Physical Review Letters 2018 年 120 卷 01 期中文导读

2018 年 1 月 13 日 科研圈 京师物理

普通物理：统计与量子物理

责编：涂展春

在离子阱中实现量子信息的高保真度储存

建立可扩展的量子模拟器和计算机的一个很有前景的方案是使用相互连接的子系统合成一个可扩展的系统。这种方法的前提是能够在子系统之间可靠地传递量子信息。对于囚禁的原子离子，可以通过将量子信息编码到它们的内部态来实现这一方案。Kaufmann等人通过在微结构保罗阱（Paul trap）中迁移离子在 ¹⁷¹Yb⁺离子的超精细态中编码了量子信息，并高精度地测量了这一量子信息的保真度。该离子的内部态的拉姆齐谱在超过280μm的距离上交错的插入了高达4000次的迁移操作，每次操作耗时12.8μs. 对于每一次离子迁移而言，作者最终获得了99.9994%态保真度。（马宇翰）

High-Fidelity Preservation of Quantum Information During Trapped-Ion Transport

P. Kaufmann, T. Gloger, et al

Phys. Rev. Lett. 120, 010501 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.010501

基于稳态光的光子相位控制门

Iakoupov等人提出了一种用来诱导原子系综产生的光子间的强有效相互作用的方法。为了实现这一方法，作者使用所谓的稳态光效应来增强相互作用。忽略单原子与光的耦合，光子之间的相互作用强度可以通过增加原子总数来增强。对于足够多的原子，这一装置可以用来实现光子的受控相位门。对于在有两光子输出条件下的确定性和预报性（heralded）的相位门操作模式，作者推导了这两种模式对应的保真度的解析表达式。（马宇翰）

Controlled-Phase Gate for Photons Based on Stationary Light

I. Iakoupov, J. Borregaard, et al

Phys. Rev. Lett. 120, 010502 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.010502

无检测漏洞且设备无关的高速量子随机数发生器

量子力学提供了产生真正的随机性的方法，这是确定性的经典力学所无法给出的。值得注意的是，随机性的不可预测性可以以不依赖于其实现设备的方式进行认证。Liu等人提出了一个基于无检测漏洞的贝尔测试来研究设备无关的量子随机数生成的实验，本实验是以纠缠光子作为载体实现的。在随机性分析中，不预先进行独立同分布假设，作者考虑了对手对量子敌手发起最有力的攻击这种最坏的情况。在考虑了统计涨落并施加一个80Gb×45.6Mb的Toeplitz散列矩阵后，作者最终实现了114bit/s的随机数产生率，且这一过程的失败概率小于 10⁻⁵。这一实验结果标志着在密码学的实际运用和基础物理测试领域迈出了关键一步。（马宇翰）

High-Speed Device-Independent Quantum Random Number Generation without a Detection Loophole

Yang Liu, Xiao Yuan, et al

Phys. Rev. Lett. 120, 010503 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.010503

实验上利用单个囚禁的离子验证Jarzynski等式相关的信息理论等式

热力学中大多数非平衡过程只能通过不等式来量化。然而，Jarzynski关系式给出了非常简单和一般性的等式将非平衡量和平衡自由能联系起来，并且这个等式在经典和量子区域都是适用的。Xiong等人报告了一个单自旋的测量实验。这个实验利用处于谐振子势场中的超冷 ⁴⁰Ca⁺离子在量子区域验证了Jarzynski关系式。通过构建一个处于两次投影测量之间的系统的时间演化过程，Xiong等人验证了一般性的信息理论等式，从而间接验证了Jarzynski关系式。Xiong等人分别考虑了纯态和混合态作为初始状态，以一种精确而基本的方式验证了与互信息和Jarzynski等式相关的非平衡量子热力学。（李耿）

Experimental Verification of a Jarzynski-Related Information-Theoretic Equality by a Single Trapped Ion

T. P. Xiong, L. L. Yan, et al

Phys. Rev. Lett. 120, 010601 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.010601

