PRL导读-2018年120卷15期

2018 年 4 月 23 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：郭文安

对实用量子比特的控制脉冲

可调节、灵活且高效的优化

量子计算对门保真度有着严苛的要求，实验上的实现要求控制和合成动力学都符合特定硬件的限制。超导量子比特提出了脉冲必须具有简单参数的额外要求，因此可以在实验中更进一步校准，以弥补系统参数的不确定度。其他量子科技，例如量子传感，要求极高的保真度。Machnes 等人提出了一个新颖的，概念简单并且易实现的，基于梯度的优化控制技术，称之为梯度优化分析控制器（Gradient Optimization of Analytic Controls, GOAT），不像以前的方法，它满足了上述所有限制条件。为了验证 GOAT 的能力，强调灵活性和后续校准的便利，Machnes 等人优化了两个主要的超导量子比特结构（通量可调transmons和固定频率耦合可调transmons）的快速相干极限脉冲。（张力）

Tunable, Flexible, and Efficient Optimization of Control Pulses for Practical Qubits

Shai Machnes, et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 150401 (2018).

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.150401

开放量子动力学高斯

非马尔可夫拆解的参数化和最优化

Megier 等人导出了一族针对开放量子系统的高斯非马尔科夫随机薛定谔方程，不同的拆解对应于不同压缩相干态的选择，反映了对环境不同的测量方案。因此，他们可以对高斯过程噪声关联的随机态和微观表达式给出一种简单的测量解释。通过构造，该开放系统的约化动力学不依赖于压缩参数。这些参数确定了非厄密高斯关联，其中很大一部分和马尔科夫极限相符合。Megier 等人证明了他们的结果在量子信息任务中非马尔科夫体系下的通用性。特别地，通过优化压缩参数，他们可以为改善纠缠范围或者环境辅助的纠缠保护而定制相应的解。（张力）

Parametrization and Optimization of Gaussian Non-Markovian Unravelings for Open Quantum Dynamics

Nina Megier, et al

Phys. Rev. Lett. 120, 150402 (2018).

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.150402

具有耗散一级相变的高密度量子探测

利用量子系统探测外场是一个涌现量子技术的基本例子。通常，由N个粒子构成的量子传感器的灵敏度是与N^1/2成比例的。然而总是在高密度下的相互作用导致了粒子间独立性假设被破坏，给纳米尺度的量子传感器操作带来了严重的挑战。这里，Meghana等人说明量子传感器中的相互作用可以由有害的因素被改变为优势，这是当很强的相互作用在一个开放的量子系统中引发耗散相变时发生的。作者是通过分析基于金刚石中氮空位缺陷的耗散量子传感器得到这个结论的。对主方程同时使用变分方法和数值模拟方法来描述开放量子多体系统，作者建立了耗散一阶转变的存在，它可以用于量子探测。作者研究了这个相变的二维和三维装置的性质，表明这个相变可以用目前的实验技术来观测。最后作者证明了这个基于耗散相变的量子传感器对于一些缺点是具有很强的鲁棒性，这些缺点包括无序或解相干，并且传感器的灵敏度不受装置的T2相干时间限制。这些结果可以很容易的应用到量子探测和量子计量中，而在这些应用中，相互作用还是当前的限制因素。（崔石峰）

High-Density Quantum Sensing with Dissipative First Order Transitions

Meghana Raghunandan, et al

Phys. Rev. Lett. 120, 150501 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.150501

测试一个到测试多个：量子基准的统一途径

[编辑推荐语]通过制备单个纠缠态并对输出进行单次测量可以评估含无限多组输入的量子设备的性能。

量子基准测试通常用于验证量子信息协议的实验演示。然而，许多的协议涉及无限个输入态的集合，其中，只有有限的子集可以用来测试实施的质量。这是一个问题，因为在测试中使用的有限多态的基准可以高于有无限多态计算所得的基准。这种情况出现在传态和储存相干态的过程中，因此，在实验中通常使用50%保真度的基准，尽管有限子集的相干态通常导致更高的基准。这里， Bai等人表明，所有相干态的平均保真度可以用单一设置间接地探测，仅要求一个双模挤压、一个50-50分束器和零差检测。他们的设置使量子隐形传输、存储、放大、衰减以及噪声相干态的纯化的严格实验验证成为可能。更一般地说，他们证明每一个量子基准可以通过准备一个单一的纠缠态并测量一个单独的观测量来测试。（刘玉海）

Test One to Test Many: A Unified Approach to Quantum Benchmarks

Ge Bai and Giulio Chiribella

Phys. Rev. Lett. 120, 150502 (2018).

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.150502

从能量衰减到超导量子比特的保护演示

由于大量选择定则抑制自发辐射，因此在原子系统中自然地发生长寿命跃迁。相反，超导人造原子的跃迁通常具有大的偶极子，因此它们的寿命由宏观电路的耗散环境决定。作者等人设计了一个多能级的fluxonium人造原子，使得量子比特的跃迁偶极子可以通过磁通量指数地抑制，而它通过虚跃迁到非计算态继续与腔模式色散相互作用。值得注意的是，能量衰减时间T₁增长了2个数量级，与跃迁偶极子的平方逆成正比，并且超过了基准值T₁>2ms （品质因子Q₁>4×10⁷）没有出现饱和迹象。移相时间约4μs，这是由于受到磁通噪声一阶耦合的限制。他们的电路验证了硬件级保护防止比特翻转错误的一般原理，并且可以升级到0−π电路[P. Brooks, et al, Phys. Rev. A 87, 052306 (2013)]，增加针对移相和某些门错误的保护。（朱文静）

Demonstration of Protection of a Superconducting Qubit from Energy Decay

Yen-Hsiang Lin, Long B. Nguyen et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 150503 (2018).

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.150503

具有电容性分流Fluxonium

亚稳态的Λ系统的实现

Earnest等人在超导电路中实现了一个具有亚稳态的Λ系统，该亚稳态的寿命可达8毫秒。通过在原始设计电路中增加电容分流实现创造一个“重的”fluxonium，从而可以指数性抑制涉及自发能量驰豫的隧穿矩阵元。该装置允许腔辅助和直接的荧光读数，以及类似于光泵的状态准备方案。由于亚稳态之间的直接转换被强烈的抑制，他们利用拉曼转换对状态进行相干处理。（刘玉海）

Realization of a Λ System with Metastable States of a Capacitively Shunted Fluxonium

N. Earnest, S. Chakram et al

Phys. Rev. Lett. 120, 150504 (2018).

