PRL导读-2018年120卷17期

2018 年 5 月 7 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

在玻色气体混合物中观察自旋的超流性

Fava等人从实验上研究了有限温度下谐振阱中钠原子的玻色-爱因斯坦凝聚二元混合物的自旋动力学。在碰撞域内，由于自旋阻力，热运动分量呈现阻尼衰减，而两个凝聚态表现出无摩擦的逆流振荡。这一现象为自旋具有超流动性提供了直接的证据。此外，在无碰撞域中，凝聚部分和热部分的自旋分量在无阻尼的情况下同时振荡，它们的相对运动是由平均场效应驱动的。作者还测量了凝聚和热部分的静态极化率，结果表明，凝聚部分极化率对T=0的值的偏导大幅增加，这与理论预测一致。（马宇翰）

Observation of Spin Superfluidity in a Bose Gas Mixture

Eleonora Fava, et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 170401 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.170401

从有限的实验数据中

评估相干性度量方案是可行的

定量评估相干性受到越来越多的关注，并产生了大量的寻找相干性度量的工作。鉴于在理论上人们已经提出了各种相干性度量的方案，如何在实验中评估这些度量方案便成为了一个重要的问题。这是一项具有挑战性的任务，因为系统的状态在实际应用中常常是未知的，而在实际实验中能实现的测量通常又是有限的。在本文中，Zhang等人提出了一种从任意有限数据来评估对一个未知状态进行的相干度量的方法。作者给出的方法不仅适用于相干性度量，还可以推广来评估其它的资源度量方案。（马宇翰）

Estimating Coherence Measures from Limited Experimental Data Available

Da-Jian Zhang, C.L. Liu, et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 170501 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.170501

对纠缠态进行局域测量的最优验证

在考虑如下任务：“验证用于产生特定的量子纠缠态的量子装置确实产生了这一状态”时，一种自然的方法是通过量子状态层析成像来表征输出状态，或者根据输出状态对其进行某种类型的贝尔测试。在本文中，Pallister等人证明，这两种方法在针对两个量子比特态的局部验证策略中都不是最优的。作者找到了在这种情况下的最优策略。结果表明，在给定的保真度内，本文给出的策略所需要的测量次数小于量子状态层析成像、贝尔测试或保真度估计协议的公布结果。作者也给出了对任何稳定状态的有效验证协议。此外，作者证明，需要所构造的策略满足局域、非自适应和非集体测量的要求，只会对没有这些限制的策略产生恒定系数的惩罚。（马宇翰）

Optimal Verification of Entangled States with Local Measurements

Sam Pallister, Noah Linden, et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 170502 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.170502

具有分数对称性的对称性保护拓扑序

具有隐藏的计算复杂度

对称性保护拓扑序（SPTOs）因存在多体纠缠而被认为具有隐藏的计算复杂度。Miller等人通过引入SPTO分数对称性，证明了任何一个分数对称的2D (Z₂)^m SPTO重整化不动点态都可以仅使用泡利测量来进行普遍性的量子计算，只要它是一个非平凡的2D SPTO相。Miller等人用不动点态的无限类作为基本模型阐释了物质的“量子计算相”的想法，这些态具有普适的计算复杂度。（马欣然）

Latent Computational Complexity of Symmetry-Protected Topological Order

with Fractional Symmetry

Jacob Miller and Akimasa Miyake

Phys. Rev. Lett. 170503 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.170503

能量量子化激活的单原子热机

能量量子化是量子系统的一个典型特征。在本文中，Klimovsky等人分析能量量子化对奥托热机工作的影响。结果表明，能量量子化可以单独的改变和增加热机在输出功、效率、甚至操作模式等方面的性能。作者证明，这种性能上的差异会发生在热机做功物质的能级不均匀缩放的情况中。而当做功物质的能级均匀缩放时，量子热机的工作行为与经典热机无异。本文的结果表明，量子热力学使经典范围内，如具有不可压缩的做功物质等，难以实现的奥托热机成为可能。作者还建议在实验上可以使用激光冷却俘获的离子作为一种微观热机来测量这些效应。（马宇翰）

Single-Atom Heat Machines Enabled by Energy Quantization

David Gelbwaser-Klimovsky, et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 170601 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.170601

引力与天体物理

导读：郭敏勇；责编：高思杰

四维标量毛黑洞不稳定

Ganchev和Santos利用数值的办法，对Herdeiro和Radu构造的标量毛黑洞进行了稳定性的分析。他们证明了，在标量场扰动下，存在一种新规范，可以从度规微扰中解耦合，然后又分析了该规范引起的准正模。他们发现，不稳定模式具有特征性的增长率，即，在固定的克尔背景下，均匀的小标量毛与与大标量毛带来的不稳定模式的增长率几乎是相同的。

