来源:京师物理 发布时间:2018/11/21 14:14:13
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PRL论文导读:2018年121卷17期

 

普通物理:统计与量子物理
 
导读:王子;责编:任捷
 
以量子度量测量揭示张量单极子
 
单极子作为一种有趣的拓扑研究对象,在规范理论和物质拓扑态中发挥着至关重要的作用。尽管常规单极子处在奇数维平坦空间中(例如三维里的Dirac单极子和五维里的非阿贝尔Yang单极子),但根据理论预言,在偶数维中存在着更为新奇的单极子结构。这就是所谓的“张量单极子”。它与张量(Kalb-Ramond)规范场有关,并且可以被定义在四维平坦空间中。本文中,作者通过引入定义在四维参数空间中的实际三带模型,探究了在凝聚态物理中制备并测量上述张量单极子的可能性。作者所使用的探测方法基于以下事实:张量单极子的拓扑荷可以与一种广义Berry曲率建立联系,并且它的信息可以直接用量子度量提取出来。作者提出了一个实际的三能级原子系统。在该系统中,张量单极子可以被制备并通过量子度量测量的手段来展示。
 
Revealing Tensor Monopoles through Quantum-Metric Measurements
 
G. Palumbo and Nathan Goldman
 
Phys. Rev. Lett. 121, 170401 (2018)
 
 
 
 
一般开放多体系统中的热化与加热动力学
 
过去十年,人们对于孤立量子体系热化的理解取得了显著进展。本文作者把本征态热化假说和量子测量理论相结合,将量子热化的框架扩展到了开放多体系统的范围。作者证明,一个一般多体系统若处在连续观测下,会在单个轨迹的程度上热化。同时,量子测量的非酉性会导致一些在孤立系统中没见过的独特热化机制。通过将他们的理论应用到特定的模型中,作者给出了支持上述结论的数值证据,而这些模型可以使用量子气体显微术,在原子-空腔系统中被实现。对于处在Lindblad主方程下的量子多体系统,文中理论提供了确定其等效温度的一般方法。它对耦合于非热化马尔可夫环境的噪声动力学或耗散系统,以及被连续测定的系统,都适用。另外,本文提供了另一个观点用以理解为何热力学涌现如此普适。
 
Thermalization and Heating Dynamics in Open Generic Many-Body Systems
 
Yuto Ashida, Keiji Saito, et al.
 
Phys. Rev. Lett. 121, 170402 (2018)
 
 
 
 
用光的连续变量与离散变量
 
混合纠缠展示EPR操控
 
EPR操控是用来实现单边的器件无关的量子信息协议的一个关键方法。文中作者用连续变量与离散变量光量子比特的混合纠缠,演示了EPR操控。为此,作者报道了恰当的操控不等式,并且给出了实际操控所需的要求和细节。通过实验中观测到的超过5个标准偏差的对LHS模型的违反,作者证实了EPR操控的存在。本文结果说明:在可连接不同物理平台和译码方式的异构量子网络中,光混合纠缠有着巨大的实际应用潜力。
 
Demonstration of Einstein-Podolsky-Rosen Steering Using Hybrid Continuous- and Discrete-Variable Entanglement of Light
 
A. Cavaillès, H. Le Jeannic, et al.
 
Phys. Rev. Lett. 121, 170403 (2018)
 
 
 
 
量子计算机上非平衡动力学的模拟
 
作者给出一个可以模拟非平衡热态随时间演化的量子-经典混合算法。该方法依赖于以经典手段计算密度矩阵的稀疏近似,再通过量子计算机使每个矩阵元素随时间演化。为进行上述探索性的研究,作者在Rigetti Forest量子虚拟机上探究了五个自旋的含时Ising模型,并且在Rigetti 8Q-Agave量子处理器上模拟了一个单自旋系统。
 
Simulation of None quilibrium Dynamics on a Quantum Computer
 
Henry Lamm and Scott Lawrence
 
Phys. Rev. Lett. 121, 170501 (2018)
 
 
 