基本粒子与场论

责编：晁伟、刘晓辉

B_s,d→μ⁺μ⁻稀有衰变中增强的电磁修正

Beneke等人研究了B-介子轻子衰变 B_s,d→μ⁺μ⁻的电磁修正。不同于量子色动力学（QCD）效应，作者发现，虚光子交换可探测B-介子的内部结构，从而导致一种非局域湮灭效应，而QCD效应则完全包含在B-介子的衰变常数中。作者进一步发现该效应会被大对数（large logarithms）和mb/ΛQCD的幂次的动力学所增强。这种新奇的效应对于 B_s,d→μ⁺μ⁻的分支比有大约1%的贡献，大小相当于以往估计的非参数化（nonparametric）理论误差，4倍于之前估计的次领头阶量子电动力学（QED）的理论标度误差。作者更新了标准模型对 B_s→μ⁺μ⁻的分支比预言为( 3.57 ± 0.17 ) × 10⁻⁹。

Enhanced Electromagnetic Corrections to the Rare Decay B_s,d→μ⁺μ⁻

M. Beneke, C. Bobeth, and R. Szafron

Phys. Rev. Lett. 120, 011801 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.011801

核物理

责编：彭婧

远离局域平衡的相对论流体动力学

传统上认为流体动力学只适用于近局域平衡的体系。在这种情况下，流体动力学的有效理论可以被构建成一个梯度的级数序列。最近的应用显示虽然这一级数会发散，但是可以进行Borel重求和，从而给出流体动力学的吸引子解，这个解即便是在大梯度的情况下也可以被很好的定义。任意的初始数据通过非流体动力学模式衰减可以很快地靠近这个吸引子。在本文中，作者引入了共形系统在远离局域平衡时的流体动力学框架，并且对处于Bjorken流下的体系，确定了重求和Baier-Romatschke-Son-Starinets-Stephanov理论、弛豫时间近似的动理学和强耦合N=4超Yang-Mills理论的吸引子解。（王亚坤）

Relativistic Fluid Dynamics Far From Local Equilibrium

Paul Romatschke

Phys.Rev. Lett. 120, 012301(2018)

https://journals.aps.org/prl/pdf/10.1103/PhysRevLett.120.012301

超高能相对论重离子碰撞中的集体纵向极化

在相对论流体动力学框架下，作者研究了超高能相对论重离子碰撞中沿着束流方向的粒子极化。他们的研究表明，极化的纵向成分随着质心能量的衰减要比横向成分慢很多，即便是在有着无涨落初始态的理想纵向boost不变的情况下也是如此，并且可以利用它在横向动量平面内的四极结构测量纵向极化成分。在理想的纵向boost不变的情况中，该极化正比于强子化的温度梯度，并且它的测量可以为临界温度附近夸克胶子等离子体的冷却速率提供重要的信息。（王亚坤）

Collective Longitudinal Polarization in Relativistic Heavy-Ion Collisions at Very High Energy

F. Becattini and Iu. Karpenko

Phys. Rev. Lett. 120,012302(2018)

https://journals.aps.org/prl/pdf/10.1103/PhysRevLett.120.012302

原子、分子与光学

导读：宋新秀；责编：张文凯

多组态波函数绝热连接的电子关联

本文推导出了电子关联能的绝热连接（AC）公式，可用于广泛类别的多组态波函数。AC表达式恢复了动态关联能量，并保证了关联能的平衡处理。将AC形式与扩展的随机相位近似结合起来，就可只从参考的单电子和双电子约化密度矩阵中得到关联能。如果采用广义的价键完美配对模型，就可以得到近似AC公式的简单封闭表达式。这就导致了整体计算复杂度只增加到 M⁵，从而使得该方法成为最有效的多组态方法之一，可以用来计算动态电子关联和强关联系统。

Electron Correlation from the Adiabatic Connection for Multireference Wave Functions

