PRL导读-2018年121卷19期

2018 年 11 月 19 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，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。

普通物理

责编：郭文安

具有真正time-bin纠缠的后选择

无漏洞的贝尔违反

纠缠是物理学基础测试和实现量子信息协议(例如与设备无关的安全通信) 的宝贵资源。由于实现中的鲁棒性和简单性，time-bin纠缠被广泛用于在自由空间和光纤传播中以达到这些目的。然而，所有现存的time-bin纠缠的实现都有内在的选择后漏洞，这破坏了它们的有效性。这里，Vedovato等人报告了一个违反贝尔不等式的“真正的”time-bin纠缠实验，并且没有后选择漏洞。他们在两个测量站引入了干涉仪的新功能，其作为快速同步光学开关运行。这个方案使他们能够获得超过9个标准偏差的无后选择漏洞的贝尔违反。由于他们的方案完全可以使用标准的基于光纤的组件实现，并且与现代集成光子学兼容，因此他们的结果为在长距离上分布真正的time-bin纠缠铺平了道路。（崔石峰）

Postselection-Loophole-Free Bell Violation with Genuine Time-Bin Entanglement

Francesco Vedovato, et al

Phys. Rev. Lett. 121, 190401 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.121.190401

量子纠错退相干噪声

典型的量子纠错研究往往假设概率性的泡利噪声，主要是因为它相对容易分析和模拟。由实际的相干误差所导致的有效逻辑噪声则相对不为人所知。在这里Beale等人证明, 用稳定器代码编码一个系统并测量误差综合，可以退相干误差，也就是说，即使不做恢复操作，也会引起相干误差向概率性的泡利噪声收敛。两个有用的后果是：逻辑电路中的错误率通过逻辑电平的平均门保真度得以很好地量化，以及可以通过独立地优化每个综合的有效噪声的逻辑保真度来确定实质上最优的恢复操作。（刘玉海）

Quantum Error Correction Decoheres Noise

Stefanie J. Beale et al.

Phys. Rev. Lett. 121, 190501 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.121.190501

超过421 km光纤安全量子密钥分发

Boaron等人提出了一个2.5 GHz重复率的量子密钥分发系统，该系统利用了三态time-bin协议结合单诱饵方法。利用针对量子密钥分配和超低损耗光纤进行优化的超导单光子探测器，他们可以在最大距离421 km分发密钥，并在405 km内获得6.5 bps的密钥率。(崔石峰)

Secure Quantum Key Distribution over 421 km of Optical Fiber

Alberto Boaron, et al

Phys. Rev. Lett. 121, 190502 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.121.190502

量子态的解纠缠成本

作者表明，催化消除二分量子态的纠缠所需的最小噪声率由正规化相对纠缠熵给出。这提供了文献Groisman et al., Phys. Rev. A 72, 032317 (2005) 里提出的一个核心开放问题的解决方案，并补充了他们的主要结果，即擦除所有关联所需的最小噪声率由量子互信息给出。作者将讨论扩展到三分量子态。在这里作者表明，由正规化的相对恢复熵给出的噪声渐近速率足以将态转换为局域可恢复态。（朱文静）

Disentanglement Cost of Quantum States

M. Berta and C. Majenz

Phys. Rev. Lett. 121, 190503 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.121.190503

用催化剂量化一般资源理论中的资源

在物理学的所有领域中经常被提到的一个问题是如何利用物理系统的某个属性来实现有用的任务，以及如何以有意义的方式量化这种属性。作者通过以下证明回答这个问题。在一个允许使用自由态作为催化剂的一般资源理论框架中，渐近情景下给定态中包含的“资源”的数量等于该态资源的正规化相对熵。虽然作者需要对资源理论框架做一些假设，但它仍然足够普适，其特殊情况包括关于纠缠、相干、不对称、绝热性、不均匀性和纯度的量子资源理论。作为副产品，作者的结果还表明，局部注入的噪声量（用以消除纠缠态中包含的所有纠缠）等于正规化相对纠缠熵。（朱文静）

Quantifying Resources in General Resource Theory with Catalysts

A. Anshu, M. Hsieh, and R. Jain

Phys. Rev. Lett. 121, 190504 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.121.190504

量子退火和热化：源于可积性的见解

Fuxiang Li等人求解了一个具有量子退火计算所需基本特征的模型：基态纠缠，退火速度可控，基态能量在整个演化过程中被能隙分开，以及由自旋哈密顿量的伊辛部分的参数编码的可编程的计算问题。他们的解法可以严格非微扰地刻画最终的非绝热激发，包括用退火率和系统尺寸来标度它们的数量。他们还证明量子关联可以加速计算，并且在退火协议的最后，导致所有微观状态呈现完美的吉布斯分布。（刘玉海）

Quantum Annealing and Thermalization: Insights from Integrability

Fuxiang Li et al.