Scalar Hairy Black Holes in Four Dimensions are Unstable

B. Ganchev and Jorge E. Santos

Phys. Rev. Lett. 120, 171101 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.171101

基本粒子与场论

责编：晁伟、刘晓辉

规范超引力和来自双重拷贝结构的

超对称自发破缺

具有规范R对称性和闵可夫斯基真空的超引力允许自发超对称破缺，这为构建与现象学相关的超引力模型提供了框架。在该文中，作者首次研究了这些超引力的双重拷贝结构。作者认为，根据一般性的猜测，它们的散射振幅可以用(自发破缺的规范理论)直乘(具有破缺超对称的规范理论)理论的双重拷贝来描述。作者提出了简单的模型，其中超引力拥有U(1)_R对称性、自发破坏N=2超对称和大质量的gravitini。这是一个双重拷贝结构的规范超引力和自发超对称破缺理论的首例。这种构造以一种直接的方式扩展到杨-米尔斯-爱因斯坦超引力理论，有或者没有自发的规范对称性破缺。

Gauged Supergravities and Spontaneous Supersymmetry Breaking from the Double Copy Construction

M. Chiodaroli, et al

Phys. Rev. Lett. 120, 171601 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.171601

全息声子

Alberte等人提出了一类实现平移对称性自发破缺的带质量的全息引力模型，它们展现出横向声子模式，根据弹性理论其速度与弹性剪切模量相关。因此，带质量的引力模型可以作为一种通用和便利的理论来模拟泛平移对称性的破缺：明显的、自发的或者二者混合类型的。破缺的本质是以引力子质量的径向依赖性编码的。作为模型的应用，作者计算了剪切模量的温度依赖性，并发现它具有玻璃状熔融转变。

Holographic Phonons

Lasma Alberte, etal.

Phys. Rev. Lett. 120, 171602 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.171602

来自规范-引力对偶的量子临界

电荷密度波态的直流电阻率

与弱无序的金属相比，弱固定电荷密度波（CDW）的电阻率不受无关过程的弛豫动量控制。相反，主要贡献是由不连贯的扩散过程控制的，这些过程不会拖动动量，并且可以在干净的极限内进行计算。作者解析地计算了一系列全息电荷密度波量子临界相的直流电阻率，并讨论了它的温度标度。根据临界指数，基态可以是导电或绝缘的。作者将其结果与低电流的铜酸盐高T_c超导体的直流电输送联系起来。作者通过推测不稳定的、半临界的CDW状态与奇怪的金属区域的可能相关性来得出结论。

dc Resistivity of Quantum Critical, Charge Density Wave States from Gauge-Gravity Duality

Andrea Amoretti, et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 171603 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.171603

质子衰变到带电轻子

在本文中作者讨论了质子和中子的三轻子末态衰变过程。其中一些三轻子衰变模式可以是主要的衰变道，因为它们保持轻子味对称性的守恒，而此对称性在通常考虑的衰变过程中是破缺的。这包括特别有趣但是很少讨论的 p→e⁺e⁺μ^-和p→ μ⁺μ⁺e^-过程。由于相关的有效算符出现在9维或10维上，三轻子衰变模式的观测将可以探测100 TeV的能级。这使得人们能够将质子衰变和介子的稀有衰变或者对撞机物理联系起来。包含轻子-夸克的紫外完整理论不可避免地破坏轻子味普适性，并且可以解释B介子衰变过程中观察到的b→sμμ反常。

Proton Decay into Charged Leptons

Thomas Hambye and Julian Heeck

Phys. Rev. Lett. 120, 171801 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.171801

原子核物理

责编：彭婧

通过175 MeV/u处的放热反应⁹⁰Zr(¹²N,¹²C)
研究同位旋矢量自旋单极共振激发

175 MeV/ 处的 (¹²N, ¹²C) 电荷交换反应作为一种新奇的探针被发展用于研究同位旋矢量自旋巨单极共振（IVSMR），IVSMR的性质对于更好地理解原子核的粗块性质和非对称核物质很重要。现在可以通过产生次级稀有同位素束流¹²N来获得该探针。该探针是放热的，在靶核表面被强烈地吸收，并且为自旋转移激发提供选择性。与迄今为止其它研究IVSMR的探针（主要是轻离子）相比，这三个特性增强了IVSMR的激发。作者测量了⁹⁰Zr(¹²N, ¹²C) 反应，通过标记源于出射物¹²C的g辐射衰变，分别导出了直到约70 MeV的自旋转移道和无自旋转移道的激发能谱。除了著名的Gamow-Teller跃迁和同位旋相似跃迁以外，作者鉴别了一个清晰的IVSMR信号。通过比较相同靶核上轻离子反应的结果和理论预言，证实了该探针研究IVSMR的适用性。(王锶博)