Katarzyna Pernal

Phys. Rev. Lett. 120, 013001 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.013001

强场电离中低于隧穿势垒的再碰撞

本文确定了一个强激光场诱导的原子电离的新途径，它是基于低于隧穿势垒的再碰撞。通过修正的强场近似，直接再碰撞和低于势垒的再碰撞的量子轨道的干涉引起了光电子动量分布峰值的可测量的移动。根据维格纳概念，作者将动量移动与隧穿延迟时间相关联从而推导出了动量移动的范围。这就使得维格纳的准静态隧穿时间延迟的概念被扩展到了非绝热领域。这里得到的对光电子动量分布的校正与最新的强场光电子实验光谱的精度关系密切。

Under-the-Tunneling-Barrier Recollisions in Strong-Field Ionization

Michael Klaiber, et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 013201 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.013201

对类轴粒子介导的破环PT对称性的原子和分子电偶极矩所引起的电子与核子相互作用的限制的改善

当出现破坏宇称和时间反演对称性的相互作用时，原子和分子中的电子和核子之间的类轴粒子的交换会诱导原子和分子产生电偶极矩。在该研究中，作者使用相对论的Hartree-Fock-Dirac方法，包括电子的核极化校正，来计算了这种轴子交换诱导的原子电偶极矩。作者通过分析估计解释了这些诱导的原子电偶极矩对轴¹³³Cs, ²⁰⁵Tl, ¹²⁹Xe, ¹⁹⁹Hg, ¹⁷¹Yb¹⁹F, ¹⁸⁰Hf¹⁹F⁺, ²³²Th¹⁶O，该文还限制了破环宇称-时间对称性由任意质量的一般类轴粒子介导的标量-赝标的核子-电子和电子-电子相互作用。这些限制大大改善了现有的实验围度，ma≥10⁻²eV。最后，作者也在某些弛豫模型中对破坏电荷-宇称平衡设限。

Improved Limits on Axionlike-Particle-Mediated P, T-Violating Interactions between Electrons and Nucleons from Electric Dipole Moments of Atoms and Molecules

Y. V. Stadnik, et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 013202 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.013202

用作精确磁场传感器的单原子晶体管

Feshbach共振，可用来调整超冷原子与外部磁场的相互作用，已被广泛用于控制量子气体的性质。本文提出了使用散射共振作为外场探针的方法，并且证明，只要仔细调整参数就可能对于一对原子达到10^-5G（或nT）级别的精度。另外作者还报导，借由他们的碰撞设置，可以用简单的测量方案使量子精确度达到极限。

Single-Atom Transistor as a Precise Magnetic Field Sensor

Krzysztof Jachymski, et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 013401 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.013401

光学腔反向驱动的原子气自旋和运动的负质量不稳定性

Kohler等人阐明了被俘获的超低温原子气体的集体自旋进动和质心运动之间存在一种自旋-轨道相互作用，它由自旋和位置相关色散耦合介导从而驱动光学腔。在施加的磁场中接近其最高能态的集体自旋可以近似看作负质量谐振子。当拉莫尔进动和机械运动接近共振时，腔介导的耦合会导致负质量不稳定，这就驱动混合系统的相关模式成指数增长。作者还观察到这种印迹在腔场调制上的增长，并通过观察随后自由演化过程中的瞬态衰减来估计所得到的双模态的完全协方差。

Negative-Mass Instability of the Spin and Motion of an Atomic Gas Driven by Optical Cavity Backaction

Jonathan Kohler, et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 013601 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.013601

