强于某个临界值时，两个局域磁矩之间通过传导电子建立的耦合不满足RKKY描述。在这个新的参数区域，所有相隔宏观距离的杂质间的RKKY相互作用都会被近藤效应破坏。这种现象是具有时间反演不变性的拓扑绝缘体边界这样的体系中传导电子的螺旋特性导致的，因此不会在普通的Luttinger液体中发生。(李松)

Kondo Impurities Coupled to a Helical Luttinger Liquid: RKKY-Kondo Physics Revisited

O. Yevtushenko and V. Yudson

Phys. Rev. Lett. 120, 147201 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.147201

铁掺杂Li₃N中磁性隧穿的

强烈外场敏感性

[编辑推荐语]在铁掺杂的氮化锂系统中通过共振量子隧穿实现了单原子自旋这种化学上最小比特单元的操控。

掺杂度x为0.001左右的Li₂(Li_1-xFe_x)N的磁学性质由掺入的孤立铁原子自旋主导。在10K以下温度范围，自旋弛豫时间与温度无关，说明系统从热激发情形过渡到量子隧穿区域。Fix等人发现自旋翻转几率在横向磁场下大幅增长，证明这种隧穿过程是共振方式的。另一方面，纵向磁场会消除基态的简并性并破坏隧穿条件。实验上发现这种隧穿共振具有非常尖锐的行为，施加几个毫特斯拉的外场就会使弛豫时间增加四个量级。Fix等人的工作表明Li₂(Li_1-xFe_x)N作为一种相对简单、干净的模型体系，为研究液氦温度下的磁矩量子隧穿提供了可能性。(李松)

Extreme Field Sensitivity of Magnetic Tunneling in Fe-Doped Li₃N

M. Fix et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 147202 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.147202

多铁BiFeO₃的摆线畴和电极化的磁场控制

Bordács 等人利用小角度中子散射研究了室温多铁材料BiFeO₃铁电单畴单晶中磁场诱导的摆线自旋结构再构。当施加垂直于菱面体轴（极轴）的磁场超过约5T的钉扎阈值时，观察到摆线传播矢量方向会发生旋转。根据这些实验结果，他们提出了一种唯象模型来解释摆线磁畴的再构，且重新审视磁电效应的微观起源。磁各向异性与极化之间的新耦合的提出，解释了最近发现的垂直于菱面体轴的磁电极化。(方子明)

Magnetic Field Control of Cycloidal Domains and Electric Polarization in Multiferroic BiFeO₃

S. Bordács et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 147203 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.147203

外磁场诱导ZnCr₂Se₄中量子临界的发生

本文中，Gu等人分别测量了阻挫磁体ZnCr₂Se₄在直流和交流下的磁化率、比热容以及热导率。结果显示，当温度比较低时，如果增强磁场，该尖晶石材料会从helix自旋态转变到spiral自旋态，最终被完全极化。不同的磁相分别对应着不同的晶体结构。而从spiral自旋态到完全极化的过程中，由于自旋和晶格的耦合作用，会发生直接的量子相变。当系统接近量子临界点时，自旋的强量子涨落会导致比热对温度有二次依赖关系，同时与热输运过程相关的平均自由程与温度无关。（刘钱）

Field-Driven Quantum Criticality in the Spinel Magnet ZnCr₂Se₄

C. C. Gu et al.

Phys. Rev. Lett.120, 147204 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.147204

正电子引起的荧光

[编辑推荐语]5keV以下能量的正电子入射到荧光屏上会比电子产生更强的荧光。

Stenson 等人发现当低能正电子入射到荧光屏上会比电子产生更强的荧光。实验中作者比较了正电子束和电子束在两种宽带隙半导体荧光物质（ZNS:Ag, ZnO:Zn.）中的荧光响应，发现两种荧光物质中正电子的响应都要比电子响应更加强烈，两种响应的相对大小强烈依赖于入射能量。带有几十个电子伏特能量的正电子产生的荧光和几千电子伏特能量电子产生的荧光大小相当。作者把这种效应归因于价带空穴和正电子湮灭以及后续俄歇过程产生的激发态电子。这些结果提供了寻找优秀荧光材料这个长期问题的新思路。(李松)

Positron-Induced Luminescence

E. V. Stenson et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 147401 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.147401

单层过渡金属卤化物中固有的铁磁铁电性

近年来，虽然纳米结构中多铁性被广泛研究，但是铁磁铁电性却很少被提及，特别是在二维(2D)系统中。本文中，作者基于第一性原理计算，研究层状过渡金属卤化物中的铁磁铁电性。计算表明，如果在单层CrBr₃中掺入电子，会使得临近两个八面体Cr-Br₆单元中发生异常不对称的Jahn-Teller畸变，进而同时在体系中诱导出轨道序和电荷序，而轨道和电荷的耦合作用将使得单层CrBr₃体现出面内铁磁铁电序。作者还指出，该现象不仅存在于CrBr₃^0.5-体系中，还存在于别的层状过渡金属卤化物以及相关2D材料中，为研究2D材料中的多铁性提供了新平台。（刘钱）

Prediction of Intrinsic Ferromagnetic Ferroelectricity in a Transition-Metal Halide Monolayer.