Phys. Rev. Lett. 121, 190601 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.121.190.601

引力与天体物理

导读：郭敏勇；责编：高思杰

极低吸收率的非晶硅：

克服引力天文学中的热噪声

非晶硅在基础研究和许多工业应用上具有理想的性能。然而，因其光吸收率高通常不能被接受，特别是对于引力波探测。作者报告了一种新型离子束沉积方法，用于制造非晶硅，具有前所未有的低未配对电子自旋密度和光学吸收，首次超越了吸收的自旋限制。在低未配对电子密度下，吸收不再与电子自旋相关，而是与电子迁移间隙有关。与标准离子束沉积相比，1550nm处的吸收率降低了约100倍。这一突破表明，非晶硅可以作为近红外应用中的极端性能光学涂层，为未来引力波探测器概念提供了重要支持。

Amorphous Silicon with Extremely Low Absorption: Beating Thermal Noise in Gravitational Astronomy

R. Birney, et al.

Phys. Rev. Lett. 121, 191101 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.121.191101

从引力波观测中跟踪黑洞反冲

聚合的双黑洞会发射各向异性的引力辐射。这会导致线性动量的净发射，从而带来源的慢慢加速。结果，最终的残余黑洞获得了被称为反冲速度或引力反冲的特征速度。引力波发射的对称性会反映在双黑洞发射的引力波模式的相互作用中。文章中，作者利用在引力波发射的高阶模式中储存的丰富信息来推断沿着视线方向的反冲分量（径向反冲）。他们使用对齐-转到（非进动转动）双黑洞的数值相对论模板，对非旋转黑洞的数值相对论波形的模拟信号进行参数推断，来完成这一分析。他们使用单个高级LIGO探测器以及在其早期工作灵敏度内，发现对适合的引力源，即那些质量比q ≥ 2，总质量约为100个太阳质量，对适度的120km/s的径向反冲，他们在后验概率分布的90％可信区间可以排除信噪比为15的零反冲。非零径向反冲分量的测量可以为离开源的引力波提供线性动量净输运的第一个观测特征。

Tracking Black Hole Kicks from Gravitational-Wave Observations

Juan Calderón Bustillo, et al.

Phys. Rev. Lett. 121, 191102 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.121.191102

基本粒子与场论

责编：晁伟、刘晓辉

2+1维杨-米尔斯理论的卡西米尔效应

作者首次通过第一性原理的数值模拟研究了非阿贝尔理论的卡西米尔效应。在二维、零温情况下，作者发现距离很近的完美色电导体会相互吸引并有个小的反常标度量纲。当导体相聚较远的时候，该吸引立会被一个新的质量量，卡西米尔质量，指数压低。令人惊讶的是，该质量和最小的胶子质量完全不同。这个新的质量标度的涌现可能是真空对，由足够近的色电导体诱导的光滑变化到色禁闭相而产生的板的反作用的结果。

Casimir Effect in Yang-Mills Theory in D=2+1

M. N. Chernodub et al.

Phys. Rev. Lett. 121, 191601 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.121.191601

2+1维符号优化流形的有限密度费米子

作者展示了有限密度时2+1维Thirring模型的热力学的蒙特克罗计算。作者通过将路径积分的积分域形变到复空间，如此一来在参数化流形簇里最大化平均符号，来绕过了符号问题(sign problem)。作者展示了格点大小大到10³的结果，作者发现在高密度以及/或高温度时，手征凝聚会突然减少。

Fermions at Finite Density in 2 + 1 Dimensions with Sign-Optimized Manifolds

Andrei Alexandru, et al.