非线性动力学和流体力学

责编：兰岳恒

光在特殊点停止

大约二十年之前，在超冷原子钠云中，光速被减到小于真空速度的 10^-7倍。其原理是当耦合激光器突然关闭时，一个慢的光脉冲可以被印在超冷原子团上，可以被读出并再次转换成光子。在这个过程中，光的停止是通过吸收并将其形状存储在原子系综中来实现的。另一种停止光的方法，是通过光子晶体波导中能带边缘上群速度的消失来实现。这里，Goldzak等人将光停止现象扩展到时间宇称（PT）对称系统。他们证实PT对称的光波导中群速度可以降到零，如果这个系统制备在一个特殊点（Exceptional Points，EP）处。在这项工作中，他们揭示了光停止与特殊点（EP）之间的关系，特殊点（EP）表征了一个系统有两个传播模式的频率和特征向量重合。这个特殊点仅可能出现在非厄密系统中，近期在不同物理领域引发一些令人振奋的现象。作者发现的这一效应可以在很宽的频率与带宽范围内调整使用，因为其在一系列带有增益和耗损的耦合脉冲上都实现了。这个结果在概念上开辟了设计新的慢光器件的可能性，因为它利用了EP的通用属性，为实现这种技术和增强操作能力提供了更大的自由度。（闫子硕）

Light Stops at Exceptional Points

T. Goldzak, et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 013901 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.013901

等离子体与束物理

责编：陈少永

高功率高强度短脉冲X射线自由电子激光的产生

X射线自由电子激光兼具高功率、短脉宽、窄带宽以及高横向相干性的特点。提升激光脉冲功率的同时减小脉宽，将推动X射线自由电子激光的前沿应用发展，包括单分子成像技术与非线性X射线新方法。Guetg等人在操控6kA的峰值电流与纵向成形的电子束时，通过降低电子束横向与纵向的质心偏移、减小束偏转以及校正色散的方法，在实验上将直线相干加速器光源的最大功率提升到了以往的300%以上，同时也将光脉宽减小到了10fs。（杨生鹏）

Generation of High-Power High-Intensity Short X-Ray Free-Electron-Laser Pulses

M. Guetg, et al

Phys. Rev. Lett. 120, 014801 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.014801

凝聚态物理：结构

责编：邓友金

迅速蒸发的微水滴的收缩揭示了其过冷的性质

过冷水是一种温度低于熔点但却仍然没有结冰的水。真空中微米尺度的水滴的快速蒸发冷却为过冷水的研究提供了一个极具吸引力的可能性，可以帮助我们实现远低于现有技术水平所能达到的温度。然而，在如此极端的实验条件下，获得可靠的水滴的温度值是一件具有挑战性的事情。在这篇文章里，Goy等人通过在一连串均匀的水滴序列中观察拉曼散射中形态依赖的共振，以优于0.2%的绝对精度测量了由于蒸发质量损失所引起的液滴尺寸的变化。这一发现对于明确地确定液滴温度是非常关键的。具体而言, 作者发现在温度低至230.6±0.6开尔文时, 一部分初始直径为 6379±12纳米的液滴仍然保持着液态。这些结果对于近期公布的较大过冷液滴的温度估计值提出了质疑，同时也为难以研究的深度过冷区间的液态水中的氢键网络提供了有价值的信息。（檀晓骏/王保宗）

Shrinking of Rapidly Evaporating Water Microdrop lets Reveals their Extreme Supercooling

C. Goy, et al.

Phys. Rev. Lett. 120.015501 (2018)

https://journals.aps.org/prl/pdf/10.1103/PhysRevLett.120.015501

凝聚态物理：电子性质

责编：袁喆，沈卡

利用修正过的快速数据排序来区分单分子破坏结轨迹

在许多研究领域中都涉及到对大数据进行分析处理，而数据集的过于庞大往往会给分析处理带来限制和阻碍。如何在数量庞大的数据组中快速而又不失准确地筛选出可用数据就变的十分重要。在本文中，Hammil等人通过测量单分子断裂结（single molecular break junction）的电导，提出了一种新的统计分析方法，即根据数据投影到关联矩阵的第一或第二分量的不同而将数据进行分类。和目前的关联矩阵分析方法相比，该方法不需要对数据中的预期特性进行任何特定的假设，自动将数据进行分类，耗时更少，并且能够被广泛应用于多元数据集。（刘钱）

