PRL导读-2018年120卷09期

2018 年 3 月 12 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，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

责编：郭文安

噪声自旋和Richardson-Gaudin模型

Rowlands等人研究了一个与普通噪声环境耦合的多自旋（量子比特）系统，其中每个自旋按自己的频率进动。自旋所经历的关联噪声表明长寿命的关联只因不同频率而衰减。作者把问题映射到非厄米的可积Richardson-Gaudin模型，从而找到在高温极限下量子主方程的精确谱，并确定了衰减率。作者的解决方案可以用来计算与公共热库耦合的量子比特系统的不均匀分裂的效应。(崔石峰)

Noisy Spins and the Richardson-Gaudin Model

D. Rowlands and A. Lamacraft

Phys. Rev. Lett. 120, 090401 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.090401

中子的内禀轨道角动量

研究表明，可以生成含有一个相位涡旋[即一个内禀的轨道角动量(OAM)]的光子和电子的单粒子波函数。最近的一项实验声称通过中子也可以得到类似的结果[C. W. Clark et al. Nature, 525, 504 (2015)]，Cappelletti等人说明这个实验的结果不足以清楚的证明OAM，实验结果可以完全被解释为相位对比干涉图样。此外，考虑到原始实验中中子的横向相干长度较小，任何中子被放置在OAM态的概率都是微乎其微的。作者强调了相干长度相对大小的重要性：与电子和光子的工作相比，它给中子实验提出了一个独特的挑战。作者提出了一些生成中子OAM态的改进建议。（刘录）

Intrinsic Orbital Angular Momentum States of Neutrons

R. Cappelletti, et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 090402 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.090402

连续变量量子系统的定量层析成像

Landon-Cardinal等人提出了一种连续变量层析成像方案: 使用在帕多瓦点（被推测为用于二维重建的最佳采样点）的Q函数（Wigner函数）的测量结果，通过拉格朗日插值来重构Husimi Q函数（Wigner函数）。作者的方法相比在常规网格上使用等距点的方法，大大减少了所需测量的数量。这一重构算法生成一个重构函数，其误差指数减小，在帕多瓦点数量上运行时间是准线性的。此外，利用Q函数的插值多项式，作者提出了一种直接计算连续变量状态的密度矩阵元的技术，其输入测量误差的传播是线性的。再者，作者推导出此误差的与状态无关的解析界限，这样对密度矩阵的估计伴随着其不确定性的度量。（朱文静）

Quantitative Tomography for Continuous Variable Quantum Systems

O. Landon-Cardinal, et al

Phys. Rev. Lett. 120, 090501 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.0905051

热力学对弹道式

多终端输运精度的约束

对于多终端几何中的经典弹道输运，Brandner等人推导了一个有关总耗散和精度的普适折衷关系。值得注意的是，在破坏时间反演对称性的磁场中，这个界限会显著的减弱。通过求解强磁场导致手性输运的模型Brandner等人说明他们的界限是严厉的。在经典区域外，在远离平衡的量子系统中，粒子的关联交换有可能使精度的热力学损耗指数地减少。（刘玉海）

Thermodynamic Bounds on Precision in Ballistic Multiterminal Transport

Kay Brandner, el al.

Phys. Rev. Lett. 120, 090601 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.090601

引力与天体物理

导读：郭敏勇；责编：高思杰

双中子星合并产生的随机引力波背景

LIGO和Virgo共同报道了GW170817引力波的发现，这是首次探测到双中子星合并发出的引力波。从这次双中子星合并事件中，对合并速率进行估计，显示出，遥远的双中子星可以产生明显的天体随机引力波背景。相较于双黑洞，双中子星的组成方式，与之前的期待值相比，对总的天体背景的增幅体现出更大的贡献。在先进LIGO-Virgo对随机背景最敏感的频段(25赫兹附近)，他们预言，对于双中子星系统，总的天体背景幅度为

有90%的可信度，而对于双黑洞，该幅度为

建立在双中子星最可能的合并速率下，他们提出，如果LIGO和Virgo能达到它们预期的精度，在信噪比为3的情况，40个月后，总的天体背景可以被探测到。

GW170817: Implications for the Stochastic Gravitational-Wave Background from Compact Binary Coalescences