Excitation of the Isovector Spin Monopole Resonancevia the Exothermic ⁹⁰Zr(¹²N,¹²C) Reaction at 175MeV/u

S. Noji, et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 172501 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.172501

多信使时代的中子皮和中子星

[编辑推荐语]对LIGO和Virgo观测的中子星合并发出的引力波的分析改进了描述中子星内部致密核物质的模型。

[Synopsis: Gravitational Waves Shed Light on Dense Nuclear Matter]

由LIGO-Virgo合作组完成的双中子星合并的历史首次探测，为r过程的天体物理场所和致密物质的本质提供了根本性的新视角。一组能够给出有限核性质准确描述的、支持二倍太阳质量中子星的、并且对致密物质提供洛伦兹协变外推的状态方程的现实模型，被用来对比其预言和从引力波数据提取的潮汐极化度。考虑到引力波信号对于潜在的状态方程的灵敏性，根据观测推断的对潮汐极化度的限制可以转化为对于中子星半径的约束。基于这些约束，可以排除预测出硬的对称能，因此具有大的星系半径的模型。事实上，他们推断一个1.4 倍太阳质量中子星的半径上限为R^1.4_*<13.76 km。考虑到²⁰⁸Pb中子皮厚度对对称能的灵敏性，即使是在一个更低的密度，他们推断²⁰⁸Pb中子皮厚度的上限约是R²⁰⁸_skin≤ 0.25fm。然而，如果即将开展的 PREX-II实验测量出非常厚的中子皮，这就可能成为在高密度处对称能软化——可能表明在中子星内部有相变——的证据。(王锶博)

Neutron Skins and Neutron Stars in the Multimessenger Era

F. J. Fattoyev, et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 172702 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.172702

引力波对于中子星物态方程的约束

[编辑推荐语]对LIGO和Virgo观测的中子星合并发出的引力波的分析改进了描述中子星内部致密核物质的模型。

[Synopsis:Gravitational Waves Shed Light on Dense Nuclear Matter]

最近LIGO和Virgo合作组完成的对源于中子星合并的引力波的探测（GW170817）对参与碰撞的星体的潮汐形变提供了新的严格的限制。结合本次测量和二倍太阳质量星体的存在，作者得到一类通用的中子星物质状态方程，该状态方程内插在低重子密度和高重子密度的先进理论结果之间。将该结果与不含潮汐形变约束的结果对比，他们发现所允许的状态方程在显著的减少。基于他们的分析，他们得出的结论为1.4倍太阳质量中子星的最大半径是13.6 km，类似质量的星体所允许的最小潮汐形变是Λ(1.4M_⊙)=120。(王锶博)

Gravitational-Wave Constraints on the Neutron-Star-Matter Equation of State

Eemeli Annala, et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 172703 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.172703

原子、分子与光学

导读：宋新秀；责编：张文凯

中性Yb中实现的对精细结构常数

极其灵敏的两个原子钟

本文提出了一种基于中性Yb中4f¹⁴6s6p³P₀跃迁到4f¹³6s²5d (J=2)的新频率标准。这一跃迁的高稳定性和准确性使得其具有作为原子钟的优秀潜力，并且该跃迁还有对精细结构常数α具有最高的灵敏度的优势。作者发现它的无量纲α变异增强因子为K = - 15，比当前最敏感的原子钟（Yb⁺E3，K = - 6）更好，并且比任何中性原子钟（Hg，K = 0.8）都大18倍以上。结合中性原子光学晶格时钟的前所未有的稳定性，这种高灵敏度为搜索超轻暗物质和超越基本粒子标准模型的理论测试开辟了新的视角。此外，结合已经存在的基于¹S₀到³P₀的跃迁的原子钟，在中性Yb中实现了两个时钟，其交叉查询可进一步降低此类时钟比较实验的系统不确定性。

Two Clock Transitions in Neutral Yb for the Highest Sensitivity to Variations of the Fine-Structure Constant

Marianna S, et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 173001 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.173001