Fast Data Sorting with Modified Principal Component Analysis to Distinguish Unique Single Molecular Break Junction Trajectories

J. M. Hamill, X. T. Zhao et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 016601（2018）

https://journals.aps.org/prl/pdf/10.1103/PhysRevLett.120.016601

3D欧式晶体中的精确玻色-费米二元性

统计演变（statistical transmutation）对分数量子霍尔效应的描述起着至关重要的作用。然而，近期发现的经典玻色子和无质量的二分量费米子之间可能存在的二元性将这个概念推广到无带隙系统。这种二元性可以用来解释许多物理现象的形成原因，比如半满的朗道能级，超导-绝缘体转变，以及强耦合拓扑绝缘体中的表面态。虽然这种玻色-费米二元性反复被提出，但是它仍然未经证实。本文中，作者利用精确的UV映射方法，对3D欧式晶体中的配分函数进行描述，表明3D欧式晶体中存在着精确的玻色-费米二元性。（刘钱）

Exact Boson-Fermion Duality on a 3D Euclidean Lattice

J. Chen, J. Son et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 016602 (2018).

https://journals.aps.org/prl/pdf/10.1103/PhysRevLett.120.016602

狄拉克半金属中的镜面反常

Burkov证明狄拉克半金属除了手性反常外，还拥有另一个量子反常现象。这种被Burkov称作镜面反常表现在狄拉克半金属对外磁场的奇异响应：当磁场旋转时反常霍尔电导率展现出阶梯函数型的奇异性。这个现象与（2+1）维狄拉克费米子的宇称反常非常相似，只是宇称对称性被动量空间任意时间反演不变的狄拉克点附近的镜面对称性取代了。（李松）

Mirror Anomaly in Dirac Semimetals

A. Burkov

Phys. Rev. Lett. 120, 016603 (2018).

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.016603

受限三维狄拉克半金属Cd3As2薄膜中的量子霍尔效应的观测

Schumann等人研究了Cd3As2这种代表性三维狄拉克半金属外延生长薄膜中的磁致输运性质，发现足够薄的薄膜中块体电子态会打开一个能隙，并且低温下的电子输运由表面态的载流子主导。这些表面态的载流子具有足够大的迁移率来实现量子霍尔效应。实验中观察到尖锐的量子化信号证明输运确实发生在表面，块体部分贡献很小。Schumann等人的工作为研究这类拓扑材料中的新奇量子输运性质铺平了道路，也证明了异质结构可以用来研究和操控拓扑半金属中的量子态。（李松）

Observationof the Quantum Hall Effect in Confined Films of the Three-Dimensional Dirac Semimetal Cd3As2

Timo Schumann et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 016801 (2018).

https://journals.aps.org/prl/pdf/10.1103/PhysRevLett.120.016801

分数量子霍尔相下的复合费米子回旋加速轨道

在干净的二维电子系统里，如果施加的垂直磁场足够大，系统可以展示出不同填充因子的量子基态。近期，在不对称的双层电子体系中发现同时存在复合费米子和Wigner晶体相。在本文中，Jo 等人研究了低温以及高垂直磁场下双层GaAs空穴体系的多体效应。作者发现，与电子系统相比，空穴体系具有更大的有效质量和更强的朗道能级混合效应，所以在高密度（顶）层可以形成复合费米子的费米海，然而低密度（底）层则形成填充很小的Wigner晶体相。通过测量测量高密度层的磁电阻随着底层密度的变化关系，作者还发现，由于层间相互作用，当底层密度增加时，在顶层分开邻近分数量子霍尔态的电阻峰值发生非单调变化。当复合费米子回旋加速轨道使Wigner晶体的格点被覆盖时，电阻峰值达到最大。（刘钱）