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.150504

拓扑的Floquet-Thouless能量泵浦

Michael等人研究了有周期驱动的绝热泵浦，找到了一个新的相，这个相中拓扑量子化泵浦的量是能量而不是电荷。这个拓扑不变量是是由环绕数给出的，这个环绕数关于是微移动在每个环上的时间，动量和绝热调谐的参数。作者在数值上说明这个泵浦是具有很高的鲁棒性来对抗无序和相互作用的，并且以与Thouless电荷泵浦的相同方式在大的数值时被破坏。最后，作者提出了实验方案来探测这个现象。（崔石峰）

Topological Floquet-Thouless Energy Pump

Michael H. Kolodrubetz, et al

Phys. Rev. Lett. 150601 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.150601

量子热力学中相干性的时钟-功折衷关系

量子相干是能量本征态的叠加，在热力学中，它的行为和经典的非常不同。本文中，Kwon等人将热力学相干分为了两类：内部相干和外部相干。内部相干允许热力学功形式的能量，外部相干没有能量值，而是对应于系统作为一个量子时钟的功能。对于外部相干，作者提供了和量子计量学和宏观性相关的动力学约束，对于内部相干，作者证明量子态存在有限的内部相干性且具有零确定性功。最后，在极简的热力学假设下，作者建立了这两类相干性的时钟-功折衷关系。这可以被看作是量子热力学中时间-能量共轭关系的一种形式, 它限制了给定系统时钟和功来源的最大总值。（刘录）

Clock-Work Trade-Off Relation for Coherence in Quantum Thermodynamics

Hyukjoon Kwon, et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 150602 (2018).

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.150602

简并观测量的本征态热化

在幺正时间演化过程中, 物理上合理观测量的期望值往往向平衡统计力学的预测演化。本征态热化假说 (ETH) 认为这种性质对于单独的能量本征态也是成立的。Anza等人期望阐述对于现实中可观测的物理量，由于它们具有很高的简并度，ETH是正确的。这些观测量可以是局域的，广延的，或者宏观的。作者将这个问题分成两个部分，一个是相对重叠的条件，一个是观测量和哈密顿量本征基矢之间的相对相位。作者表明相对重叠对于高度简并的观测量是无偏的，并证明除非相对相位产生了累积效应，这种无偏性使得观测量可以验证ETH。通过这一点，作者阐明了证明热化的可能途径。（刘录）

Eigenstate Thermalization for Degenerate Observables

Fabio Anza, Christian Gogolin et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 150603 (2018).

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.150603

引力与天体物理

导读：郭敏勇；责编：高思杰

密集星团的后牛顿动力学：大偏心率、

高自转可重复的双黑洞合并

本文中，Rodriguez等人提出了模型，可以用来描述真实的球状星团，以及对黑洞进行后牛顿动力学分析。对孤立双黑洞或者三体及四体接触，通过将相对论性加速度和引力波发射进行建模，他们发现，接近一半的双黑洞合并发生在星团内部，其中有10%能进入LIGO/Virgo的可探测域，其离心率大于0.1。星团的合并，会导致第二代黑洞的产生，这些黑洞拥有更大的质量以及更高的自转速度。有时也会依赖黑洞本身带有的自转，而留在星团中再次合并。最终结果就是，由星团合并产生的黑洞，无论其本身带有什么样的自转，球状星团都能产生可被探测到自转速度的双黑洞体系。另外，这些第二代黑洞也要遵守“不稳定对”超新星的质量间隙上限。

Post-Newtonian Dynamics in Dense Star Clusters: Highly Eccentric, Highly Spinning, and Repeated Binary Black Hole Mergers

Carl L. Rodriguez, et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 151101 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.151101

通过轴子暗物质实验

寻找不可见轴子暗物质

[编辑推荐语]当前对暗物质轴子最高精度的搜寻检验了原先无法触及的参数范围。[Viewpoint: Homing in on Axions?]

本文报道了利用光晕探测器寻找质量在2.66到2.81 μeV的暗物质轴子的结果。该结果排除了，一些合理的不可见轴子模型预言的轴子-光子耦合范围。本实验能够达到前所未有的灵敏度，是由于在亚开尔文温度上操作大体积光晕探测器实现的，这种处理，不仅可以减少热噪声，而且可以减少由超低噪音量子干涉扩音器产生，并用于读取信号功率的噪音。正在进行的相关实验可以在很大的质量范围内，为不可见轴子模型给予决定性的测试。

Search for Invisible Axion Dark Matter with the Axion Dark Matter Experiment

N. Du and N. Force et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 151301 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.151301

基本粒子与场论

责编：晁伟、刘晓辉

格点QCD在物理点计算μ子

反常磁矩的强同位旋破坏修正

迄今为止所有的格点QCD计算μ子反常磁矩的强子真空极化贡献都是在上夸克和下夸克质量简并的情况下进行的。而在本文中，作者首次使用上夸克和下夸克的物理质量，并包含了u,d,s,c夸克，对μ子的反常磁矩的强同位旋破坏修正做了直接的计算，消除了最主要的系统误差。作者的结果相对于以前基于简并质量的结果有+1.5(7)%的移动，与从现象学的估计相当。

Strong-Isospin-Breaking Correction to the Muon Anomalous Magnetic Moment from Lattice QCD at the Physical Point

B. Chakraborty, et. al. (Fermilab Lattice, HPQCD, and MILC Collaborations)

Phys. Rev. Lett. 120, 152001 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.152001

从格点QCD计算轻核子的标量、

轴矢以及张量相互作用

作者使用格点QCD确定了在质子、氘核、双质子以及3He中的标量、轴矢以及张量流的矩阵元的完整味分解。该计算中作者假设夸克质量满足SU(3)对称，该假设对应的派介子质量为806MeV。在物理夸克质量时，标量相互作用限制了核子的平均场模型以及核子与暗物质所产生的势能的低能相互作用。轴矢与张量相互作用能限制核子的自旋成分，积分横向度以及夸克对他们电偶极矩的贡献。作者用外场来直接获得夸克双线性算符的由夸克线连接的矩阵元而非连接的海-夸克贡献则通过一系列随机估计技术来决定。计算所得的矩阵元通常总是比简单的单核估计要来的小。考虑到在标量矩阵元中，核的影响较大，一般占10%，来自于多核子关联的效应，应该在使用核为靶的暗物质直接探测实验的分析中被量化。

Scalar, Axial, and Tensor Interactions of Light Nuclei from Lattice QCD

Emmanuel Chang, et.al. (NPLQCD Collaboration)

Phys. Rev. Lett. 120, 152002 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.152002