Phys. Rev. Lett. 121, 191602 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.121.191602

中等耦合强度的 N=4超对称杨-米尔斯

等离子体的热谱函数中的传输峰

作者研究了在中等’t Hooft耦合和有限色数目时，N=4超对称杨-米尔斯理论中，应力能量张量的热谱函数的结构。在规范-弦对偶中，该研究简化为研究带有与规范理论中的耦合（的倒数）所对应的高微商修正的经典的体内超引力。作者通过，非微扰地求解了与在0空间动量的应力-能量张量所对偶的度规涨落的运动方程，来将微扰领头阶修正的分析外推到了中等耦合强度的情形。作者观察到与两类驰子模有关的热关联函数的解析结构中产生了标度分离。作为这种分离的结果，与之有关的谱函数在小频率区间呈现出一个窄的结构。该结构控制了理论中输运的动力学并且可以用输运峰来描述。作者将他们的结果和微扰论一般的预期做了比较。

Transport Peak in the Thermal Spectral Function of N = 4 Supersymmetric Yang-Mills Plasma at Intermediate Coupling

Jorge Casalderrey-Solana, et al.

Phys. Rev. Lett. 121, 191603 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.121.191603

用ATLAS探测器在√s=13 TeV的质子质子

对撞的bb¯τ+τ−衰变道搜索共振

和非共振的希格斯玻色子对的产生

文章展示了在bb¯τ+τ−末态中搜索共振和非共振的希格斯玻色子对的结果。该搜索使用了由atlas探测器在2015年和2016年搜集的36.1fb^-1的√s=13 TeV的质子质子对撞数据。实验考虑了至少一个τ-轻子衰变到强子和一个中微子末态的τ-轻子对的衰变。在数据中没有观测到显著地超出预期本地的事例。因此，非共振的希格斯对的产生的散射截面乘以分支比在95%置信度被限制为小于30.9fb，12倍于标准模型的期望。数据同样被分析用来探索共振希格斯对的产生,以限制基于两个双重态和一个Randall-Sundrum体引力子模型的延展希格斯部分的模型。

Search for Resonant and Nonresonant Higgs Boson Pair Production in the bb¯τ+τ− Decay Channel in pp Collisions at √s=13 TeV with the ATLAS Detector

M. Aaboud, et al. (ATLAS Collaboration)

Phys. Rev. Lett. 121, 191801 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.121.191603

两个希格斯双重态模型中

电弱相变的非微扰分析

作者通过推导维度约化的高温有效理论并将有效理论的相图与已知结果匹配来对两个希格斯双重态模型（2HDM）的电弱相变进行了非微扰的分析。作者找到了参数空间中理论进行一级相变的区域。特别地，作者的发现与之前用微扰结果建议的2HDM中一级电弱相变基本特征（m_A0 > m_H0+m_Z）相一致。

Nonperturbative Analysis of the Electroweak Phase Transition in the Two Higgs Doublet Model

Jens O. Andersen, et al.

Phys. Rev. Lett. 121, 191802 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.121.191802

原子核物理

责编：耿立升

通过寿命测量得到⁹⁸Zr共存形状的证据

Singh等人在法国国家重粒子加速器设施(GANIL)上利用反冲距离多普勒频移法测量了⁹⁸Zr第一激发2⁺，4⁺和6⁺态的寿命。通过能量为6.2MeV/u的²³⁸U 束流轰击 ⁹Be靶产生的裂变反应，得到了⁹⁸Zr一系列的激发态，并利用EXOGAM探测阵列以及裂变碎片测量了反应产生的γ射线，这些裂片碎片是通过VAMOS++谱仪探测，利用质量和原子数鉴别的。实验结果表明，⁹⁸Zr的B(E2;2+ 1→0+ 1)=2.9(0.6)(0.2)(W.u.)，这证实了在N=60处突发的集体行为的存在（Sr和Zr的同位素在N=60处存在从球形到扁长形状的急速的形变）。他们还将实验结果与大尺度的蒙特卡罗壳模型和超越平均场理论的计算结果进行了比较。与最新的蒙特卡罗壳模型结果的比较表明，在⁹⁸Zr核中存在球形-扁长-三轴形变的形状共存现象。（肖杨）

Evidence for Coexisting Shapes through Lifetime Measurements in ⁹⁸Zr

Purnima Singh, et al.

Phys. Rev. Lett. 121, 192501 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.121.192501