Cyclotron Orbits of Composite Fermions in the Fractional Quantum Hall Regime

I. Jo, H. Deng et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 016802 (2018).

https://journals.aps.org/prl/pdf/10.1103/PhysRevLett.120.016802

无电荷费米液体的噪声

Moca等人构建了一套费米液体理论来描述超导体-量子点-非磁金属结中单态-双态相变点附近的输运行为。尽管该无电荷费米液体中的准粒子没有确定的电荷，对于粒子-空穴对称性而言，向安德森模型的映射揭示了隐藏的U(1)对称性和相应的赝电荷。和其他关联费米液体不同的是，Moca等人研究的系统的背散射噪声显示存在一个与Cooper 对相同的有效电荷，e*=2e。（李松）

Noise of a Chargeless Fermi Liquid

C. Moca et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 016803 (2018).

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.016803

由长程相互作用增强的手性拓扑超导体

Viyuela等人研究了具有长程跃迁和长程配对的二维P波超导体的相图和边缘态，得到不同于通常短程模型结果的新型拓扑相和准粒子态。当跃迁和配对项随距离以相同的速度指数衰减时，其中一个具有传播型Majorana边缘态的拓扑手性相通过长程耦合显著增强；另一方面，当长程配对幅度随距离的衰减比跃迁项的衰减慢时，出现新的拓扑相：传播型Majorana态变得非局域且在热力学极限下打开能隙。值得注意的是，这些非局域的边缘态依然很鲁棒，和块体的贡献区明显分离，并且同时在两个边缘上都有分布。（李松）

Chiral Topological Superconductors Enhanced by Long-Range Interaction

Oscar Viyuela et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 017001 (2018).

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.017001

强自旋轨道耦合Sr2IrO4体系中电场调控的结构和物理特性

一直以来，通过外加电场对体系的结构和物理特性进行调控都是比较困难的。在本文中，Cao等人证明在具有强自旋轨道耦合作用的反铁磁莫特绝缘体里面能够实现电场对结构和物理特性的有效调控。Sr2IrO4是典型的具有强自旋轨道耦合的反铁磁绝缘体，作者以该材料为例，测量不同电流方向下的X射线谱以及磁化曲线，发现适当的外加电流可以诱导Sr2IrO4中相当可观的晶格膨胀并降低体系的带隙、Néel温度以及原子磁矩。进一步测量晶格膨胀与温度的关系，表明晶格膨胀是由于磁序和晶体的相互锁定导致的。同时，该膨胀效应同时也能诱导出新颖的输运性质——负微分电阻，为新功能材料和设备的产生提供了可能。（刘钱）

Electrical Control of Structural and Physical Properties via Strong Spin-Orbit Interactions in Sr2IrO4

G. Cao, J. Terzic et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 017201 (2018).

https://journals.aps.org/prl/pdf/10.1103/PhysRevLett.120.017201

受限激子-极化子凝聚中的相干时间演化

Klass等人研究了实空间的约束对于强耦合状态下半导体微腔发射过程中二阶相干性的影响，发现实验中由刻蚀微柱造成的限域效应对于器件中准凝聚态的时域相干性有促进作用。利用基于量子跳跃的微观量子理论拟合实验数据，作者仔细研究了泵浦能量和限域效应的影响，发现受限结构中声子参与的转变过程增强了。当泵浦能量强于凝聚阈值时，从发射光由热统计到相干统计的转变看出，随空间约束增强时域相干效应会显著改善。（李松）

Evolution of Temporal Coherence in Confined Exciton-Polariton Condensates

M. Klaas et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 017401 (2018).

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.017401

有机半导体微腔中的带电极化激元

Cheng等人观测到了室温下掺杂的有机半导体微腔中光和光学极化子之间的强耦合效应。同时沉积MoO3和空穴型输运材料4,4'-环己基二[N,N-二(4-甲基苯基)苯胺]会引入很大的空穴密度，造成中心能量为1.8eV的窄线宽光学跃迁，这个跃迁过程对应的吸收系数超过10⁴cm^-1。跃迁过程和Fabary-Perot腔中的声子模式耦合在一起形成两支能够被角度依赖反射率测量清晰分辨的极化激元支。Cheng等人的实验结果提供了一条电学手段操控有机半导体中极化激元，并通过增强极化激元之间的库仑相互作用，降低极化激元凝聚、激光发射等非线性现象阈值的可能途径。（李松）