原子核物理

责编：彭婧

利用多重反射飞行时间质谱仪对质子数

Z=100附近核素质量的首次直接测量

在形变的N=152中子闭壳附近，作者利用多重反射飞行时间质谱仪对由熔合和冷熔合产生的²⁴⁶Es，²⁵¹Fm以及超镄元素^249-252Md和²⁵⁴No的质量进行了直接测量。其中，²⁴⁶Es和^249,250,252Md的质量是首次被测量。利用^249,250Md 的质量作为α衰变链的参照点，他们确定了直到²⁶¹Bh和²⁶⁶Mt的更重原子核的质量。他们将这些新质量与理论上的全局质量模型进行了比较，证明在该核区这些新质量与宏观-微观模型很好地符合。采用这些新质量，更新了由三个同位素质量确定的经验的壳能隙参数δ_2n，相应结果支持Md和Lr中存在形变的N=152中子闭壳。（王亚坤）

First Direct Mass Measurements of Nuclides around Z=100 with a Multireflection Time-of-Flight Mass Spectrograph

Y. Ito et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 152501 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.152501

格点QCD约束下核子横向性的

首次蒙特卡罗整体分析

利用基于巢式抽样的新蒙特卡罗方法和格点QCD对同位旋矢量张量电荷ց_T的约束，作者报道了对于半单举深度非弹散射（SIDIS）的核子中夸克横向分布的首个全面的QCD分析。不同于此前已有的给出非常小的ց_T 值的分析，对SIDIS Collins 非对称数据的同步拟合与对现有格点模拟的综合再分析中所提取的ց_T值相符。在动量转移尺度Q²=2GeV²时，他们发现u 和d夸克对于核子张量电荷的贡献分别为δu=0.3(2)和δd=-0.7(2)。

First Monte Garlo Global Analysis of Nucleon Transversity with Lattice QCD Constraints

H. -W. Lin, et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 152502 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.152502

最轻的锡同位素的结构

[编辑推荐语]ab-inito 计算预言N=Z=50 的原子核¹⁰⁰Sn是一个双幻核。

最重的中子数与质子数相等的双幻核是¹⁰⁰Sn（N=Z=50）。作者建立了¹⁰⁰Sn附近原子核的结构与通过少体数据约束得到的两体(NN)和三体(NNN)核力的联系。他们的结果显示¹⁰⁰Sn是一个双幻核，并且预言了它的四极集体性。基于¹⁰⁰Sn的三粒子两空穴激发，他们给出了¹⁰¹Sn 的精确计算，并且发现一个相互作用精确地再现了¹⁰¹Sn 最低两个态J^π=7/2⁺与5/2⁺之间的小能级劈裂。（王亚坤）

Structure of the Lightest Tin Isotopes

T. D. Morris et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 152503 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.152503

核芯+4n原子核中的强中子配对

[编辑推荐语]在18C的价核子中测得了最大的中子-中子关联强度。

通过¹⁹C和²⁰O次级束的高能核子敲出反应，布居了¹⁸C和²⁰O两个同中子素的非束缚态，能量可达到它们双中子发射阈值之上15MeV，由此作者研究了这两个丰中子N=12同中子素的中子对发射。对三重的碎片-n-n关联的分析，清楚地表明直接对发射在¹⁹N(-1p)¹⁸C*→¹⁶C+n+n衰变中占主导。这一迄今观测到最大的双中子关联强度表明，按强关联配对排布的四个中子围绕一个¹⁴C核芯的结构占据优势。另一方面，在²¹O(-1n)²⁰O*→¹⁸O+n+n衰变中发现了一个显著的次序发射分支的竞争，这归因于深束缚中子的敲出破坏了¹⁶O核芯，降低了配对的数目。（王亚坤）

Strong Neutron Pairing in core+4n Nuclei

A. Revel et al. ( R³B Collaboration )

Phys. Rev. Lett. 120, 152504 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.152504

¹²²Sn(d,³He)反应中的π介子原子谱

以及形成截面的角度依赖

作者在¹²²Sn(d,³He) 核反应的丢失质量谱中以明显峰结构的形式观测到了束缚于¹²¹Sn 原子核中π^-的1s和1p原子态。高强度的氘核束流和具有大接收角的谱仪使得他们具备了探索的潜力，包括以高统计性确定角度依赖的反应截面的能力。该实验首次在Sn原子核中观测到了2p态。他们确定了p介子能级的结合能以及宽度，并且发现该结果和先前其它Sn同位素的实验结果一致。他们首次在有限的反应角处测量了能谱。确定了在0^o和2^o 反应角之间的形成截面。通过理论计算再现了观测到的每个态的反应角依赖性。然而，与他们高精度的数据之间的定量的比较表明，π介子1s态的形成截面的计算结果与实验存在着显著的偏差。（王亚坤）

Spectroscopy of Pionic Atoms in¹²²Sn(d,³He) Reaction and Angular Dependence of the Formation Cross Sections

T. Nishi et al. (pi AF Collaboration)

Phys. Rev. Lett. 120, 152505 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.152505

原子、分子与光学

导读：宋新秀；责编：张文凯

利用HD的Lamb-Dip测量

确定质子-电子质量比

氢分子的精密光谱学是量子电动力学（QED）的测试基础，它可以用于确定一些基本常数。本文首次使用梳齿锁定光腔衰荡光谱仪，观察到了在氘氢（HD）谐波中R(1)线的Lamb-dip光谱。该线的位置被确认在217105182.79±0.03_stat±0.08_syst MHz (δν/ν=4×10^-10), 这是在分子氢的基态电子态中测量到的最精确的振转跃迁频率。此外，从包括QED效应至meα⁶阶在内的计算中，作者可以推算出R(1)线以及HD解离能量，虽然不那么准确，但表明了对非绝热效应的完整处理的重要性。如果理论计算达到相同的精确度，那么目前的测量结果将导致以十亿分之1.3的精度来确定质子与电子质量比。

Toward a Determination of the Proton-Electron Mass Ratio from the Lamb-Dip Measurement of HD

L.-G. Tao, et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 153001 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.153001

用于基础物理测试的

HD中的亚多普勒频率计量

本文使用对噪声不敏感的腔增强型光学外差分子光谱技术，在饱和吸收下测量在λ=1.38μm时的氢氘分子的（2,0）频带中的弱跃迁。另外，作者还使用锁定频率梳激光器的光谱激光器来测定窄的无多普勒线，该频率梳激光器以原子钟为参考，以产生跃迁频率[R（1）= 217105181895（20）千赫; R（2）= 219042856621（28）千赫; R（3）= 220704304951（28）千赫]，提高了三个数量级准确度。这些基准值为最小中性分子提供了一个QED测试，并且它们开辟了解决质子半径谜题的途径，同时还限制了假定的第五种力和额外维度。