LIGO Scientific Collaboration and Virgo Collaboration

Phys. Rev. Lett. 120, 091101 (2018)

https://journals.aps.org/prl/pdf/10.1103/PhysRevLett.120.091101

基本粒子与场论

责编：晁伟、刘晓辉

ADS/CFT中纠缠

子区域的模块化Berry联络

Berry联络描述由绝热变化的哈密顿量引起的转换。作者研究了模块哈密顿量的零模态是如何通过改变提供模块哈密顿量的区域来受到影响的。在二维共形场论的真空中，全局的共形对称单出一个模块Berry联络，作者在对偶AdS₃中直接计算。在某些情况下，模块化Berry联络的威尔逊圈在AdS₃中计算曲线的长度，再现微分熵公式。模块化Berry联络可以通过体积观测器在变化的加速度下移动来测量。

Modular Berry Connection for Entangled Subregionsin AdS/CFT

B. Czech, et al

Phys. Rev. Lett. 120,091601 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.091601

同位素漂移光谱法探测

新的长距离相互作用

Berengut等人提出用精确的原子同位素移位光谱学来探索新的长程和中程相互作用的方法。作者开发了一种在最小理论输入的情况下将线性King图解释为对新物理的限制的形式。作者主要关注那些可以计算独立的标准模型核效应的新物质贡献的限制。他们将该方法应用到Ca⁺的数据中，用其他原子和离子的窄跃迁来推测新的玻色子与电子和中子的自旋独立耦合的灵敏度。未来的测量预计将灵敏度提高五个量级，它们可能会对0.3到10兆电子伏质量范围的玻色子有前所未有的敏感度。

Probing New Long-Range Interactions by Isotope Shift Spectroscopy

Julian C. Berengut, et al

Phys. Rev. Lett. 120, 091801 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.091801

Bounce作用量的绝对下限

假真空的衰变率取决于隧穿场 bounce 的最小作用量解。在该文章中作者集中研究了N（>2）维欧氏空间中的拥有典型动力学项的标量场模型，并给出bounce作用量的绝对下限。在四维空间中，bounce作用量通常大于 24/λ_cr,其中λ_cr=max[-4V(Φ)/| Φ|⁴]。作者在给出该限制时并没有解运动学方程。限制来自于一个简单的讨论，但是其提供了相当有用的信息，即使在bounce解的表达式很难得到的情况下。该限制提供了假真空稳定性的条件，并且可以快速检验一个模型的真空稳定性。此限制可以应用于有任意多的标量场的标量势。作者进一步讨论了bounce作用量的取值接近该下限情况的必要条件。

Absolute Lower Bound on the Bounce Action

R. Sato and M. Takimoto

Phys. Rev. Lett. 120, 091802 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.091802

QCD中五胶子双圈散射的首次研究

Badger等人计算了无质量QCD中五胶子双圈散射的领头色贡献。所有独立螺旋振幅的被积函数的计算采用d-维广义幺正切割与有限场重建技术。作者利用扇区分解法对积分基进行了数值计算，第一次得到了QCD中2到3散射过程的所有螺旋构型的基准结果。

First Look at Two-Loop Five-Gluon Scattering in QCD

Simon Badger, et al

Phys. Rev. Lett. 120, 092001 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.092001

原子核物理

责编：彭婧

LHC上pp和p+Pb碰撞中关联的

方位各向异性傅里叶谐波的测量

作者通过长程两粒子关联随事件重数的函数变化提取了8.16TeV p+Pb 数据中方位各项异性傅里叶系数（u_n），并与pp和PbPb碰撞中相应的结果做了比较。利用四粒子累计技术，第一次测量了 pp和p+Pb 碰撞中的u_n关联。他们发现，u₂和u₄在所有的碰撞系统中都是正相关的。对于高重数的 p+Pb 碰撞，观测到了u₂和u₃的反关联，关联强度和相同重数的PbPb 数据中的类似。新的关联结果更进一步地表明，在p+Pb和PbPb 碰撞中看到的集体性在测量重数范围内有共同起源。（王亚坤）

Observation of Correlated Azimuthal Anisotropy Fourier Harmonics in pp and p+Pb Collisions at the LHC

A. Sirunyan et al. (CMS Collaboration)

Phys. Rev. Lett. 120, 092301 (2018)

https://journals.aps.org/prl/pdf/10.1103/PhysRevLett.120.092301

原子、分子与光学

导读：宋新秀；责编：张文凯

²⁰⁹Bi的核磁矩：Bi超精细难题的破解

最近，研究人员对类Li的²⁰⁸Bi⁸⁰⁺基态超精细分裂所进行的实验测量导致了一个“超精细难题”——实验结果与理论预测产生了7σ的偏离。本文证明了，这种差异是由²⁰⁸Bi的表列核磁矩（μ_I）的不准确值造成的。本文作者采用相对论密度泛函理论进行了屏蔽常数的相对论耦合簇计算，这个屏蔽常数是要应用于提取μ_I值，并要将其与硝酸溶液中的Bi(NO₃)₃和乙腈中的六氟双铋（V）BiF₆^-离子两者的核磁共振测量相结合。计算结果清楚地表明，μ_I（²⁰⁹Bi）远小于之前使用的表列值。应用这一新的磁矩使得理论预测与实验一致，从而解决了Bi的超精细难题。