一维Bosonic Josephson节中

弛豫到相位锁定平衡态的过程

本文主要对Josephson体系中的两个耦合的一维玻色-爱因斯坦凝聚的非平衡隧道动力学进行了实验研究。Josephson振荡是通过分裂单个一维凝聚物，并在超流体之间标记相对相位而开始的。无论初始状态和实验参数如何，相对相位和原子序数不平衡这一动力学过程都显示出到相位锁定的稳态的弛豫。后者的特点是相位相干性高，相对于初始状态波动小。在此基础上，作者提出了一个基于与非谐振子类比的经验模型，来描述各种实验参数的影响。但与作者观察相符的微观理论依然缺失。

Relaxation to a Phase-Locked Equilibrium State in a One-Dimensional Bosonic Josephson Junction

Marine Pigneur, et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 173601 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.173601

非线性动力学和流体力学

责编：兰岳恒

证明具有长时滞反馈的

纯时间动力学中的临界相变

在纯粹时变光学系统中的实验，发现迄今为止只存在于时空动力学中的吸收相变。具有长延迟光电反馈和乘性噪声的双稳态半导体激光器表现出定向渗流普适类临界现象的特有性质。对一个简单有效模型的数值研究提供了其相变临界指数的精确估计，与理论和实验保持一致。这一结果推动了非平凡随机长时间延迟系统与时空系统的等价关系，并为研究纯粹时变动力学中的非平衡普适类开辟了一条新途径。（胡婧）

Evidence of a Critical Phase Transition in Purely Temporal Dynamics with Long-Delayed Feedback

Marco Faggian, et al.

Phys. Rev. Lett. 120. 173901 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.173901

从超疏水表面实现高效沸腾

一些工业应用，如发电，水蒸馏和高密度冷却，依赖于涉及沸腾的传热过程。改进沸腾过程可以提高多个行业的能效和业绩。由于毛细管虹吸效应增加了可以消散的最大热通量，所以高亲水纹理表面有可能起到改进沸腾过程的效果。相反，对于这些应用，高度不浸润的织构（超疏水）表面在此种应用中基本上不被考虑，因为它们已被证明可促进绝热蒸汽膜的形成，大大降低了热传递效率。本文结果显示，在表面纹理渗透液体的初始Wenzel状态下，超疏水表面的沸腾给出非常低的表面过热，其中成核沸腾会持续，可以达到典型亲水润湿表面的临界热通量，因而颠覆了传统的经验。基于初始润湿状态，在微米和纳米结构化超疏水表面上显示出两种不同的沸腾行为。对于蒸汽占据表面纹理空隙的初始表面状况（Cassie-Baxter状态），会发生过早的膜沸腾，如在文献中通常观察到的那样。然而，如果在沸腾之前表面纹理被液体渗透（Wenzel状态），则会观察到显著改善的热性能；在这种润湿状态下，三相接触线在气泡生长过程中被钉扎，阻止了蒸汽膜在表面上的形成并保持了有效的成核沸腾行为。（王娟娟）

Enabling Highly Effective Boiling from Superhydrophobic Surfaces

Taylor P. Allred, et al.

Phys. Rev. Lett. 120. 174501 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.174501

等离子体与束物理

责编：陈少永

等离子体微湍流的非线性电磁稳定性

Whelan等人利用非线性回旋动力学模拟发现了在有限等离子体β条件下导致离子温度梯度驱动的湍流出现强稳定效应的物理原因。该效应主要起源于不稳定模式、稳定模式与带状流之间的非线性相互作用中的频率共振，这种频率共振使三重关联时间达到最大，进而能够将能量转换效率提升至最大。研究还建立了对混合长度输运的理论修正，使非线性热流在考察的β范围内重新产生。（杨生鹏）

Nonlinear Electromagnetic Stabilization of Plasma Microturbulence

G. G. Whelan, etal

Phys. Rev. Lett. 120, 175002 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.175002

大型螺旋装置实验中快粒子

驱动测地声模的啁啾和突然激发

王灏等人用描述快粒子与磁流体相互作用的混合代码，仿真了在大型螺旋装置实验中观察到的快粒子驱动测地声模(EGAM)。作者在实际物理条件下采用三维平衡，首次通过混合模拟再现了EGAM主模式的频率啁啾和半频率二次模式的突然激发。模拟得到的两个EGAM都具有与实验一致的全空间模结构。对于二次模式，体压强扰动和高能粒子压强扰动相互抵消，因此频率低于主模式。研究发现，二次模式的激发不依赖于非线性磁流体耦合。主模式和二次模式分别由满足线性和非线性共振条件的快粒子激发。（秦晨晨）