Sub-Doppler Frequency Metrology in HD for Tests of Fundamental Physics

F. M. J. Cozijn, et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 153002 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.153002

里德堡分子在超冷态下的离子-原子散射

本文提出了一种全新的实验方法，可将对离子-原子碰撞的研究从到目前的经典冷原子体系扩展到超冷量子体系。该方法的关键是利用里德堡分子来初始化超冷离子-原子散射过程。作者用锂离子-原子系统为例说明了所提出的方法，为此模拟了如何在存在离子-原子散射势的情况下，通过光电离释放初始里德堡分子波函数的过程。此外，作者还从相互作用势的从头算计算中推测了离子原子-散射长度的界限；并且作者还证实了，在预测范围内，在⁶Li⁺−⁶Li碰撞过程中，可以通过散射波包速度的实验来确定散射长度；在⁷Li⁺−⁷Li碰撞过程中，可以通过其分子离子分数来确定散射长度。尽管在本文中是针对锂离子-原子系统的，本文提出的利用里德堡分子来研究超冷离子-原子散射的方法同时也适用于其他离子原子系统。

Rydberg Molecules for Ion-Atom Scattering in the Ultracold Regime

T. Schmid, et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 153401 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.153401

集总元件约瑟夫森节电路中的频梳

本文主要研究了微波驱动约瑟夫森结电容耦合到集总元件LC振荡器的的动力学过程。在约瑟夫森结可以近似为Kerr振荡器的驱动系统中，这个最小非线性系统先前已经显示出在相位和振幅上的双稳态。文中作者描述了完整的相图，并且表明除了具有双稳定性的参数体系外，还存在一个以其频谱中的频率梳为特征的自振荡体系。另外，作者还讨论了频梳产生的机制，其与微腔频梳和锁模激光器中所研究的机制不同。然后，作者指出了在强量子涨落情况下，当非线性超过耗散度成为主导时，所达到类梳状频谱的命运。再者，作者发现促使频梳出现的非线性也导致了它的去相位，进而引发了尖锐频谱峰的展宽和其最终的消失。本文的研究探讨了量子涨落对量子系统的影响这一基本问题，即量子系统在经典极限中不具有稳定的固定点。

Frequency Combs in a Lumped-Element Josephson-Junction Circuit

Saeed Khan and Hakan E. Türeci

Phys. Rev. Lett. 120, 153601 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.153601

超强耦合的少光子散射理论

本文通过超强耦合到波导的两级系统来研究单个光子的散射。散射对于广泛的耦合是弹性的并且可以用一个有效的U（1）-对称的哈密顿量来描述。这个简单的模型允许预测散射共振谱线形状，验证可达到α= 0.3，接近Toulouse点α= 1/2，这里非弹性散射就变得相关了。作者的预测模型使用超导电路进行实验，并可以扩展到研究多光子散射。

Ultrastrong Coupling Few-Photon Scattering Theory

Tao Shi, et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 153602 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.153602

等离子体与束物理

责编：陈少永

回旋脉塞辐射中由磁化等离子体捕获引起的

Poincaré-Andronov-Hopf分岔的观测

Shalashov等人首次通过实验发现，在磁约束非均匀等离子体中形成的回旋脉塞中，存在由周期脉冲电磁辐射向连续波辐射的可控转变。弱不均匀磁化等离子体中，非寻常波的动力学回旋不稳定性由电子回旋等离子体加热导致的各向异性电子分布驱动。（杨生鹏）

Observation of Poincaré-Andronov-Hopf Bifurcation in Cyclotron Maser Emission from a Magnetic Plasma Trap

A. G. Shalashov, et al

Phys. Rev. Lett. 120, 155001 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.155001

激光尾场加速器与弯曲

等离子体通道的多级耦合

激光尾场加速器的多级耦合是高能应用中(如Tev级正负电子对撞机)克服激光能量损耗的关键技术。目前的实验方案使用等离子体镜将后续的激光脉冲馈入下一阶段，同时控制等离子体透镜聚焦的电子束。Luo等人提出了一种更加简洁、高效的方案来实现电子束与激光脉冲同步耦合到第二阶段。即用一个部分弯曲的通道来引导新的激光脉冲进入随后的直通道，同时电子继续保持直线运动。该部分弯曲通道由一个直线加速阶段和一个弯曲过渡段的结合。该方案受益于等离子体中电子的较短耦合距离和连续引导，同时抑制横向波束扩散。粒子模拟实验表明，前一阶段的电子束可以有效地注入后续的加速阶段，同时保持较高的捕获效率、稳定性和光束质量。（秦晨晨，牟茂淋）

Multistage Coupling of Laser-Wakefield Accelerators with Curved Plasma

J. Luo, et al

Phys. Rev. Lett. 120, 154801 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.154801

托卡马克中逃逸电子

驱动哨声波的首次直接观测

Spong等人在DIII-D低密度实验(ne~10¹⁹m^-3)中直接测量到由具有几兆电子伏能量的逃逸电子所激发的频率在100到200兆赫兹的哨声波。哨声波行为与逃逸强度相关（硬X射线辐射水平），出现在新的离散频带中，且表现出非线性类极限环行为。测量到的哨声波频率随磁场强度和电子密度的变化规律，与哨声波色散关系预期一致。这些模式随着磁场的增强而稳定，与波-粒子共振机制一致。模式振幅显示出间歇性的时间变化，这种变化与遵循捕食周期的电子回旋发射的变化相关。以上可以解释为波引起了中等能量逃逸电子的倾角(pitch angle)散射。托卡马克逃逸-哨声机制与电离层等离子中的哨声现象极为相似。这些观察结果也为托卡马克中逃逸电子的建模和主动控制开辟了新的方向。（阳青程，牟茂淋）

First Direct Observation of Runaway-Electron-Driven Whistler Waves in Tokamaks

D. A. Spong, et al

Phys. Rev. Lett. 120, 155002 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.155002

凝聚态物理：结构

责编：殷志平

在超流体⁴He中双流体模型的三维耦合

动力学:热逆流中正常流体的畸变速度分布

为了解释方形通道中热逆流的量子湍流现象，作者在数值上研究了超流体⁴He中双流体模型的耦合动力学。作者结合了超流体的涡流丝模型和正常流体的Navier-Stokes方程。对耦合动力学的模拟表明，当涡流变得密集时，超流体湍流将使正常流体的速度分布发生显著畸变。此结果和最近的可视化实验结果一致。在文中作者引进了一个无量纲参数来描述速度分布的畸变。 (曹锦)