New Nuclear Magnetic Moment of ²⁰⁹Bi: Resolving the Bismuth Hyperfine Puzzle

L. Skripnikov, et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 093001 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.093001

利用超快相干高次谐波超连续光

进行近边和扩展边X射线吸收

精细结构光谱的研究

高阶谐波生成中的最新科学进展，使得用桌面级装置来产生跨越12个八度的带宽的空间和时间相干光束成为可能，带宽覆盖从紫外线到光子能量大于1.6keV的X射线。在这里，作者演示了1keV的X射线吸收光谱在固体的K和L吸收边上的应用。本文还报告了，在水窗口光谱区域（284-543eV），使用高通量高次谐波生成的1％带宽10⁹个光子/秒的X射线超连续光的X射线吸收光谱，该光源比前人报道过的桌面级X射线光源光子数要大3个数量级。由于这种X射线辐射是以单一的阿秒至飞秒脉冲形式出现，其峰值亮度非常高，这些全新的相干X射线源非常适合在飞秒和阿秒时间精度和皮米长度精度上来探测最快的分子和材料过程。

Near- and Extended-Edge X-Ray-Absorption Fine-Structure Spectroscopy Using Ultrafast Coherent High-Order Harmonic Supercontinua

D. Popmintchev, et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 093002 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.093002

在里德堡原子中通过六波混频

实现微波到光波的相干转换

本文提出了一个实验演示，通过在冷⁸⁷Rb原子云中混频将微波场转换为光场，其中，微波场和里德堡态之间的电偶极子跃迁之间的耦合非常强。另外，本文还展示了，在这种转换中，微波场的相位信息被相干地传递到了光场。利用当前的能级方案和实验结构，作者在低微波强度下，实现了约0.3％的光子转换效率和大于4MHz的宽转换带宽。理论模拟与实验数据非常吻合，这就表示在未来的实验中实现近单位效率是很有可能的。

Coherent Microwave-to-Optical Conversion via Six-Wave Mixing in Rydberg Atoms

Jingshan Han, et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 093201 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.093201

利用参量放大实现指数增强的光与

物质相互作用、协同作用和稳态纠缠

本文提出了一种实验上可行的方法，用于提高原子场耦合以及光学腔中耦合和耗散之间的比率（即协同性）。它利用光学参量放大来指数级地增强原子-腔相互作用，从而提高了系统的协同性，同时使得压缩引起的噪声完全被消除。因此，原子-腔系统就可以从弱耦合状态被驱动到强耦合状态以获得适度的压缩参数，甚至可以实现远大于100的有效协同性。基于此，作者进一步实现了近乎最大量子纠缠的稳定态的生成。由此产生的纠缠失真（它量化了实际状态与最大纠缠状态的偏差）指数级地小于在其他耗散纠缠制备过程中在不施加压缩时获得的失真的下限。原则上，作者可以制造一个任意小的失真。作者用于增强原子-腔相互作用和协同性的通用方法可以应用于广泛的物理系统中，并且它也可以为量子信息处理提供多种应用。

Exponentially Enhanced Light-Matter Interaction, Cooperativities, and Steady-State Entanglement Using Parametric Amplification

Wei Qin, et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 093601 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.093601

通过反压缩来增强

腔量子电动力学：人造超强耦合

本文提出并分析了一种方法，该方法中，腔的参量（双光子）驱动被用来指数增强通用腔QED设置中的光物质耦合，并具有时间依赖的控制。这种方法可用来增强弱耦合系统，使得它们进入强耦合状态（其中耦合超过耗散速率）甚至超强耦合状态（其中耦合与腔频率相当）。本文作者给出了使用这种方法的具体例子，展示了该方法如何利用一个弱耦合系统来绝热地准备超强耦合系统的高纠缠基态，并且可用于远程纠缠应用。

Enhancing Cavity Quantum Electrodynamics via Antisqueezing: Synthetic Ultrastrong Coupling

C. Leroux, etal.

Phys. Rev. Lett.120, 093602 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.093602