Chirping and Sudden Excitation of Energetic-Particle-Driven Geodesic Acoustic Modes in a Large Helical Device Experiment

Hao Wang, et al

Phys. Rev. Lett. 120, 175001 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.175001

凝聚态物理：结构

责编：殷志平

弹性主干定义了一个渗流模型中的新相变

弹性主干是所有最短路径的集合。在经典渗流阈之上的p_eb,弹性主干变得非常密集，而作者在此区域发现了一个新的相变。在2维的情形来讨论此相变，发现其分形维数为1.750±0.003，并且作者得到了一组新的临界指数，其中β_eb=0.50±0.02，γ_eb=1.97±0.05，ν_eb =2.00±0.02，这和临界标度律完全符合。然而有趣的是，它违反了超标度关系。利用Binder累积量，作者以较高的精度探测了三角格子和斜方格子点渗流以及键渗流的临界概率p_eb。并发现当拉伸一个受损生物组织，可利用此相变将突然硬化描述为关于密度的函数。(曹锦)

Elastic Backbone Defines a New Transition in the Percolation Model

Cesar Sampaio Filho, et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 175701 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.175701

一维中准周期量子伊辛相变

与随机势场不同，在一维中准周期调制可以诱发定域-离域转换。在本文中，作者分析了这对准周期调制的量子伊辛链中对称性破坏的影响。尽管弱调制是无关紧要的，但强调制会诱导新的铁磁和顺磁相，这些相是完全局域的和无能隙的。准周期势和局域激发导致量子临界性，这种临界性介于完美的和随机的无序模型之间，其指数为ν = 1⁺（精确）和z ≈1.9，Δ_σ ≈ 0.16，Δ_γ ≈ 0.63（达到对数校正）。从技术上讲，完美的伊辛相变由于局部减少的耦合的对数漂移而不稳定。作者推测，游荡系数w控制了准周期变换的普适类，并证明了它对保持模型的准周期结构的光滑扰动的稳定性。（麻晓波）

Quasiperiodic Quantum Ising Transitions in 1D

P. J. D. Crowley, et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 175702 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.175702

大热梯度下宏观尺度平面结构间的

声子-极化近场能量转移的精密测量

[编辑推荐语]间隔200 nm的两块石英板之间的热辐射传递比常规定律预测的黑体辐射大45倍。

尽管大规模平面结构之间的近场热辐射在新兴能源方面具有很强的潜力，但是目前关于这方面的实验研究还比较少。特别地，在较大的温度梯度条件下，能够调控具有良好并行性的次波间隙距离，这对科研工作者来说是一个极大的挑战。本文报道了两个大块单晶石英板之间近场辐射能量转移的精密测量结果，在两个大块的石英板之间可以实现平面声子的极化现象。该实验是在平面区域为5ⅹ5 mm²的石英板上进行的。在实验过程中，作者能够重复性地精确调控间隙距离，精度可以达到200nm。他们测量了以间隙距离为变量的近场热辐射，该实验是在温度梯度为156 K的条件下进行的。他们发现该实验的热辐射量是黑体辐射极限的40倍。通过与波动电动力学的理论计算结果对比，他们认为如此强的热辐射是来源于能够跨越纳米真空间隙的声子极化的能量转移。（毛慧灿）

Precision Measurement of Phonon-Polaritonic Near-Field Energy Transfer between Macroscale Planar Structures Under Large Thermal Gradients

Mohammad Ghashami, et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 175901 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.175901

凝聚态物理：电子性质

责编：袁喆，马锋杰，沈卡

利用合作网络实现相变检测

机器学习作为一种有效的学习手段，已被成功运用于多种物理现象的学习识别中，如检测经典和量子相变、多体波函数的高质量假设等。本文中，Liu等人在混合方案的基础上，将猜想和学习网络结合起来，形成更智能的学习方法——无人监督机器学习新方案，从而实现自动对体系中存在的相变进行学习和预测。作者以二维参数空间为例，利用一个可以在参数空间中活动并积极学习的轮廓模型来联系这两个网络，对非标记数据进行学习，进而实现全面检测相变。（刘钱）

Discriminative Cooperative Networks for Detecting PhaseTransitions

Y. Liu and E. P. L. van Nieuwenburg

Phys. Rev. Lett. 120, 176401 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.176401