Three-Dimensional Coupled Dynamics of the Two-Fluid Model in Superfluid ⁴He: Deformed Velocity Profile of Normal Fluid in Thermal Counterflow

Satoshi Yui, et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 155301 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.155301

超薄金属玻璃形成薄膜的

多尺度弛豫动力学

由自由表面引起的密度分层现象引起了超薄Cu-Zr玻璃薄膜中的层状动力学和应力不均匀性，这有助于在计算机模拟的时间尺度内发生多步弛豫。利用这个条件，作者简单地通过中间散射函数追踪弛豫解耦和温度演化。作者表明，β弛豫分层次地遵循膜中的快速和慢速模式，并且当薄膜被冷却至接近玻璃化转变时存在β弛豫转变。作者提供了产生β弛豫的粒子运动的直接观察，并揭示了转变过程中跨越从热激活的到协作的跳跃的主导机制。（麻晓波）

Multiscale Relaxation Dynamics in Ultrathin Metallic Glass-Forming Films

Q. L. Bi, et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 155501 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.155501

硼元素总能和局域能的数据驱动学习

[编辑推荐语]从单点密度泛函理论计算开始，Deringer等人提出了一种构建硼原子间势的机器学习方法。

硼的同素异形体一直挑战着结构解析与固体理论。Deringer等人使用机器学习和随机结构搜索(RSS)算法来系统地构造硼的原子间势。由随机原子构型的集合开始，作者使用交替单点量子力学能与力计算，高斯近似势(GAP)拟合，和GAP驱动的RSS来迭代生成元素的势能面表示。除了相差较大的硼同素异形体的总能之外，Deringer的模型还便于得到原子分辨的局部能量，从而加深了对阻挫β-菱形硼结构的理解。作者的研究结果为高效和自动生成GAP方法以及其他基于机器学习的原子间势研究打开了一扇大门，并表明它们可用作材料发现的有用工具。（刘瑞）

Data-Driven Learning of Total and Local Energies in Elemental Boron

V. L. Deringer, et al

Phys. Rev. Lett. 120, 156001 (2018).

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.156001

原子分辨率的绝对标度定量

离轴电子全息照相

[特色]一种新的分析技术能够使研究人员能够利用透射电子显微镜提取材料的具有原子分辨的全息图像。[Synopsis: Getting More out of Electron Microscopy]

作者证明可以把原子分辨的离轴电子全息照相技术的实验和模拟进行绝对尺度匹配并使用自动数值算法直接根据记录的电子波函数确定未知实验参数。作者表明，一个崭新的WSe₂薄片的局部厚度和倾斜角度可以被唯一地测量，但是周期性物体的某些电子光学像差不能被明确的确定。利用电子波函数直接确定局部样本和成像参数的能力对纳米材料中静电势的定量研究非常重要，特别是在进行原位实验并考虑到像差随时间变化时尤其如此。（毛慧灿）

Absolute Scale Quantitative Off-Axis Electron Holography at Atomic Resolution

Florian Winkler, et al

Phys. Rev. Lett. 120, 156101 (2018).

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.156101

凝聚态物理：电子性质

责编：袁喆，马锋杰，沈卡

PdTe₂中拓扑表面态的费米学和超导电性

Clark等人通过自旋和角度-分辨光电子谱、扫描隧道显微镜和基于密度泛函理论的超胞计算研究了过渡金属硫化物超导体PdTe₂中的低能表面电子结构。比较PtTe₂和它的姐妹化合物PtSe₂，作者们证明了在Te基类材料中增强的层间耦合是如何在费米能级以下反键p轨道多重态区域内驱动能带的反转。他们展示了这种效应是如何把自旋极化拓扑表面态和复杂自旋结构联系在一起。扫描隧道谱测量表明表面处具有II型超导电性，而且也显示即使在拓扑表面态存在时也没有传统超导序参数存在的证据。(李松)

Fermiology and Superconductivity of Topological Surface States in PdTe₂

O. J. Clark et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 156401 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.156401

石墨烯中受保护的赝螺旋边缘态

Frank等人从理论上提出具有强自旋轨道耦合作用的衬底对石墨烯拓扑性的影响。在石墨烯两个子晶格本征自旋轨道耦合作用下，石墨烯体现出Z₂相。而在交错的自旋轨道耦合作用下，尽管石墨烯展示出拓扑平庸态，但是在宽达微米量级的锯齿形纳米带中却存在时间反演对称的边缘态。与量子自旋霍尔态中的螺旋态不同的是，由于此时的螺旋性被锁定在子晶格中，不同自旋态沿着不同边缘，这些状态也称为赝螺旋，并且这些边缘状态的g因子为0，同时可以在横截面上携带纯自旋流。（刘钱）

Protected Pseudohelical Edge States in Z2-Trivial Proximitized Graphene.

T. Frank et al.

Phys. Rev. Lett.120, 156402 (2018).

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.156402

IV-VI黑磷类似物SnSe的

能带结构以及的热电性

由于快速降解和氧化效应，限制了黑磷在超快电子和光子设备上的实际应用。和黑磷相比，处于IV-VI族的硒化锡（SnSe）却相对较稳定，且与黑磷具有相同的能带结构。但是，到目前为止，关于SnSe能带结果的相关实验报道却相对匮乏。本文中，作者测量了低温下SnSe的能带结构并发现了价带的高各向异性。除此以外，作者还发现这些价带在层中可以形成多谷的空穴型口袋，表明SnSe中存在高迁移率、低有效质量的载流子，是一种有效的热电材料。（刘钱）

Band Structure of the IV-VI Black Phosphorus Analog and Thermoelectric SnSe

I. Pletikosić et al

Phys. Rev. Lett.120, 156403 (2018).

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.156403

一维量子临界下的三维非费米液体行为

Classen等人研究了金属材料Yb₂Pt₂Pb中，考虑临界自旋链与三维导电电子之间相互作用时，材料电阻率对温度依赖性以及外磁场对磁相的影响。作者指出，在弱外磁场下，自旋激发态是有带隙的且是被抑制的，同时，电导率体现出传统费米液体类似的行为。当外磁场增加时，带隙消失，电子与自旋之间的散射行为不再具有费米液体行为。由于涨落效应，电导率随温度近似线性变化。进一步增加磁场，材料被饱和磁化，同时新带隙形成，费米液体相再次出现。（刘钱）

Three-Dimensional Non-Fermi-Liquid Behavior from One-Dimensional Quantum

Critical Local Moments

L. Classen et al.

Phys. Rev. Lett.120, 156404 (2018).