⁷⁸Ni赝自旋对称性与形状共存的

微观起源：来源于寿命测量的线索

Delafosse等人利用VAMOS（一个用于粒子鉴别的仪器）和AGATA谱仪（一种γ谱仪）以及反冲距离多普勒频移法测量了N=52的同中子素⁸⁸Kr，⁸⁶Se和⁸⁴Ge激发态的寿命，实现了⁸⁴Ge的衰减的电四极跃迁概率B(E2;2+ 1→0+ 1)和B(E2;4+ 1→2+ 1)的首次测量。虽然⁸⁸Kr和⁸⁶Se的B(E2;2+ 1→0+ 1)表明，由惰性⁷⁸Ni内核，自然价空间为（3s,2d,1g_7/2,1h_11/2）提供的最大的四极集体行为已经饱和，但是⁸⁴Ge的B(E2;2+ 1→0+ 1)远大于⁸⁸Kr和⁸⁶Se的B(E2;2+ 1→0+ 1)，表明之前在N≲49中发现的形状共存现象延拓到了N≥50区域。他们将在Z=32处出现的集体行为（形状共存）解释为质子单粒子能级序列的赝SU（3）组织，该现象是赝自旋对称性的清晰表现。赝自旋对称性为理解从Ni到Sn的整个中质量区域中观察到的质子和中子单粒子结构提供了可靠的指导，表明同位旋矢量-矢量ρ介子场在壳结构演化中可能起重要作用。（肖杨）

Pseudospin Symmetry and Microscopic Origin of Shape Coexistence in the ⁷⁸Ni Region: A Hint from Lifetime Measurements

C. Delafosse et al.

Phys. Rev. Lett. 121, 192502 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.121.192502

原子、分子与光学

导读：宋新秀；责编：张文凯

利用旋转激发产生手性

分子手性通常可以理解为是对分子平衡结构中空间反演对称性的一种破缺。鲜为人知的是，非手性分子可以通过极端旋转激发转变成手性分子。在这里，文章从理论上证明了生成旋转诱导手性的清晰策略：光学离心旋转激发磷化氢分子（PH₃）成为手性集群态，对应于顺时针（R对映体）或逆时针（L对映体）绕轴旋转，几乎与单个P─H键重合。在离心脉冲期间，施加强直流电场有利于产生一种旋转对映体形式，产生具有永久定向的旋转角动量的动态手性分子。表征旋转诱导手性的这一重要步骤有望为研究手性提供全新观点。

Climbing the Rotational Ladder to Chirality

Alec Owens, et al.

Phys. Rev. Lett. 121, 193201 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.121.193201

单离子诱导里德堡阻塞的观察

[编辑推荐语]：在超冷原子云中生成离子，会延迟随后的里德堡原子的产生，直到离子离开。

文章研究了单个离子与高度激发的超冷里德堡原子的长程相互作用，并给出了数十微米距离范围内介导的离子诱导里德堡激发阻塞的观察报告。文中混合离子-原子系统直接由超冷原子系综通过单个里德堡激发的近阈值光电离产生，并采用了特别适用于产生极低能量离子的双光子实验方案。离子的运动由小电场精确控制，这就使得作者能够分析一系列主量子数的阻塞机制。最后，文章探讨了离子作为高灵敏度、单原子电场传感器的能力。所观察到的离子-里德伯-原子相互作用目前对于混合离子-原子系统中的纠缠生成或超冷化学研究都很有用处。

Observation of Rydberg Blockade Induced by a Single Ion

F. Engel, et al.

Phys. Rev. Lett. 121, 193401 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.121.193401

有机极化声子激光与由弱到强的耦合过渡

在用有机分子实验实现室温极化声子激射之后，作者提出了一个微观模型，可用于探索物质-光耦合强度从弱到强的过渡。作者还考虑了非平衡Dicke-Holstein模型，包括与振动模式的强耦合和物质与光的强耦合，并提供了该模型在热力学极限中的相图。最后，文章讨论了极化声子激光的机制，揭示了一个自我调优的过程，并确定了常规染料激光器和有机极化声子激光器之间的关系和区别。

Organic Polariton Lasing and the Weak to Strong Coupling Crossover

Artem Strashko, et al.

Phys. Rev. Lett. 121, 193601 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.121.193601

非线性动力学和流体力学

责编：兰岳恒

用于超灵敏位移和相位测量的

纳米天线干涉渐逝波激发

Lei Wei等人提出了一种基于干涉渐逝波照射纳米天线而得到的超灵敏位移和相位测量方法。展示了通过适当的纳米天线设计，微小的位移和相对相位变化可以转换为傅里叶空间中散射方向的变化。这些敏感变化源于渐逝波干涉图案中产生的纯虚数坡印亭矢量方向的强位置依赖性。使用强约束的渐逝驻波，验证了纳米天线零散射方向的高灵敏度，可以在较宽范围内随位移线性变化。利用弱约束的渐逝波干涉，可以在特定位置附近达到对微小位移或相位变化的更高灵敏度。所提出方法的高灵敏度可以形成许多计量应用的基础。此外，这个概念证明了坡印亭矢量虚部的重要性，这是一种与无功功率有关的特性，在光子学中经常被忽略。（张毓）

Interferometric Evanescent Wave Excitation of a Nanoantenna for Ultrasensitive Displacement and Phase Metrology

Lei Wei, et al.