低温运输中光锥的普遍扩大

本文中，作者借助于不同温度下的两个半无限的链条，讨论临界一维系统中的低温输运特性。作者指出，根据共形场理论，可以用单一光锥的扩散行为来标记体系中的能量输运行为，且在光锥里面以及光锥的左右，能量密度和电流都具有不同的常数值，从而显示不同的特性。进一步分析表明，只要光谱中出现非线性项，时间趋向于无限大时，就会在光锥边缘产生一个新的普遍区域，其宽度正比于两端的温度。在该区域，期望值有不同的温度依赖，显示光滑的峰形。（刘钱）

Universal Broadening of the Light Cone in Low-Temperature Transport

B. Bertini et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 176801 (2018).

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.176801

扩散型铁磁体中

自旋霍尔和自旋交换转矩

Pauyac等人用量子动力学方法推导了一组完备的广义漂移-扩散方程用于解决存在外禀自旋轨道耦合的铁磁体中电荷自旋耦合动力学。这套方程涵盖了自旋霍尔效应、反常霍尔效应、自旋交换、自旋进动以及弛豫过程等主要输运现象。作者指出自旋极化可以增强铁磁体中的自旋交换效应，由自旋轨道和自旋进动效应之间相互影响引起的整体自旋结构展现出复杂的空间依赖性。这有助于在不借助外界极化器的情况下在中心对称的几何结构中研究转矩的产生以及磁畴壁的成核或者传播。(李松)

Spin Hall and Spin Swapping Torques in Diffusive Ferromagnets

Christian Ortiz Pauyac et al

Phys. Rev. Lett. 120, 176802 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.176802

四方CuO中基于Zhang-Rice单态的

广义单带模型

四方CuO因结构与铜酸盐的结构相似而引起了关注。近来，对这个系统的研究被认为可以解决长期以来在铜酸盐微观模型上的争论。在本篇快讯中Hamad等人基于正交化Zhang-Rice单态严格推导了一种适用四方CuO的有效单带广义t-J模型，并使用第一性原理计算了相应的参数。通过自洽玻恩近似方法，作者得到了半满填充反铁磁序四方CuO的谱函数和单空穴掺杂的准粒子色散关系，得到的结果与角度分辨光电子谱以及多带理论模型计算结果符合得非常好。作者认为广义t-J模型是能够在铜酸盐中正确描述单空穴动力学的最简形式。（李松）

Generalized One-Band Model Based on Zhang-Rice Singlets for Tetragonal CuO

I. J. Hamad et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 177001 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.177001

空穴掺杂Rashba-Hubbard模型中

非常规超导机制

在近期拓扑超导研究的背景下，Greco和Schnyder两人探讨了最近邻和次近邻效应下的方格子中空穴掺杂的Rashba-Hubbard 模型超导配对的不稳定性。在无规相位近似下，作者计算了自旋-涨落为媒介的配对作用与填充的关系。他们发现Rashba自旋轨道耦合造成简并能带的劈裂从而导致不同填充下的两种van Hove奇点，在两个van Hove填充之间的区域，自旋涨落表现出强烈的铁磁性贡献。由于这些铁磁性涨落，系统在这个填充区域内有强烈的自旋三态f波配对趋势进而产生拓扑非平庸相。（李松）

Mechanism for Unconventional Superconductivity in the Hole-Doped Rashba-Hubbard Model

Andrés Greco and Andreas P. Schnyder

Phys. Rev. Lett. 120, 177002 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.177002

CeCoIn₅的de Haas-van Alphen振荡

在超低温下的反常变化

Shishido等进行了将重费米子超导体CeCoIn₅降至距上临界场2 mK上的de Haas-van Alphen（dHvA）测量。他们发现，在低于转变温度T_n=20mK时，dHvA振幅显示异常抑制，伴随着dHvA频率的变化。他们认为这种变化是由于在T_n以下出现的场诱导反铁磁（AFM）态引起的磁性击穿，揭示了CeCoIn₅中场诱导的量子临界点（QCP）的起源。他们发现在7-10T时T_n的场依赖性是非常弱的，这意味着通过抑制反铁磁量子临界点附近的临界自旋涨落来增强反铁磁有序的效应与场抑制反铁磁序的效应间存在竞争。他们认为，场诱导的反铁磁有序的出现是包含 CeCoIn₅，CeRhIn₅和高温铜氧化合物等非常规超导体的一个普遍特征，发生在反铁磁量子临界点附近。（方子明）

Anomalous Change in the de Haas–van Alphen Oscillations of CeCoIn₅ at Ultralow Temperatures

Hiroaki Shishido et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 177201 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.177201