C. Huang et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 147601 (2018).

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.147601

软物质与生物物理

责编：严钢

多孔介质中的颗粒体积排斥效应导致的堵塞

多孔介质中的输运现象广泛地存在于自然界。以前的理论和实验工作主要关注多孔介质中的颗粒的结块、堵塞和过滤(filtration)等现象，虽有助于理解特定情形下的不同过程的物理机制，但对多孔介质输运过程中的各种现象并没有一个统一的物理解释。本文研究了一个仅由体积排斥效应导致堵塞的三维多孔介质模型，并利用核磁共振光谱仪，得到了包括长距离输运、堵塞和结块的完整的动力学图像。研究表明, 堵塞的主要形式是流体中的颗粒凝聚成介质孔隙大小的团簇, 并最终形成流体无法通过的区域。这些分散在介质中的团簇的浓度随着到入口的距离的增加而减小，而结块现象发生在该过程的最后阶段（当入口处的团簇超过临界浓度时）。作者采用一个简单的概率模型来定量地预测形成高浓度团簇的过程，并能够与实验数据很好地吻合。本文的结果为不同领域的颗粒输运、堵塞、结块和过滤等过程的统一开辟了道路。（张新）

Particle-Size-Exclusion Clogging Regimes in Porous Media

G. Gerber et al

Phys. Rev. Lett. 120, 148001 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.148001

随机圆盘填充可系统性地出现周期斑图

本文通过计算机模拟方法研究了刚性墙面之间的随机圆盘填充问题，发现足够高的圆盘堆积中总会出现周期性斑图。这种周期结构的出现与通道的宽度无关，并且在包含多达上千万个圆盘的单分散堆积物中也可观察到。作者考察了出现周期斑图前的无序暂态阶段的长度，发现其概率密度函数呈现出一个近似指数分布的尾部。当通道的宽度不受限地增大时，无序暂态有可能持续很久。对于狭窄的通道，在给定区间内观察到周期斑图的概率密度展现出一系列的离散峰值；然而，当通道宽度增加时，这些离散峰值会完全消失。（崔丽鹏）

Systematic Onset of Periodic Patterns in Random Disk Packings

Nikola Topic et al

Phys. Rev. Lett. 120, 148002 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.148002

对颗粒和液滴与防水固体

表面冲击的统一描述

固体和液体的冲击动力学看起来没有共同之处，然而本文的研究发现两者的动力学行为可以有统一的描述。具体地，作者研究了粘性耗散和固体摩擦效应可忽略的条件下，毫米尺寸的超软凝胶颗粒以及简单或粘弹性流体的液滴在防水固体表面的冲击动力学，并着重考察了最大的扩散因子以及达到表面最大尺寸的时间与冲击速度的关系。作者发现以前用于固体（液体）冲击动力学的模型并不适用于超软颗粒（粘弹性液滴），但是在模型中加入弹性毛细效应后则可得到与实验观测数据吻合很好的统一的理论描述，并揭示了与表面弹性和冲击物弹性都相关的一个特征扩散速度。（张鑫洁）

Impact of Beads and Drops on a Repellent Solid Surface: A Unified Description

S. Arora et al

Phys. Rev. Lett. 120, 148003 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.148003

剪切弹性网络的正应力、收缩和硬化

当弹性固体被剪切时，由于坡印廷（Poynting）效应，会产生正应力或导致体积的变化。本文发现了坡印廷效应与微观格律乃森（Grüneisen）参数之间的一种新的关系，从而量化拉伸对振动模式的改变。作者将这种量化关系应用到随机弹簧网络（一种描述生物聚合物凝胶和固体泡沫的极小模型），由于拉伸导致振动加快，网络会收缩或产生张力。坡印廷效应的强度对网络的线性弹性模量敏感，后者可通过其制备方法和连通性进行调节。最后，作者指出坡印廷效应可以用于预测材料在受剪硬化处的有限应变尺度。（宣银琦）

Normal Stresses, Contraction, and Stiffening in Sheared Elastic Networks

K. Baumgarten et al

Phys. Rev. Lett. 120, 148004 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.148004

有限资源导致的微管长度调节中的双稳态

蛋白质的可用性是决定有丝分裂纺锤体的大小的重要因素。参与调节纺锤体大小的驱动蛋白-8（kinesin-8）能够控制微管的长度。以前的研究主要考察相关系统中的单一组分对微管长度的影响，而本文提出和分析了一种新的理论模型，当微管蛋白和驱动蛋白都有限的时候，具有对抗性的两种作用（解聚与自发聚合）相互竞争。结果表明，与资源无限制的情况不同，资源的有限性会导致在很大的浓度范围内，微管长度的调节呈现出双稳态。作者用体外实验对该理论结果进行了验证，的确发现了微管长度的双峰分布。（张昕亚）

Limited Resources Induce Bistability in Microtubule Length Regulation

M. Rank et al

Phys. Rev. Lett. 120, 148101 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.148101

决定北冰洋冰层融化池斑图的简单规则

[编辑推荐语]一个关于融化池(melt ponds)的几何模型有助于预测未来气候变化时的极地冰冠的演变。[Synopsis: The Geometry of Arctic Ponds]

近些年，气候变化导致极地冰川急剧地融化。夏时，冰层表面的融化积水形成融化池，融化池会降低冰的反射率从而加速冰川的融化；融化池的几何形貌可以控制这个重要反馈的细节。然而，目前没有描述融化池的几何性质的可靠模型。因此，本文有针对性地提出了一个空穴模型，该模型只有两个参数：特征圆圈半径和覆盖比例。利用这些参数，该模型很好地重现了超过六个数量级的面积-周长关系和面积-丰度关系。通过分析不同日期的融化池的关联函数，作者发现融化池的标度和连通性是不随年份和冰层种类变化的常数，而且融化池斑图与逾渗阈值附近出现的逾渗团簇很相似。（何天旭）

Simple Rules Govern the Patterns of Arctic Sea Ice Melt Ponds

P. Popović et al

Phys. Rev. Lett. 120, 148701 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.148701

[文字编辑：谢晓芝]

来源：京师物理