Phys. Rev. Lett. 121, 193901 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.121.193901

纳米粒子埃级定位的横向Kerker散射

单根纳米天线的埃级定位是迈向先进纳米计量学、医学和生物物理学的关键一步。Bag等人表明，使用全光学方法可以以亚埃精度解析低至几埃的单个纳米天线位移。Bag等人使用了横向Kerker散射方案：精心构造光束来激发电介质纳米天线内的一组多极模式，在遇到干涉时定向散射到远场。Bag等人对其方案进行光谱调整，使其对每纳米天线位移的定向散射变化最敏感。最后，通过实验证明，低至3Å的天线位移是可分辨的，定位精度为0.6Å。（张毓）

Transverse Kerker Scattering for Angstrom Localization of Nanoparticles

Ankan Bag, et al.

Phys. Rev. Lett. 121, 193902 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.121.193902

连续体束缚态控制的

高Q共振非对称超曲面

Koshelev等人揭示了面内对称性破缺的（电介质或金属）功能原子看似不同晶格产生的功能表面可以支持尖锐高Q共振，其由连续体对称保护束缚态的扭曲引起。Koshelev等人发展了这种不对称周期结构的严格理论，并证明了连续体束缚态与Fano共振之间的联系。其研究结果提供了在纳米光子学和元光学中的许多应用中，对功能曲面共振进行智能操作的方法。（张毓）

Asymmetric Metasurfaces with High-Q Resonances Governed by Bound States in the Continuum

Kirill Koshelev, et al.

Phys. Rev. Lett. 121, 193903 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.121.193903

动态声子格子中非互易波传播的观测

线性时不变介质中的声波通常互易；然而，互易可以在时变系统中崩溃。 Yifan Wang等人报导了动态一维声子晶体中非互易性的实验证明，其中局部弹性性质依赖于时间。该系统由一排排斥磁铁组成，组件的原位弹性势场由一组电磁铁调制。时间上的调制打破了时间反转对称性并在色散关系中打开了方向性带隙。如实验和数值结果所示，类似这样的非互易机械系统提供了新方向，可以生产用于整流的声子二极管。（张毓）

Observation of Nonreciprocal Wave Propagation in a Dynamic Phononic Lattice

Yifan Wang, et al.

Phys. Rev. Lett. 121, 194301 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.121.194301

高体积分数颗粒负载管流

显示没有喷发的湍流相变

使用超声成像测速仪，能够提供粒子负载流相变的独特见解。结合穆迪时间平均性质图，Hogendoorn等人证明了高体积分数的层流 - 湍流转变行为不同于单相和低体积分数的情况。对于低体积分数，在存在湍流喷发的情况下发现急剧转变，类似于单相情况。看起来，这种情况下的粒子会引发亚临界转变。对于高体积分数，在转变区间中发现没有湍流喷发的平滑相变。对于这种情况，粒子的存在导致超临界转变。（张毓）

Particle-Laden Pipe Flows at High Volume Fractions Show Transition Without Puffs

Willian Hogendoorn, et al.

Phys. Rev. Lett. 121, 194501 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.121.194501

等离子体与束物理

责编：陈少永

无像差有源等离子体透镜中的发射度守恒

有源等离子体透镜技术是一种用于带电粒子束强聚焦的便捷技术，因其适用于新型加速器方案而倍受关注。在提供kT /m聚焦梯度的同时，有源等离子体透镜可能因等离子体温度分布的径向不均而产生像差，进而导致束的质量变差。Lindstrøm等人首次直接测量了这种像差，结果与理论一致，这表明在气体种类从较轻气体（氦气）变为较重气体（氩气）时，该像差可以被完全抑制。基于该结果，作者证明了氩填充有源等离子体透镜聚焦电子束的发射度守恒。（秦晨，牟茂淋）

Emittance Preservation in an Aberration-Free Active Plasma Lens

C. A. Lindstrøm, et al

Phys. Rev. Lett. 121, 194801 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.121.194801

凝聚态物理：结构

责编：殷志平

偶极波色气体的液滴晶体基态

Baillie和Blakie证明了圆柱对称谐波阱中偶极玻色气体的基态具有丰富的相图，其中包括由液滴排列成破坏旋转对称性的晶格的液滴晶态。他们建立了一个小液滴的解析模型，并用它得到了一个经过数值验证的零温相图。Baillie和Blakie认为在液滴晶体周围的一个确定区域存在连贯的低密度环，这会产生一个既有局域又有扩展特性的新相。（刘瑞）