非线性动力学和流体力学

责编：兰岳恒

光子零模非厄米

对称平带中涌现的缺陷态

作者展示了在增益和损耗调制的晶格系统中光子零模组成的平带是存在的，产生于非厄米粒子-空穴对称性。这个一般性的发现解释了先前在宇称-时间系统中观察到的现象，其中非厄米粒子-空穴对称是隐藏的。他们进一步讨论这些系统中的缺陷态，它们的出现可以被看作是在复值伪磁场的影响下赝自旋的非常规对齐。这些缺陷态也表现为具有两种连接类型的链：一种在单个晶胞中，是刚性的；另一种在晶胞之间，是柔软的，因为缺陷态随着增益和损耗强度的增加变得越来越局域化。(王诗旖)

Defect States Emerging from a Non-Hermitian Flatband of Photonic Zero Modes

Bingkun Qi, etal.

Phys. Rev. Lett. 120, 093901 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.093901

在极弱变形下微盘腔中的一对异常点

开放量子和波动系统的一个有趣特征是非厄米简并，被称为异常点，其能级和相应的本征态都完全重合。我们证实，这种简并可以通过极其微弱的边界变形而出现在光学微盘腔中。这一令人惊讶的发现可以用动态隧穿半经典理论来解释。结果表明异常点源自不同对称模式的近似简并对。异常点处模式的空间局部手征性与坡印亭矢量的涡旋结构有关。(王诗旖)

Pair of Exceptional Points in a Microdisk Cavity under an Extremely Weak Deformation

Chang-Hwan Yi, etal.

Phys. Rev. Lett. 120, 093902 (2018)

https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.120.093902

混沌瞬态的终止瞬态相

空间延伸系统中的瞬态混沌可以通过瞬态相的长度来表征，其通常随系统大小（超瞬态）而快速增长。对于这些系统中的一大类，混沌相突然终止，而在常用的可观测量中没有任何明显的前兆。这里我们研究了两个不同模型中的这类瞬态时空混沌。通过使用扰动轨迹探测状态空间，我们证明了在混沌动力学突然崩溃之前出现的“终止瞬态相”的存在。在这一态中，扰动的影响与早期的瞬态大为不同，状态空间中（非）敏感区域的特定模式非常接近混沌运动轨迹。因此，我们假设即使没有扰动，混沌瞬变崩溃也存在适当的前兆，这可能与应对心律失常或脑功能中的时空混沌高度相关。(王诗旖)

Terminal Transient Phase of Chaotic Transients

Thomas Lilienkamp, et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 094101 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.094101

全球海洋模型的对数正态湍流耗散

来自全球海洋湍流数值模拟的数据表明，即使在大的水平尺度上（10km），动能的耗散也近似服从对数正态分布。由于所分析的湍流水平尺度大于海洋深度，所以不能应用三维均匀各向同性湍流间歇性的Kolmogorov-Yaglom理论;但可以应用准地转湍流的降尺度涡旋拟能级联。然而，能量消耗近似服从对数正态性—在不同深度、季节、区域和子网格方案中都鲁棒成立。分布参数、偏度和峰度，关于深度和子网格的对数正态分布显示出了小的系统偏差。对数正态性表明，一些高耗散位置主导累积能量和涡度拟能的分配，在从简化模型进行推断和从稀疏观测推断全局能量分配时应予以考虑。(王诗旖)

Log-Normal Turbulence Dissipation in Global Ocean Models

Brodie Pearson, et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 094501 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.094501

等离子体与束流物理

责编：陈少永

太赫兹驱动的米级相对论束流加速器

太赫兹（THz）辐射能够提供千兆伏特每米的加速场，有望为小型加速器的发展带来新的突破，但是目前粒子束与短激光产生的THz脉冲之间的重叠和同步只能维持在毫米级别。Curry等人采用了一种新的方案，在米级逆自由电子激光波荡器中，使近单周期THz脉冲与相对论电子束的群、相速度实现同步匹配，并在适中的THz脉冲能量（≤1μJ）下获得了150keV的能量调制。该方案也首次实现了基于激光THz源的相对论电子束脉宽压缩与时间标记。（杨生鹏）

Meter-Scale Terahertz-Driven Acceleration of a Relativistic Beam

E. Curry, et al

Phys. Rev. Lett. 120, 094801 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.094801

光跃迁辐射中“阴影”的实验观测

Kieffer等人在205MeV电子束中观察到两个光跃迁辐射（OTR）源间的阴影现象。总光强是源之间距离d（0<d<4L_v）的函数，其中L_v为粒子的形成长度。数据表明，当d接近L_v时，总光强由于阴影而开始下降，直到在d/ L_v→0的非常小的距离内变得无法检测。一个完全基于两个光跃迁辐射源干涉的模型与实验数据吻合良好。据作者所知，这是对光跃迁辐射阴影的第一次系统性实验观察。（秦晨，牟茂淋）