Charged Polaron Polaritons in an Organic Semiconductor Microcavity

Chiao-Yu Cheng, et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 017402 (2018).

https://journals.aps.org/prl/pdf/10.1103/PhysRevLett.120.017402

过渡金属单硅化物中的双外尔声子

电子和光子的拓扑态得到了人们极大的关注。而拓扑力学态的研究仅仅局限在在人造晶格中低能经典千赫兹频率声波。一些重要的物理过程，比如电声耦合强度、热导大小等却是由太赫兹频率下的声子决定的。在本文中，Zhang等人利用第一性原理计算方法研究了空间群号为198的无中心反演的材料 MSi(M=Fe,Co,Mn,Re,Ru)晶体，发现在太赫兹频率的声子谱上有双外尔点。该类外尔点有着新颖的拓扑性质：在布里渊区中心有自旋为1的外尔点，而在角落有电荷为2的狄拉克点，无带隙的表面声子色散关系是螺旋状的，等频线在布里渊区表面形成单一非收缩的环。这些受拓扑保护的块体和表面态声子可以被中子散射以及电子能量损失谱测量，为原子尺度下受拓扑保护的声子形成提供了新可能。（刘钱）

Double-Weyl Phonons in Transition-Metal Monosilicides

T. Zhang, Z. Song, et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 016401（2018）

https://journals.aps.org/prl/pdf/10.1103/PhysRevLett.120.016401

强关联拓扑绝缘体SmB6中的4f晶体场基态

近期，基于角分辨光电子能谱、扫描隧道能谱以及表面电导的相关实验提出处于中间价态的近藤绝缘体SmB6可能是拓扑绝缘体。而表面拓扑态的信息可以从整体的对称性推断出来，所以，对SmB6中晶体-电场（crystal-electric filed）下基态对称性的研究就变的十分必要。Sundermann等人利用非共振的非弹性X射线散射研究了强关联绝缘体SmB6中晶体电场下Sm的4f基态对称性，发现在SmB6中确实存在受拓扑保护的表面态，并且指出该拓扑态是由于Sm中J=5/2构型下的Г8四重态决定而非Г7下的双重态。（刘钱）

4f Crystal Field Ground State of the Strongly Correlated Topological Insulator SmB6

M. Sundermann, H. Yavas et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 016402 (2018).

https://journals.aps.org/prl/pdf/10.1103/PhysRevLett.120.016402

希尔伯特空间截断下的拓扑指数不变性

拓扑材料中的拓扑指数是体系波函数的重要特性，然而，除了自由费米子以及少数可精确求解的模型，通过对角化哈密顿量来得到精确波函数是十分困难的。另一种方式是将较大的希尔伯特空间中的父系状态（parent states）投影到较小的、截断的（truncated）希尔伯特空间中，构建候选波函数（candidate wave function）。这种情况下，父系空间是物理的，而投影的态则提供了适用于数值求解的，更为经济的描述方式。在拓扑材料中，截断过程本身怎样影响体系的拓扑性仍然不是十分清楚。在本文中，Huang等人研究了希尔伯特空间中截断波函数与拓扑性的关系。作者表明，只要拓扑指数是在父系态扭曲边界相空间中被计算，归一化的截断波函数就可以保留其父系态的拓扑性。如果截断影响了终态的边界条件，不变指数可能会获得不同的物理解释；如果拓扑指数是受对称性保护的，截断应该保留该对称性。进一步分析表明，波函数的截断和块体材料中的量子纠缠效应密切相关。该发现为研究波函数的拓扑结构提供了新的视角。（刘钱）