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.156404

异质应变下旋转石墨烯多层的电子光谱

[编辑推荐语]：石墨烯双层的电子性质可以通过拉伸和旋转其中一层进行调节。[Synopsis:Stretching Graphene Localizes its Electrons]

Huder等人证明了堆叠层状材料允许进行应变工程，即每一层施加独立的应变，他们称其为异质应变。结合细致的结构和光谱测量以及紧束缚计算，他们得出小的单轴异质应变会抑制狄拉克锥，导致旋转石墨烯多层（TGL）中出现平带。此外，他们还证明对比于在双层施加相同应力的同质应变，异质应变对TGLs的能谱有更显著的重构，这一结果应该适用于几乎所有的范德华结构，为二维材料的应变电子学打开了令人兴奋的可能性。(方子明)

Electronic Spectrum of Twisted Graphene Layers under Heterostrain

Loïc Huder et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 156405 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.156405

光诱导单层FeSe中type-II能带反转

和量子反常霍尔态

Wang等人发现，利用光可以诱导单层FeSe发生type-II能带反转并促使量子自旋霍尔态向量子反常霍尔态转变。随着光强度的增加，不同手性的光会诱导不同自旋的带隙单调变化。通过分析对应自旋态下的Chern数，发现在光增强时，Chern数会发生符号的变化，从而表明体系能带发生反转。不同于传统的type-I的能带反转，type-II的能带反转依赖于光的手性，使得体系不再具有时间反演对称性。通过对边缘态和量子化电导的计算，表明当Chern数达到时，可诱导出量子反常霍尔态。（刘钱）

Light-Induced Type-II Band Inversion and Quantum Anomalous Hall State in Monolayer FeSe

Z. F. Wang et al.

Phys. Rev. Lett.120, 156406 (2018).

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.156406

二维受对称性保护拓扑相中的全局反常探测

科研界普遍认为受对称性保护的拓扑相的边缘理论具有全局对称性反常。在本篇快讯中Bultinck等人重点研究了受格点对称性保护的二维玻色相并分析了相应的边缘反常的更多细节。基于阻碍轨形和对称性保护边界构建对这种反常的物理解释与二维系统中受对称性保护相的上同调群分类联系在一起。作者们使用张量网络和矩阵乘积态的方法，数值上证明了他们的猜想并讨论了识别基态波函数中受对称性保护的序的计算探测手段。(李松)

Global Anomaly Detection in Two-Dimensional Symmetry-Protected Topological Phases

Nick Bultinck et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 156601 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.156601

La_1.48Nd_0.4Sr_0.12CuO₄中近电荷有序转变的

集体动力学和强钉扎

电荷有序态的动力学是欠掺杂铜基高温超导体的关键问题之一，但几乎所有的铜氧化物中都检测到静态短程电荷有序（CO）畴。Baity等人通过测量非平衡电荷输运或电阻R作为系统对温度变化和附加磁场的响应，来探测La_1.48Nd_0.4Sr_0.12CuO₄中电荷有序（和结构）转变前后的动力学。他们找到了亚稳态，集体行为和临界的证据。临界区域中集体动力学行为表明很强的无序钉扎。令人惊讶的是，非平衡效应，如电阻的崩塌，只有在从电荷有序相接近临界区域时才会显现出来。他们La_1.48Nd_0.4Sr_0.12CuO₄上的结果为电荷有序转变过渡区域的涨落序提供了一直以来在寻找的证据，也为动力学条纹理论设定了重要限制。(方子明)

Collective Dynamics and Strong Pinning near the Onset of Charge Order in La_1.48Nd_0.4Sr_0.12CuO₄

P. G. Baity, et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 156602 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.156602

人工稀土镍酸盐中解协同序

关联氧化物中的相变丰富而复杂，这也阻碍了我们对内在物理现象的理解。这些系统中不同有序相之间的耦合相变非常重要，对复杂相变的基础操控已经成为材料领域的主要课题之一。Middey等人把莫特绝缘体和强关联金属结合在一起，设计了一系列用于实现超短周期性超晶格的新型超晶格。这些超晶格可以分开RENiO₃中的共存序。如果异质结构的周期与块体有序图样周期不匹配，金属-绝缘体相变和反铁磁磁性相变保存下来的同时电荷序相变受到抑制。这种对纠缠相选择性的解耦解答了长期以来关于金属-绝缘体相变背后驱动力的疑惑，指出位置选择性的莫特相变是其中的关键机制。这种设计方法表明异质界面在对称性破缺复杂材料中选择性操控协同相变的潜在应用。(李松)

Disentangled Cooperative Orderings in Artificial Rare-Earth Nickelates

S. Middey et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 156801 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.156801

粒子数守恒的狄拉克半金属纳米线中

受晶体对称性保护的马约拉纳模式

拓扑量子计算的基石之一就是在分数量子霍尔系统和拓扑超导体中被广泛研究的马约拉纳零能模式。几个近期的工作说明这种模式也可以在没有长程超导性的一维相互作用双线系统中存在。这类系统中的马约拉纳零能模式具有明显的不稳定性，这是因为通道间的单粒子遂穿会破坏拓扑基态简并性。在本篇快讯中，Zhang和Liu发现一维狄拉克半金属线是一种实现这种马约拉纳物理的理想数量守恒平台。通过加入磁通，狄拉克半金属纳米线被驱动进入一维受晶体对称性保护的半金属相。相互作用会引发很强的边界马约拉纳零能模式。作者们也探究了几种实验可观测的马约拉纳信号。(李松)

Crystalline Symmetry-Protected Majorana Mode in Number-Conserving Dirac Semimetal Nanowires

Rui-Xing Zhang and Chao-Xing Liu

Phys. Rev. Lett. 120, 156802 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.156802

Yu-Shiba-Rusinov二聚体中的波函数杂化

超导体上的磁性吸附物引起超导间隙内的局部束缚态。与原子轨道相比，这些Yu-Shiba-Rusinov（YSR）态慢慢衰减远离杂质，即使在3维块体晶体中也是如此。在这里，Ruby等人使用扫描隧道谱研究了超导Pb(001)表面两个近邻磁性Mn吸附原子之间的杂化。他们观察到杂化导致形成YSR态的对称和反对称组合。他们研究了二聚体波函数的结构和能量劈裂是如何依赖于单体轨道的形状和二聚体相对于Pb晶格的取向。(方子明)

Wave-Function Hybridization in Yu-Shiba-Rusinov Dimers

Michael Ruby et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 156803 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.156803