Experimental Observation of “Shadowing” in Optical Transition Radiation

R. Kieffer, et al

Phys. Rev. Lett. 120, 094802 (2018)

https://journals.aps.org/prl/pdf/10.1103/PhysRevLett.120.094802

发展中的强碰撞等离子体

激波的高分辨率测量

Rinderknecht等人在激光驱动的气体喷射实验中，首次直接探测到在等离子体中形成的强碰撞激波波前结构。实验使用526.5nm探测光束的汤姆逊散射来诊断强激波 (M~11) 在低密度(ρ~0.01mg/cc)氢等离子体中传播时的温度和离子速度分布。发现一个速度超过激波速度的正向流动的离子群，可以加热一个不动的或者无激波的冷质子群，同时离子群减速，最终两族群融合并重新开始热化。在融合过程中观察到不稳定性，这表明在激波波前形成时存在一个独特的等离子体相过程。（阳青程，牟茂淋）

Highly Resolved Measurements of a Developing Strong Collisional Plasma Shock

H. Rinderknecht, et al

Phys. Rev. Lett. 120, 095001 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.095001

凝聚态物理：结构

责编：殷志平

使用能量增益和损耗光谱法的纳米级

电子探针进行温度测量

集成纳米级器件的散热是一个需要开发纳米级温度探头的主要问题。本篇文章中，作者报告了结合电子能量增益和损耗光谱的方法的实施，以提供对纳米环境中局部温度的直接测量。作者测量了温度从300K至1600K的对应于氮化硼中一个光学声子模式的损耗和增益峰值。随着样品被加热，损耗和增益峰都呈现向较低能量的移动。温度引起的声子频率移动的第一性原理计算提供了对这种效应起源的见解并证实了实验数据。本篇文章介绍的实验和理论为通过直接探测电子显微镜中的声子来研究材料中的非谐效应打开了大门。（毛慧灿）

Temperature Measurement by a Nanoscale Electron Probe Using Energy Gain and Loss Spectroscopy

Juan Carlos Idrobo, et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 095901 (2018)

https://journals.aps.org/prl/pdf/10.1103/PhysRevLett.120.095901

在地核热力学条件下

氙和铁镍金属化合物的合成

使用原位同步辐射X射线衍射和拉曼光谱并与第一性原理计算相一致，作者证明了在代表地核热力学条件下稳定的Xe(Fe,Fe/Ni)₃和XeNi₃化合物的合成。令人惊奇的是，在Xe-Fe和Xe-Ni体系的情况下，Fe和Ni变得高度电负性并且可以用作氧化剂。这些结果表明，在极端条件下，通过记录在环境压力下的正电性元素可以获得电子并形成阴离子，元素的化学性质发生变化。（麻晓波）

Synthesis of Xenon and Iron-Nickel Intermetallic Compounds at Earth’s Core Thermodynamic Conditions

Elissaios Stavrou, et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 096001 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.096001

光激活千兆赫兹铁电畴动力学

利用时间和空间分辨的硬X射线衍射显微镜，BaTiO₃单晶在光激发下的显著的结构和电动力学同时在亚纳秒级和纳米级单个铁电畴内和跨壁被捕获。在晶体的表面层中，一个大到20MV/m的突发光激电场被发现，其然后驱动极化和晶格动力学，其在表面层与体区域中显著不同。作者开发了动态相位场建模方法，揭示了这些动力学的微观起源，导致千兆赫兹极化和弹性波在声速和空间变化的频率下在晶体中传播。时空成像和动力学建模工具的进步为解开复杂的中尺度结构（如铁电畴）中的超快过程开辟了机会。（曹锦）

Light-Activated Gigahertz Ferroelectric Domain Dynamics

Hirofumi Akamatsu, et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 096101 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.096101

凝聚态物理：电子性质

责编：袁喆，马锋杰，沈卡

时空晶体和时空群

晶体结构以及基于布洛赫定理的能带理论在凝聚态物理研究中扮演着重要角色。本文中，作者将静态晶体扩展为动态的“时空”晶体。该类晶体群通常体现出时空纠缠对称性，其周期性由一系列相互独立的D+1维基矢表征。基于时空晶体的晶体群用来描述离散的时空晶体的对称性。和空间群以及磁群不同的是，时空群是通过“时间螺旋”旋转和“时间滑动”来反应沿着时间方向的对称性。在1+1维体系里面，存在13个不同的时空群。Kramers类型的简并可以在滑动时间反转对称的结构中产生。而在2+1维中，存在275个不同的时空群。特殊类型的时空对称性可以保证光谱的简并，导致受保护的Floquet半金属态的产生。该工作为进一步研究D+1维时空晶体的拓扑性质提供了理论基础。（刘钱）