Invariance of Topological Indices Under Hilbert Space Truncation

Z. Huang, W. Zhu et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 016403 (2018).

https://journals.aps.org/prl/pdf/10.1103/PhysRevLett.120.016403

通过量子点自旋阀的自旋翻转

Gergs等人发展了一套研究量子点自旋阀中自旋输运和磁性动力学的理论。作者证明由于强关联效应的影响，加在量子点上的门电压能够控制电流导致的磁体转矩，实现电压操控磁性翻转，系统的磁性状态变化则可以在电阻上表现出来。作者指出他们的模型可能在磁扫描隧道显微镜针尖以及人工量子点等系统实现。（李松）

Spin Switching via Quantum Dot Spin Valves

N. Gergs et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 017701 (2018).

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.017701

软物质与生物物理

责编：叶方富，杨明成

软固体三维流中基本重排的率相关和时空关联

Vasisht等人利用共聚焦显微镜、流变学和分子模拟分析了在剪切框架中的三维液滴重排，研究了剪切下的阻塞乳胶（jammed emulsions）。对局域动力学的定量分析揭示了引起小应变流动的基本非仿射重排。他们发现去阻塞的机制和材料流动曲线的翻转都与重排时空关联随所施加剪切率的一个定性变化联系在一起。高剪切率时，液体团簇呈现协同线状运动；低剪切率时，基本非仿射重排呈现更广范围的关联和复杂的时空模式。三维的微观细节提供了对材料流动曲线具体特性的新理解，这些特性为一大类技术上重要的软无序固体和本构模型的新基本成分所共有。（杜光乐）

Rate Dependence of Elementary Rearrangements and Spatiotemporal Correlations in the 3D Flow of Soft Solids

V. Vasisht, etal.

Phys. Rev. Lett. 120, 018001 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.018001

胶体多晶的局域溶化对晶界的吸引作用

Cash等人发现在二维胶体晶体中，激光诱导的局域溶化能够吸引并扭曲晶界。当和晶体颗粒边界接触的溶化区域重结晶时，晶界发生扭曲，这种吸引是由扭曲颗粒边界构型的多样性所驱动的。此外，这种吸引作用提供了一种制作任意形状的人工胶体晶体颗粒的方法，使得对晶界动力学新的实验研究成为可能, 这引出了一个新方法来制备具有指定微结构的材料。（杜光乐）

Local Melting Attracts Grain Boundaries in Colloidal Polycrystals

Caitlin E. Cash, et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 018002 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.018002

不能移动的活性物质：死亡和繁殖诱导的活性

与平衡态的原子固体不同，生物薄膜（细菌细胞组成的软固体）在组分水平上没有较大的热涨落，但是活细胞的随机繁殖和死亡可以产生力学响应。Kalziqi等人对生物薄膜表面高度的涨落进行了测量，研究了细胞死亡和繁殖的力学结果，这些生物薄膜中存在两种霍乱弧菌拮抗菌株，这些菌株彼此通过VI型分泌系统来杀死与之接触的其他菌株。先前对活性物质的研究主要集中在由组分运动引发的活性，这里的活性是由不能移动的细胞的繁殖和死亡产生的。生物薄膜的轮廓由白光干涉仪在近稳态极限下测量。尽管生物薄膜远离平衡态，测量到的表面高度涨落谱与Risler等人[Phys. Rev. Lett. 115, 258104 (2015)]预测的具有活性诱导有效温度的热渗透膜谱相似。Kalziqi等人对霍乱弧菌杀伤菌株的活性和基因修饰后非杀伤菌株的活性进行了比较，并用基于个体的模拟进行验证，发现得到的有效温度随死亡和繁殖数量的增加而增加，并且死亡和繁殖能够使生物薄膜流体化。这些测量结果揭示了死亡和繁殖所诱导的活性的独特物理效应。（杜光乐）

Immotile Active Matter: Activity from Death and Reproduction

A. Kalziqi, D. Yanni, et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 018101 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.018101