以电子为媒介的声子-声子耦合驱动的

铜(100)面上CO的振动弛豫

Novko等人为以电子媒介的振动模式间耦合提出一个自洽理论，阐明了金属表面吸附物振动弛豫的微观机制。他们的分析指出，目前最先进的非绝热理论无法定量再现Cu（100）上CO内部拉伸模式的实验线宽，并强调了以电子为媒介的声子-声子耦合在这方面的关键作用。他们的结果表明存在强的以电子媒介的内部拉伸和低能量CO模式之间的耦合，而且表面运动也起着重要作用。他们的非绝热理论也能够解释内部拉伸声子线宽的温度依赖性，迄今为止被认为是直接非谐耦合的标志。(方子明)

Electron-Mediated Phonon-Phonon Coupling Drives the Vibrational Relaxationof CO on Cu(100)

D. Novko, M. Alducin, and J. I. Juaristi

Phys. Rev. Lett. 120, 156804 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.156804

常压下Si的超导开放框架同素异形体

[编辑推荐语]：第一性原理计算预测纯金属超导Si同素异形体可以在常压下形成。

金刚石Si是具有间接带隙的半导体，是现代半导体技术的基础。虽然许多亚稳态形式的硅已经通过金刚石砧孔压缩和化学前体合成方式被观察到，但迄今为止在常规条件下还没有金属相的报导。在这里，Sung等人报导了常压下具有开放通道的纯金属Si同素异形体的预测，不同于共价键网络中的立方体金刚石结构。从一种新型的由第一性原理在高压下预测的被称为P6/m-NaSi₆的Na-Si包合物出发，当压力释放去除Na后就可以获得称为P6/m-Si₆的金属相。他们发现P6/m-NaSi₆和P6/m-Si₆在常压下都很稳定并且超导，临界温度分别为13K和12K。这种新型Na-Si和Si包合物结构的预测为探索有利于Si基器件的新型奇异同素异形体提供了可能。(方子明)

Superconducting Open-Framework Allotrope of Silicon at Ambient Pressure

Ha-Jun Sung et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 157001 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.157001

玻色 Kane-Mele-Hubbard 模型里

莫特相中的手性自旋态

近期，蜂巢模型中自旋1/2阻挫XY模型吸引了大家对实现手性自旋液体态可能性的广泛关注。这个模型与一些量子磁体的物理相关。利用超冷原子系统的灵活性，Plekhanov等人提出了一种通过玻色Kane-Mele-Hubbard模型中的莫特区域实现这种模型的途径。这个模型的相图可以由玻色动力学平均场理论推导得到。作者们集中研究莫特相中磁性性质和阻挫大小的函数关系，确实在中等阻挫区域下找到了手性自旋态。利用严格对角化方法，作者们更进一步研究了阻挫XY模型中的物理和手性自旋态的性质。这个有能隙的相展现出存在一个破坏时间反演对称性和宇称对称性的非拓扑手性序。(李松)

Emergent Chiral Spin State in the Mott Phase of a Bosonic Kane-Mele-Hubbard Model

Kirill Plekhanov et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 157201 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.157201

用偶极链设计磁滞效应

对外磁场有磁滞响应的材料在现代信息存储和传输过程中起着重要的作用。几种天然和人工材料的大量磁化曲线已经被测量过，每一种都可以找到一个相应的形成机制。不过，目前仍然缺少一种能够在抓住了所有磁滞回线特征的同时还能提供一个设计材料磁响应的简单方法的唯象模型。这篇快讯中Concha等人提出并在实验上证明了一种在超材料中设计磁滞回线的基本手段。他们发现可以通过调节系统的相互作用或者几何结构来控制磁滞回线形状，这有望帮助实现对磁性材料的柔性的操控。另外这种机制允许对磁滞回线的数目进行操控且有助于实现多值逻辑技术。他们的发现打开了在偶极冷原子、铁电、人工磁性晶格等多种物理系统中对磁滞响应进行合理设计的途径。(李松)

Designing Hysteresis with Dipolar Chains

Andrés Concha et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 157202 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.157202

电场对铂的近邻感应磁性的影响的微观研究

电场对金属磁性的影响引起了广泛的关注，但其微观机理仍存在争议。Yamada等人采用元素分辨测量方法x射线磁圆二色性(XMCD)和x射线吸收光谱(XAS)，通过实验表明了铁磁Pt中电场对磁性和对电子结构影响的相关性。将电场施加到超薄金属Pt的表面，存在由底层Co铁磁邻近效应引起的磁矩。在电场下进行的XMCD和XAS测量表明Pt原子的自旋和轨道磁矩都是电调制的，这不仅可以通过费米能级的电场诱导漂移来解释，而且可以通过轨道杂化的变化解释。(方子明)

Microscopic Investigation into the Electric Field Effect on Proximity-Induced Magnetism in Pt

K.T.Yamada et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 157203 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.157203

5d 能带的填充以及与自旋混合电导的关系

Ma等人从实验上研究重金属|铁磁界面上，5d电子的填充情况对界面Dzyaloshinskii-Moriya相互作用（DMI）的影响。实验中，作者利用布里渊区光散射技术，通过测量自旋波的色散关系，分析其对称性，从而定量估计材料中的DMI。随着5d元素的原子序数的变化，由于该类电子的不同填充情况，使得费米面附近3d和5d轨道间的杂化不同，DMI系数可以发生一个量级的改变且改变符号。改变重金属层，由于3d和5d态之间的自旋翻转散射效应，可以观测到DMI和界面有效混合电导之间的关联效应。（刘钱）

Interfacial Dzyaloshinskii-Moriya Interaction: Effect of 5d Band Filling and Correlation with Spin Mixing Conductance

X. Ma et al.

Phys. Rev. Lett.120, 157204 (2018).

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.157204

非中心对称系统中的反铁磁Chern绝缘体

本文中，作者从理论上提出在无中心反演对称的二维系统里，利用电子相互作用可以实现拓扑反铁磁Chern绝缘体。尽管反铁磁材料没有净宏观磁矩，但由于量子自旋霍尔绝缘相和有着反铁磁长程序的拓扑非平庸相之间边界线的分叉效应，使得该类 Chern绝缘体拥有非零的Chern数并表现出量子反常霍尔效应。作者以六角蜂窝状Kane-Mele模型为例，研究相结构与中心反演破缺的离子势以及Hubbard相互作用之间的关系，发现该材料中存在易轴Chern数为1的AFMI相，且spin-flop相变后，体系变成拓扑非平庸的共线反铁磁相。（刘钱）

Antiferromagnetic Chern Insulators in Noncentrosymmetric Systems

K.Jiang et al

Phys. Rev. Lett.120, 157205 (2018).