Droplet Crystal Ground States of a Dipolar Bose Gas

D. Baillie and P. B. Blakie

Phys. Rev. Lett. 121, 195301 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.121.195301

裂纹前缘与自发声波的相互作用

[编辑推荐语]传播中的裂纹发出的声波能够影响裂纹的运动及其留下的痕迹。

在注入硅中传播裂纹与自发射声波的相互作用导致了裂纹表面的周期性图案。在裂纹前缘之前直接测量声波辐射证实了声波主频的出现和裂纹的速度有关。因为裂纹前缘存在的周期性偏差，表明了表面改性是由粗糙度调制构成。本文提出了一个解释图案形成的物理机制，并与观察到的图案波长一致。(曹锦)

Crack Front Interaction with Self-Emitted Acoustic Waves

D. Massy, et al

Phys. Rev. Lett. 121,195501 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.121.195501

熔化硅：超越密度泛函理论

本文作者用随机相位近似（RPA）计算了具有立方金刚石相的硅的熔点。RPA包括精确交换和电子的局部和非局部多体关联效应的近似处理。作者预测了不包含和包含核心极化效应的熔化温度分别为1735K和1640K。这两个值都在1687K的实验熔化温度的3%以内。相比之下，常用的采用广义梯度近似的密度泛函理论预测的熔点为200K太低，而杂化泛函则高估熔点150K。作者将预测的熔点与立方金刚石和硅的β-锡相的能量差相关联，确定这种能量差是发展近似泛函的一个重要基准。目前的结果表明，RPA可用于预测精确的有限温度特性，并强调了RPA对凝聚态物质良好的预测性能。(麻晓波)

Melting Si: Beyond Density Functional Theory

Florian Dorner, et al.

Phys. Rev. Lett. 121, 195701 (2018)

https://journals.aps.org/prl/pdf/10.1103/PhysRevLett.121.195701

高压条件下H-He和H-N混合物

在高压下的反应特性

通过一系列拉曼光谱的研究，作者调查了高压条件下不同浓度的H-He和H-N混合物的行为。他们发现，在压力小于250 GPa，温度为300 K时，H-He固态混合物没有发生化学缔合，而且二者的可混合性也没有增强。相反，他们在H-N混合物中观察到了与浓度相关的N₂-H₂范德瓦尔斯固体的形成，该固体在50 GPa以上可以形成具有N-H键的化合物。通过这项综合研究，作者可以证明最近报道的H₂-He混合物的化学缔合可以归因于N₂的污染，继而产生N₂-H₂化合物。（毛慧灿）

Reactivity of Hydrogen-Helium and Hydrogen-Nitrogen Mixtures at High Pressures

Robin Turnbull, et al.

Phys. Rev. Lett. 121, 195702 (2018).

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.121.195702

凝聚态物理：电子性质

责编：袁喆，马锋杰，沈卡

Floquet系统中的三维手性晶格费米子

Sun等人发现Nielsen-Ninomiya 禁止定理在Floquet晶格中仍然适用：在三维Floquet晶格中存在数量相等的左手性和右手性外尔点。尽管如此，在绝热极限下，低能子空间的时间演化与高能子空间解耦，低能子空间中的块体动力学可以被拥有额外左手或者右手外尔点的Floquet能带所描述。作者发现在两条能带绝热演化的假设下，右手外尔点和左手外尔点的数目之差正好等于绝热Floquet算符在整个布里渊区内环绕数的两倍。基于这些发现，作者提出可以通过对四维量子霍尔系统降维获得一个三维哈密顿量，从而在三维晶格中实现纯左手或纯右手外尔粒子。作者还指出表面绝热近似的失效有助于波包在外加磁场下形成不同寻常的闭合轨道，这意味着波包可以在图谱中的高能和低能部分来回运动。（李松）

Three-Dimensional Chiral Lattice Fermion in Floquet Systems

Xiao-Qi Sun et al.