有能隙量子顺磁体中自旋波自旋霍尔磁电阻

在最近实验研究的推动下，Ulloa和Duine考虑了非磁金属和有能隙量子顺磁体之间的自旋输运。作者采用一种易面铁磁绝缘体的自旋波莫特绝缘体相来描述有能隙量子顺磁体，并计算了由铁磁体和非磁界面交换耦合引起的自旋流。对于他们所讨论的具有强烈相互作用的自旋波而言，这个产生的自旋流会给出强烈依赖磁场大小但对磁场方向不敏感的自旋霍尔磁电阻。这个工作有可能会推动量子磁体相的电学实验探测并把这类材料引入到自旋电子学器件中。（李松）

Magnon Spin Hall Magnetoresistance of a Gapped Quantum Paramagnet

Camilo Ulloa and R.A. Duine

Phys. Rev. Lett. 120, 177202 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.177202

焦绿石铱酸盐Eu₂Ir₂O₇中

金属-绝缘体相变处的磁性激发

绝缘Eu₂Ir₂O₇单晶在T_MI=111（7）K时发生金属-绝缘体相变。Chun等人使用共振非弹性X光散射研究了这种材料的磁性激发谱，发现温度为7K时激发谱具有一个会出现在全向内或全向外的磁有序态中的传播型自旋波模式，这个模式相应的带宽和能隙分别为20meV和28meV。当温度升高时，磁性激发谱会显著软化并在进入顺磁相后转变为高阻尼激发。值得注意的是，这种软化发生在包括布里渊区边界在内的整个布里渊区范围内。这与局域磁矩系统的自旋波重整化不相符，同时表明Eu₂Ir₂O₇中的电子关联强度只是中等强度，所以在描述它的磁性时需要考虑电子巡游效应。（李松）

Magnetic Excitations across the Metal-Insulator Transition in the Pyrochlore Iridate Eu₂Ir₂O₇

Sae Hwan Chun et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 177203 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.177203

在有和无拓扑边缘态固体中

实现高次谐波产生

当固体感受到强场激光时，会诱发许多新奇的现象，比如：Floquet物质的产生。在本文中，作者利用含时密度泛函理论研究一维拓扑结构中的高次谐波生成。作者指出，一维链中的两个拓扑相可以诱导不同的强场谐波谱。当谐波光子能量小于带隙时，由于所有价带和边缘状态电子的谐波发射的破坏性干涉程度不同，导致两个拓扑相的谐波产生可以相差14个数量级，这表明拓扑边缘态可以极大地影响子带的谐波产生，也为探究物质的拓扑结构提供了新方法。（刘钱）

High-Harmonic Generation in Solids with and without Topological Edge States

D. Bauer and K. K. Hansen

Phys. Rev. Lett. 120, 177401 (2018).

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.177401

PbTiO₃/SrTiO₃多层中

具有独特偶极子构型的拓扑缺陷

Lu等通过定量高分辨率扫描透射电子显微镜，在PbTiO₃/SrTiO₃多层的PbTiO₃层中揭示了包括偶极波和偶极向错在内的纳米电拓扑缺陷的独特新颖的特征。这些原始的偶极子构型可通过原子尺度模拟得到确认和解释，并有可能成为未来电子学中的功能元件。（方子明）

Topological Defects with Distinct Dipole Configurations in PbTiO₃/SrTiO₃ Multilayer Films

Lu Lu et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 177601 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.177601

电子-空穴双层中大能隙超流体和

BCS-BEC渡越的量子蒙特卡罗模拟证据

Ríos等报导了在宽密度范围内电子空穴双层中存在大能隙超流体的量子蒙特卡罗证据。随着密度的降低，BCS态由于库仑相互作用的强屏蔽效应而被限制在很窄的密度范围内，超流体参数逐渐从正常态演变为BEC，这导致在超流开始时能隙迅速变大。超流体表现出类似于超冷费米子和铁基超导体的性质，表明配对体系BCS-BEC渡越具有基本的普适特征。（方子明）

Evidence from Quantum Monte Carlo Simulations of Large-Gap Superfluidity and BCS-BEC Crossover in Double Electron-Hole Layers

Pablo López Ríos et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 177701 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.177701

总电荷中性的双层石墨烯-WSe₂

异质结中的强增强隧穿效应

[编辑推荐语]实验表明，可以在不施加大磁场的情况下获得稳定的电子-空穴对凝聚，基于这种不寻常的配对现象将简化未来的应用。

Burg等报导了被填充相反极性和相等密度的载流子时，双层石墨烯间会出现通过WSe₂势垒的强增强隧穿的实验现象。增强隧穿效应的强度随着温度的降低急剧增加，并且隧穿电流作为层间电压的函数在温度为1.5K时呈现出垂直的起始走向。这种整体电中性时的强增强隧穿效应明显偏离单粒子模型计算的结果，否则它会与测量的隧穿电流-电压特性很好地匹配，意味着密度相同的电子和空穴占据双层时，伴随层间凝聚的激子的多体态的出现。（方子明）