Space-Time Crystal and Space-Time Group

S. Xu and C. Wu

Phys. Rev. Lett. 120, 096401 (2018)

https://journals.aps.org/prl/pdf/10.1103/PhysRevLett.120.096401

多体陈数、旋转对称性

与填充间的普适关系

理解相互作用系统的拓扑和对称性性质之间的联系是近年来凝聚态物理的一个中心问题。在这篇文章中，Matsugatani等人建立了具有任意相互作用的多体系统的量子霍尔电导的非微扰约束。他们的结果使得能够很容易地确定多体陈数模某一整数，仅基于多体基态的旋转特征值和平均粒子密度且不需要进行任何积分。（方子明）

Universal Relation among the Many-Body Chern Number, Rotation Symmetry, and Filling

Akishi Matsugatani et al.

Phys. Rev. Lett.120, 096601 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.096601

Y₂Ir₂O₇密度波相中的负纵向磁阻

单晶黄绿石Y₂Ir₂O纳米线的基态是密度波。在低温下，施加横向磁场会提高密度波态集体退钉扎电场的阈值，从而导致退钉扎阈值电压附近巨大的磁阻。这和近乎为零的纵向磁场就会显著减小退钉扎阈值电压的情况截然相反，并引发了负磁阻现象。排除了几个其他的可能性以后，作者们提出这个现象很可能是源于Y₂Ir₂O中打开能隙的Weyl半金属相的手性反常。（李松）

Negative Longitudinal Magnetoresistance in the Density Wave Phase of Y₂Ir₂O₇

Abhishek Juyal et al

Phys. Rev. Lett. 120, 096801 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.096801

四层石墨烯中可调的Lifshitz相变

和多能带输运

金属和半导体的费米面在发生Lifshitz相变时会导致材料性质的反常。它与铁基超导的超导电性的发生有关，在Weyl半金属中也扮演着重要的角色。块体材料中，费米能很难调节，因此也就很难观察到Lifshitz相变和相应的反常行为。相比而言，二维材料的费米能和能带结构更容易调节，为研究Lifshitz相变提供更合适的平台。这个工作中，Shi 等人采用具有两套相互交叉的有质量Dirac能带的四层石墨烯，证明了多Lifshitz相变和多能带输运的存在。具体表现为：电导率对电荷密度和面外电场的非单调依赖性、反常量子霍尔序列以及朗道能级的交叉点随电荷密度、外电场和磁场的变化。（李松）

Tunable Lifshitz Transitions and Multiband Transport in Tetralayer Graphene

Yanmeng Shi et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 096802 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.096802

SrTiO₃上外延FeSe薄膜的反铁磁序

在Nb掺杂的SrTiO₃（001）衬底上生长的单层FeSe薄膜在铁基超导体（铁砷族化合物）中表现出最高的超导转变温度（T_C～100 K），然而块体FeSe的T_C值仅为～8 K。尽管块体FeSe不显示反铁磁序，计算表明SrTiO₃衬底上的母体FeSe薄膜是反铁磁性的。实验上，由于缺乏直接探测手段，SrTiO₃衬底上的FeSe薄膜的磁性状态仍然不清楚。在这里，Zhou等人通过磁交换偏置效应测量发现了SrTiO₃衬底上的母体FeSe薄膜反铁磁有序的直接证据。对于单层薄膜，磁阻断温度约为140K。电子掺杂后反铁磁有序消失。(方子明)

Antiferromagnetic Order in Epitaxial FeSe Films on SrTiO3

Y. Zhou et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 097001 (2018)

https://journals.aps.org/prl/pdf/10.1103/PhysRevLett.120.097001

CeAuSb₂中的多q介观磁性

重费米子系统中，在局域态和巡游态相变点附近，f电子展现出十分强烈的自旋轨道耦合作用。这些具有强烈相互作用的费米液体使得体系中的电荷和自旋倾向于形成长波模式态。本文中，作者表明利用外场可以在正方重费米子化合物CeAuSb₂中实现单q到多q自旋密度波的转变。实验发现，当温度低于Néel温度时，如果将材料沿着c轴极化，CeAuSb₂将存在波矢量为q₁的单q模式的正旋自旋密度波。如果外磁场低于2.78T，在波矢量为2q₁处，会有谐波产生，表明体系此时存在条形磁结构。当外磁场高于2.78T，低于5.42 T时，不同谐波会耦合在一起。而继续增大外磁场，材料最终达到磁化饱和。（刘钱）