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.157205

一维Kondo晶格中铁磁量子临界点

重费米子体系中磁矩和巡游电子之间的不同的纠缠机制使得该体系体现出大量的新量子基态：量子临界金属、拓扑绝缘体以及非常规超导体等。与巡游铁磁体相比，这些重费米子系统还体现出二阶量子临界性，表明Kondo效应与临界效应之间可能存在相互作用。基于此，Komijani 和Coleman 以铁磁耦合的准一维Kondo晶格为例，研究其中的量子临界行为。借助于玻色化和动力学的large-N技术，作者证实了该体系中除了存在费米液体，还存在一个由局部量子临界点分离的磁相。作者同时指出，该相由Kondo崩塌支配。（刘钱）

Model for a Ferromagnetic Quantum Critical Point in a 1D Kondo Lattice

Y. Komijani and P. Coleman

Phys. Rev. Lett.120, 157206 (2018).

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.157206

二维狄拉克材料中极化激元凝聚的相变

在光学微腔中的量子阱里，库仑作用和电子-光子相互作用会引发激子和腔内光子的杂化形成极化激元，并会在极化激元密度达到某一阈值后形成玻色爱因斯坦凝聚。当量子阱由能隙打开的二维狄拉克材料比如过渡金属硫化物构成时，非平庸贝利相位会引起新的物理现象。尤其是极化激元形成过程中，由贝利相引起的电子-光子耦合会与电子-电子库仑耦合竞争。作者发现这种竞争机制会给出极化激元凝聚包括拓扑相变和对称性破缺相变的丰富相图，其中前者给出了量子反常霍尔相和量子自旋霍尔相。(李松)

Phase Transitions of the Polariton Condensate in 2D Dirac Materials

Ki Hoon Lee et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 157601 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.157601

利用含时密度泛函理论研究

单电子隧穿器件中的非绝热动力学

Dittmann等人利用含时密度泛函理论研究了单电子源的动力学，模拟具有原位库仑相互作用的量子点且隧穿耦合于近邻接触。基于这个系统，他们类比于量子输运理论发展了一个时间非局域的交换关联势。时间非局域体现在动态势能步中。他们明确地将动态步的时间演化与电子动力学的物理弛豫时间尺度联系起来。最后，他们还讨论较大介观系统的模拟前景。(方子明)

Nonadiabatic Dynamics in Single-Electron Tunneling Devices with Time-Dependent Density-Functional Theory

Niklas Dittmann, et al

Phys. Rev. Lett. 120, 157701 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.157701

软物质与生物物理

责编：叶方富

衣服为什么不散架：纤维纱中的张力传递

Patrick等人通过一个抽象模型研究了纤维纱中张力传递的问题。在该模型中，Amontons-Coulomb摩擦定律可以把纤维元的张力转化为一个线性规划问题。作者发现其中存在一个渗流相变，在渗流阈值以上传递的张力在原则上是无限的。他们认为在线性规划约束下的平均松弛是描述该超临界态的一个合适序参量。他们论证了该机制是普遍的，实际上对应着从韧性到脆性破坏模式的转变，并伴有机械强度的显著增加。（杨成）

Why Clothes Don’t Fall Apart: Tension Transmission in Staple Yarns

Patrick B. Warren, et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 158001 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.158001

瞬时划分中的选择动力学

在研究生命起源之前的问题中，瞬时划分最近被证明可以维持功能性的复制者。在这篇文章中，Blokhuis等人证明选择动力学可以实现这一目标。他们找出了两个关键的参数：非活跃复制者（寄生生物）的相对增殖和划分隔间的尺寸。这些参数解释了竞争与多样性，其结果与类似的多层次选择问题有关，如病毒-宿主生态学和特质组选择等问题。（杨成）

Selection Dynamics in Transient Compartmentalization

Alex Blokhuis, et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 158101 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.158101

随机组装微生物生态系统的多样性、

稳定性和可重现性

[编辑推荐语]一个重点研究细菌所需分子资源的数学模型解释了为什么众多的物种在一个地方出现并能和谐共生。[Focus: How 1000 Bacterial Species Can Coexist]

微生物生态系统是多样和稳定的，通常由核心和外围物种混合而成。Goyal等人提出了一个概念模型展示了这些演生性质定量符合真实的生态系统数据，特别是物种的丰富程度和流行分布。资源竞争和代谢共生驱动模型中的随机生态系统组装。作者证明，即使只提供一种资源，生态系统也能显示出高度的多样性、增长的稳定性、以及样本间的部分可重现性。（杨成）

Diversity, Stability, and Reproducibility in Stochastically Assembled Microbial Ecosystems

Akshit Goyal and Sergei Maslov

Phys. Rev. Lett. 120, 158102 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.158102

物理交联淀粉样蛋白纤维网络弹性

通过将描述网络弹性的仿射热力学模型和描述带电胶体的Derjaguin-Landau-Vervey- Overbeek (DLVO)理论相结合，Cao等人提出了一个本构模型研究半柔性和刚性淀粉样蛋白纤维网络。和β-乳球蛋白及溶菌酶淀粉样蛋白网络的流变实验相比较，这种方法给出了弹性相对于浓度（半柔性纤维G~c^2.2，刚性纤维 G~c^2.5）和离子强度（β-乳球蛋白G~I^4.4，溶菌酶G~I^3.8，二者都不依赖于纤维柔性）的正确标度行为。屏蔽盐（离子）所起的关键作用是降低淀粉样纤维之间的静电势垒，将不稳定的物理纠缠转化为长寿命的交联。这导致了弹性G相对于离子强度I的幂率行为，其指数要比其他半柔性聚合物（比如肌动蛋白）网络的要大很多，并且具有个体淀粉样蛋白纤维所独有的DLVO特点。（杜光乐）

Elasticity in Physically Cross-Linked Amyloid Fibril Networks

Yiping Cao, Sreenath Bolisetty, et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 158103 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.158103

拥挤中的跳跃揭示网络拓扑

Asllani等人引入非线性算符来描述拥挤状态下复杂无向网络中的扩散现象，发现扩散媒介的渐近分布是节点度的非线性函数，并在足够大的连通度时趋近于常数，和无排斥效应的标准扩散行为不同。基于这一观察，他们定义并解决了一个反向问题，以重建未知的先验连通度分布。该方法通过对（可以随机选择的）单一节点上的渐近密度重复进行有限次的独立测量来获得所有必要信息。他们用合成和实际的数据成功地验证了这一方法，结果显示该方法可以在很高精度上估计节点总数目。（杜光乐）

Hopping in the Crowd to Unveil Network Topology

Malbor Asllani, Timoteo Carletti, et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 158301 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.158301

来源：京师物理