Strongly Enhanced Tunneling at Total Charge Neutrality in Double-Bilayer Graphene-WSe₂ Heterostructures

G. William Burg et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 177702 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.177702

一维纳米线的热电功率因子极限

在过去的十多年中，人们对一维（1D）纳米线潜在的优异热电性质产生了浓厚的兴趣，但是在实践中寻找基于1D效应的高热电功率因子一直是一个挑战。在这里Chen等指出，由于最近建立的热电功率输出的量子界限，非弹道一维纳米线的热电功率因子有一个上限。他们在准弹道InAs纳米线中通过I-V特征提取第一个一维子带的最大功率因子，实验测试了这个极限，发现测量的最大功率因子符合理论极限。这个建立的极限从而允许基于纳米线尺寸和平均自由路径来预测具有一维电子传输的特定纳米线材料系统可实现的功率因子。预期具有小横截面和高晶体质量的最新型半导体纳米线的功率因子在低温下会具有很强的竞争性（mW = mK²）。然而，它们在室温或高于室温下与体材料相比不会有明显的优势。（方子明）

Thermoelectric Power Factor Limit of a 1D Nanowire

I-Ju Chen et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 177703 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.177703

狄拉克半金属中的π和4π约瑟夫森效应

有研究指出，利用超导体的邻近效应，可以在拓扑材料中中实现拓扑超导电性。Cd₃As₂是一个有着连续费米弧表面态的三维拓扑狄拉克半金属，本文中，Yu等人在基于Cd₃As₂的Al-Cd₃As₂-Al约瑟夫森结中，通过对临界超流的磁场依赖性以及Shapiro步进行分析，揭示了该类约瑟夫森结中存在π和4π的周期性超流。进一步的模型分析表明，π周期来源于块体超导和费米弧超导的干涉效应，而4π的周期超流来源于拓扑超导体中第一个Shapiro步的缺失。（刘钱）

π and 4π Josephson Effects Mediated by a Dirac Semimetal

W. Yu et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 177704 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.177704

软物质与生物物理

导读：严钢

极长的颗粒可使胶体悬浮液中的

双轴向列相变得稳定

双轴向列相在光电器件中具有广泛的应用前景，然而，它的热力学稳定窗口十分有限。因此，如何使双轴向列相变得稳定是一个亟待解决的问题。本文用计算机模拟的方法研究了三类不同形状的硬质双轴颗粒，并且考察的各向异性参数的范围远大于以前的研究。作者发现，双轴向列N_b相的稳定不仅需要颗粒接近棒-盘双重形状，同时需要颗粒的有效长度超过一个临界值；而且不同形状的颗粒家族的临界值具有显著的差异。实际上，N_b相的竞争不仅来自高浓度时的距列相，同样也来自于相对低浓度时的N₊和N_-相。该文的结果给出了颗粒形状影响双轴向列相的稳定性的完整图像，可以促进双轴向列相的自组装。（张昕亚）

Hard Competition: Stabilizing the Elusive Biaxial Nematic Phase in Suspensions of Colloidal Particles with Extreme Lengths

Simone Dussi etal.

Phys. Rev. Lett. 120, 177801 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.177801

虹膜的惯性运动是扫视后眼颤的起因

[编辑推荐语]一个描述快速视线转移过程中和过程后的眼部运动的物理模型有助于加深对认知测试和人眼追踪研究中的眼部运动的理解。

[Focus: Why Your Pupils Wobble]

最近的研究显示瞳孔的运动是由虹膜的形变所致。本文作者进一步认为这种现象归因于眼球转动过程中的虹膜所受的惯性力，而且这种惯性力使得瞳孔像大质量的粒子一样运动。为了证实这一点，作者提出了一个基于牛顿方程的物理模型。该模型十分简单，但能够重现和解释最近通过眼部追踪技术发现的几个重要实验结果。特别地，通过该模型可以得出正确的扫视后振荡的幅度和周期与扫视尺寸之间的依赖关系、以及正确的峰值速度。（张昕亚）

Inertial Movements of the Iris as the Origin of Postsaccadic Oscillations

S. Bouzat et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 178101 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.178101

[文字编辑：谢晓芝]

来源：京师物理