Multi-q Mesoscale Magnetism in CeAuSb₂

G. Marcus et al

Phys. Rev. Lett. 120, 097201 (2018)

https://journals.aps.org/prl/pdf/10.1103/PhysRevLett.120.097201

计算稀土过渡金属

亚铁磁体中的磁各向异性

高性能的永磁体常被用在发电机、传感器和致动器中。决定永磁体性能高低的因素有体饱和磁化强度的大小以及材料的磁各向异性。早期有工作表明，在稀土元素中掺入过渡磁性原子，可以有效地提高材料的磁化强度以及磁晶各向异性。而基于稀土元素和过渡金属的磁性材料大多是亚铁磁材料。目前，对磁晶各向异性的研究忽略了外磁场对磁结构的影响，所以很难和实验结果吻合。本文中，作者以典型的稀土过渡金属亚铁磁体材料GdCo₅为例，考虑外磁场的影响，来计算温度有关的磁化对外磁场的依赖关系，从而得到各向异性系数。该结果可以和实验吻合的很好，为理解该类材料中的磁性提供了新方法。（刘钱）

Calculating the Magnetic Anisotropy of Rare-Earth-Transition-Metal Ferrimagnets

C. E. Patrick et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 097202 (2018)

https://journals.aps.org/prl/pdf/10.1103/PhysRevLett.120.097202

Fe_xPt_1-x合金居里点附近由自旋涨落

导致的自旋霍尔效应的强烈增强

最近在具有强自旋-轨道相互作用的非磁性重金属体系中观察到稳健的自旋霍尔效应(SHE）。这些自旋霍尔效应要么归因于内在的能带结构效应，要么归因于外来杂质的自旋相关散射，即侧跳(side jump)或偏斜散射(skew scattering)。在这里，Ou等人报导了在铁磁Fe_xPt_1-x合金居里点附近一种特别的归因于自旋涨落的强自旋霍尔效应，其可以通过用x调节。这导致一种类似阻尼的自旋轨道扭矩施加在相邻的铁磁层上，在此过渡区域中其与温度高度相关，且峰值意味着FePt内的尖峰自旋霍尔比下限为0.34±0.02。他们还观察到在FM/FePt界面有效自旋混合电导存在一个明显峰，并确定了这些 Fe_xPt_1-x合金中的自旋扩散长度。这些结果为具有强自旋涨落的铁磁体系中的自旋动力学和输运的基础研究提供了新的机会，并为应用中高效生成强自旋电流创造了新的途径。（方子明）

Strong Enhancement of the Spin Hall Effect by Spin Fluctuationsnear the Curie Point of FexPt_1−x Alloys

Yongxi Ou, et al

Phys. Rev. Lett. 120, 097203 (2018)

https://journals.aps.org/prl/pdf/10.1103/PhysRevLett.120.097203

具有淬火无序的黄绿石

XY反铁磁体中团簇-玻璃相

Andrade 等人研究了淬火无序（随机交换耦合或者格点稀释）对于易面黄绿石反铁磁体的影响。在干净体系中，无序致有序机制(order by disorder)会从经典多重简并构型中选出一个磁有序态。然而，在有随机性存在的时候，系统会根据无序构型选择不同的有序态。作者结合了解析方法和经典的蒙特卡洛模拟，提出随机性超过某一临界水平时任何长程磁有序态都会被破坏，这时系统会因为随机交换各向异性塌缩成不同磁畴，从而成为一种自旋团簇玻璃，这与已有实验数据一致。这些随机各向异性来源于微观哈密顿量中交换耦合的非对角项，这也建立了与其他具有强自旋轨道耦合的磁体的联系。（李松）

Cluster-Glass Phase in Pyrochlore XY

Antiferromagnets with Quenched Disorder

Eric C. Andrade et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 097204 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.097204