Phys. Rev. Lett. 121, 196401（2018）

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.121.196401

单层VSe₂中电荷密度波的

独特能隙结构和对称性

单层过渡金属二硫化物（TMDCs）是石墨烯平台以外电子器件应用的理想选择;它们中的许多都表现出新颖的特性，包括电荷密度波（CDWs）和磁有序。由于TMDCs的准二维性质，这些单层中的电荷密度波通常是相应的体材料电荷密度波的平面投影;不同的CDW对称性是出乎意料的。Chen等人在此报导了成功生长出纯净单层VSe₂，与体VSe₂中层结构的4×4电荷密度波不同，形成了（√7×√3）的电荷密度波。单层的角分辨光电子能谱显示在区域边界处具有约为100meV的相当大的（√7×√3）电荷密度波能隙，220K的电荷密度波转变温度是体材料的两倍，并且没有理论预测的铁磁交换分裂。这种具有异常对称性破缺的稳固的电荷密度波成为基态可以通过第一性原理分析得到解释。这个结果反映了二维极限下的一种独特的电荷密度波现象。（方子明）

Unique Gap Structure and Symmetry of the Charge Density Wave in Single-Layer VSe2

P. Chen et al.

Phys. Rev. Lett. 121, 196402 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.121.196402

高阶拓扑绝缘体中的Majorana Kramers对

Majorana边界态由于具有拓扑量子性而受到广泛关注。然而，现有的实现该特殊态的方法大都依赖于外部磁场，不利于超导态和Majorana边界态本身的实现。本文中，作者指出可以利用无调谐方案来实现高阶拓扑绝缘体(higher-order topological insulators, HOTIs)中的Majorana Kramers对。作者证明，通过将HOTI的两个铰链引入到s波超导体附近，当局域的Andreev配对超过交叉的Andreev配对时，二者之间的竞争会导致Majorana Kramers对的形成。同时，作者指出这种拓扑超导电性是通过适当的电子-电子相互作用来稳定，避免了磁场或局部电压栅的应用，并且要求比非螺旋纳米线更弱的相互作用，具有一定的应用优势。（刘钱）

Majorana Kramers Pairs in Higher-Order Topological Insulators

C. H. Hsu et al.

Phys. Rev. Lett. 121, 196801 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.121.196801

能带对准和固体的内置势场

内置势场对于理解许多界面现象至关重要，因为它决定了界面处的能带对准。尽管其重要性，但它确切的符号和大小在半个多世纪以来一直被认为并没有明确的定义。在这里，Choe等人提出一种体材料的通用能量参考，这给出了内置势场和固有（即体材料）能带对准的明确定义。此外，他们发现当系统处于电平衡时，内置势场明确地由组成材料的体性质决定，而界面仅在没有平衡时起作用。他们的定量理论可以统一描述界面的各种重要属性，从电子器件中的功函数到肖特基势垒。（方子明）

Band Alignment and the Built-in Potential of Solids

D. Choe, D. West, and S. Zhang

Phys. Rev. Lett. 121, 196802 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.121.196802

调控单个磁性杂质与超导体的耦合：

量子相变和输运

[编辑推荐语]一种磁性杂质结，其交换耦合可以通过STM尖端操纵Fe-porphin的灵活性来机械调控。

超导体上磁性吸附的交换散射导致Yu-Shiba-Rusinov（YSR）束缚态。依赖于交换耦合的强度，磁矩仅微弱地扰动库伯对凝聚态，导致无自旋基态，或者在其附近结合准粒子，导致（部分）屏蔽的自旋态。在这里，Farinacci等人利用吸附在Pb(111)表面上的Fe-porphin（FeP）分子的灵活性，在这些不同的基态之间可逆地和连续地调控。他们发现FeP磁矩在纯净吸附状态下是被屏蔽的。在接近扫描隧道显微镜的尖端处，他们施加足够强的吸引力来调控分子以通过量子相变至无自旋态。他们通过研究作为尖端-分子距离函数的输运过程来确定和表征相变，通过单电子隧穿以及（多重）Andreev反射来激发YSR态。（方子明）

Tuning the Coupling of an Individual Magnetic Impurity to a Superconductor: Quantum Phase Transition and Transport

Laëtitia Farinacci et al.