两个磁性绝缘体间的自旋波阀效应

近年来由非磁金属或者绝缘体作为间隔层隔开两个磁性层的自旋阀结构备受关注。非磁金属作为中间层的主要物理是自旋极化电子在两个磁性层之间传播时，器件电导受到两个磁性层磁化方向的相对取向所操控。本篇快讯中Wu等人报道了由两个磁性绝缘体YIG和非磁间隔层Au所组成的自旋波阀中的物理现象。当存在一垂直于层方向的温差时，放置于自旋波阀顶部的Pt棒探测到依赖于两个磁性绝缘层磁矩相对取向的逆自旋霍尔电压，这表明一个YIG层中由自旋塞贝克效应引起的自旋波流会受到被Au分隔开的另一个YIG层影响。作者通过两个YIG层中自旋波和Au中传导电子的传输和角动量守恒解释了自旋波阀效应。自旋波阀率和温度的依赖关系近似遵循幂次定律，这支持了上述的自旋波-电子自旋守恒机制。本篇工作超出了传统自旋阀，打开了新的阀结构研究大门。（李松）

Magnon Valve Effect between Two Magnetic Insulators

H. Wu et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 097205 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.097205

自旋轨道耦合的二维Lieb晶格中的

激子极化激元

在高温超导电性铜酸盐中发现的Lieb晶格中因其存在非平庸拓扑相近年来被广泛研究，但是Lieb晶格模型中的多体效应、自旋轨道效应以及轨道结构至今没有被研究。Whittaker等人在这个工作中研究了二维微柱Lieb晶格中的激子极化激元。在这个系统中，能谱展现出由S和P_x,y光子轨道形成的两条扁平能带，作者在高功率激发下在扁平能带上触发了玻色凝聚。轨道波函数的对称性结合光子自旋轨道耦合给出了在扁平能带凝聚体具有赝自旋结构的发射图样。本篇快讯展示了极化激元晶格在模拟包含自旋轨道耦合、轨道自由度和相互作用的扁平能带哈密顿量上的潜在应用。（李松）

Exciton Polaritons in a Two-Dimensional Lieb Lattice with Spin-Orbit Coupling

C. E. Whittaker et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 097401 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.097401

腔耦合双量子点中

电声相互作用的微波检测

量子限域导致了量子点中的离散电子态的形成。在这里，Hartke等人探测了与微波腔电偶极子耦合的悬浮InAs纳米线双量子点（DQD）中的电子声子相互作用。他们在导线上施加有限的偏压驱使双量子点激发态的稳态布居，从而能够直接测量双量子点跃迁能量处的电子-声子耦合强度。由于纳米线的声子模式，双量子点能级失谐时腔场的幅度和相位响应呈现周期性振荡。这个观察到的腔相移与预言了由于耦合声子导致腔中心频率重整的理论一致。（方子明）

Microwave Detection of Electron-Phonon Interactions in a Cavity-Coupled Double Quantum Dot

T. R. Hartke etal.

Phys. Rev. Lett.120, 097701 (2018)

https://journals.aps.org/prl/pdf/10.1103/PhysRevLett.120.097701

利用自旋流调控三端磁振子

晶体管中的磁振子自旋电导

近期，利用磁振子进行信息的编码以及传输已被广泛提出，但是，如何有效操纵磁振子的传输仍然不是十分明确。本文中，Cornelissen等人从实验上对钇铁石榴石中热磁振子的扩散输运进行研究。作者指出，在磁性绝缘体薄膜中，磁振子的自旋导电通道可以通过改变薄膜中磁振子的密度而被调制，类似于场效应晶体管中的电子输运行为。在250K下，调制效率可以达到1.6%。利用有限元模型，作者表明，只要减低薄膜的厚度，该效率可以增加到10%，为开发新型逻辑电路提供了有趣的前景。（刘钱）

Spin-Current-Controlled Modulation of the Magnon Spin Conductance in a Three-Terminal Magnon Transistor

L. J. Cornelissen et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 097702 (2018)

https://journals.aps.org/prl/pdf/10.1103/PhysRevLett.120.097702

软物质与生物物理

责编：叶方富

受限肌动球蛋白凝胶的

最大涨落：细胞核的动力学

Rupprecht等人研究了应力涨落对嵌入到粘性凝胶的内含物的随机动力学的影响。他们发现，在非平衡体系中，应力涨落导致朝向受限区域边界的有效吸引，这类似于活性卡西米尔（Casimir）效应。他们将这一一般性的结果应用到细胞核的形变动力学，发现在一临界活性值处出现最大涨落，该发现和Makhija等人的实验结果[E. Makhija, D. Jokhun, and G. Shivashankar, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 113, E32 (2016)] 相吻合。（杜光乐）

Maximal Fluctuations of Confined Actomyosin Gels: Dynamics of the Cell Nucleus

J.-F. Rupprecht, et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 098001 (2018)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.098001

[文字编辑：谢晓芝]

来源：京师物理