Phys. Rev. Lett. 121, 196803 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.121.196803

FeSe系统中洪特增强的电子可压缩性

及其与Tc的关系

在铁基超导材料中，当通过掺杂或施加压力使得体系的长程磁序受到抑制时，有利于体系中超导相的实现，这表明和自旋涨落相关的相互作用可能对超导配对机制起重要作用。本文中，作者借助于slave-spin平均场理论和密度泛函理论，分别计算了斜方晶系FeSe和SrTiO₃衬底上单层FeSe中传导电子的压缩系数。结果表明，通过分析这些化合物的相互作用-掺杂相图，发现在这些材料中的电子压缩系数有一个增强区，这与之前洪特金属的模拟结果一致。有趣的是，在环境压力下不同类型的FeSe中具有增强压缩性的区域略有不同。在静水压下，块体FeSe中的增强压缩性区域与周围的区域相接触; 而在单层FeSe中，增强区域在掺杂电子的一侧。这些发现与实验中观察到的超导临界温度Tc增强呈正相关，支持了超导配对的可能性。（刘钱）

Hund-Enhanced Electronic Compressibility in FeSe and its Correlation with Tc

P. V. Arribi and L. Medici

Phys. Rev. Lett. 121, 197001 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.121.197001

磁阻标度反应了BaFe₂(As_1-xP_x)₂中

强关联动力学的对称性

人们已经在大量奇异金属中发现与温度成线性关系的电阻率，这个现象被看作是金属准粒子图像失效的证据。本篇工作报道了近期发现的奇异金属BaFe₂(As_1-xP_x)₂中磁阻的H/T标度关系与电流和磁场的相对取向无关，其大小和形式反而与磁场和垂直于磁性铁原子层的单晶轴之间的相对取向有关。这个发现表明磁性输运标度并不来源于准粒子跨越费米面时的常规平均速度或者轨道速度，而是源自二维关联效应的耗散。（李松）

Magnetoresistance Scaling Reveals Symmetries of the Strongly Correlated Dynamics in BaFe₂(As_1−xP_x)₂

Ian M. Hayes et al.

Phys. Rev. Lett. 121, 197002（2018）

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.121.197002

增益诱导铁磁体中反铁磁性的产生

一般而言，可以通过加热、加压以及施加外场的方式诱导铁磁-反铁磁一阶相变的发生。但是，该类方法只在较少数的材料中有用。本文中，作者提出了一种新的理论映射方法，表明具有增益(损耗)的铁磁体相当于具有等量损耗(增益)的反铁磁磁体。作为一个很有吸引力的应用，作者在具有增益的手性铁磁薄膜中演示了反铁磁斯格明子（Skyrmion）粒子的实现和操作。同时，作者在增益和损耗互相平衡的铁磁双层结构中，发现反铁磁斯格明子只有在宇称时间对称性被破坏的情况下才能被发现,进一步证明了可以通过调整增益-损耗参数实现一阶铁磁-反铁磁相变。（刘钱）

Antiferromagnetism Emerging in a Ferromagnet with Gain

H. Yang et al.

Phys. Rev. Lett. 121, 197201 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.121.197201

采用系统鞍点搜索方法揭示

磁性斯格明子的复制、坍塌和逃逸

斯格明子（Skyrmion）是一种特殊的非共线磁结构，除了表现出粒子的性质，还携带拓扑电荷，研究温度和外场影响下斯格明子的稳定性对于基于斯格明子的器件研发是十分必要的。虽然理论上可以识别斯格明子在有限温度下所经历的可能转变，但是其中的转变机制却还不是很清楚。本文中，作者利用系统鞍点搜索方法，通过理论计算研究磁斯格明子可能经历的各种转变行为。结果显示，斯格明子在通过边界时，会发生坍塌和逃逸的行为。而在经历分裂阶段时，则可以形成两个斯格明子态。这种复制过程中的活化能类似于坍塌和逃逸行为中的活化能。同时，动力学模拟结果显示，外部磁场在一定时间间隔内的倾斜也会引起斯格明子的复制过程。（刘钱）

Duplication,Collapse, and Escape of Magnetic Skyrmions Revealed Using a Systematic SaddlePoint Search Method

G. P. Müller etal.

Phys. Rev. Lett. 121, 197202 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.121.197202

H₃LiIr₂O₆中氢序

对磁性Kitaev相互作用的强烈作用

近期有报道说在H₃LiIr₂O₆这种接近Kitaev蜂巢模型的铱酸盐中可以形成量子液体。为了检验这个说法，Yadav等人进行了详细的量子化学计算来确定Ir原子磁矩间的磁相互作用。作者发现虽然铁磁Kitaev交换作用比其他自旋耦合作用要强，但仍然远弱于Na₂IrO₃中的交换作用。这是层间原子所占据的特殊位置造成的：移除Ir₂O₂附近的氢阳离子会把相应的Ir-Ir原子间的Kitaev交换作用增大3倍。因此任意氢序的缺失都会对磁性相互作用有着剧烈影响，甚至导致自旋无序化。（李松）