 
从少平均逻辑门保真度重构量子门
 
[编者推荐语]作者将随机基准测试和压缩感知的特征结合起来,实现了一种容错且资源高效利用的量子过程层析方案。
 
对量子过程的刻画在量子技术的发展中是一个关键的任务,特别在现在的充满噪音的中等尺寸器件中体现得尤为明显。随机基准测试是其中一种刻画方法,它对态的制备和测量误差有鲁棒性,可以被用来标定Clifford门的基准。另一方面,压缩感知技术基本可以在最佳资源效率下实现对量子信道的完全层析。本文中,作者证明:以上两种方式的优点可以被结合起来。为了表征多量子比特酉逻辑门,作者给出了一种严格得到保证并且实际可行的重构方法。上述方法基本在最优数目平均逻辑门保真度(关于随机Clifford酉元测量得到)下运作。另外,对一般的单量子信道,作者给出了对酉 2-design的明确推广,也是可以得到实际可行且得以保证的重构。一个附带的结果是:作者得到了一个对酉性的新的统计学诠释,它可以被用来刻画一个过程的相干性。
 
Recovering Quantum Gates from Few Average Gate Fidelities
 
I. Roth, R. Kueng, et al.
 
Phys. Rev. Lett. 121, 170502 (2018)
 
 
 
 
对耗散量子输运的局域性限定
 
作者证明,在耗散、局域且平移不变的量子马尔可夫自旋系统中,扩散率存在一上界:D ≤ D0 + (α vLRτ +β ξ) vC。其中,vLR是Lieb-Robinson速度,vC是根据流算符定义的速度,τ是去相干时间,ξ是相互作用范围,D0是去相干引起的微观扩散率,而α和β是精确定义的无量纲常数。该上界通过一些物理量限定了量子输运,而这些物理量要么可以从微观相互作用(D0,vLR,vC,ξ)得到,要么可以通过独立且局域的非输运测量(τ,α,β)得到。作者把具有在位失相的半自旋XXZ链作为一个例子,说明了上述的一般结果。本文中的结果是对Lieb-Robinson限定的推广,它限制了耗散体系中守恒密度的亚弹道扩散过程。
 
Locality Bound for Dissipative Quantum Transport
 
Xizhi Han (韩希之) and S. Hartnoll
 
Phys. Rev. Lett. 121, 170601 (2018)
 
 
 
 
准粒子激元的纠缠量
 
本文作者探究了扩展多体系统中准粒子激元的量子纠缠量。他们证明,激元对两体von Neumann和Renyi纠缠熵的贡献具有相加性,并且该纠缠熵的形式简单而普适。它在很大程度上与激元的动量和质量,几何,维数,以及纠缠区域的连通性等因素无关。该结果具有天然的来自于量子信息理论的诠释:考虑到量子(不可)区分性,每个准粒子可以与两个量子比特相联系,在或不在纠缠区间,表示为态的纠缠。这对包含有限数目的准粒子,且其德布罗意波长或者内禀关联长度有限的任何激发态都适用。上述情况包括:有质量量子场论和有带隙格点系统中的粒子激元,共形场论和无带隙模型中的一些高激发态。作者在一维有质量玻色和费米自由场理论,以及更高维的简单模型中解析地导出了上述结果。作者还给出了简谐链和二维简谐格点在上述条件满足的区域内的数值结果。最后,作者给出了可积自旋链模型和其他无粒子产生的相互作用系统中的支撑性计算。本文中的结果指出了使用量子多体系统实现纠缠态的新的可能。
 
Entanglement Content of Quasiparticle Excitations
 
Olalla A. Castro-Alvaredo, et al.
 
Phys. Rev. Lett. 121, 170602 (2018)
 
 
 
 
相干射频控制的三维核自旋定位
 
在用核磁共振(NMR)对分子结构进行确定的应用中,通过偶极相互作用的距离测量十分根本,但它只提供了自旋之间绝对距离r和极角θ的信息。在本文中,作者给出一种测量方案,它可以同时测出方位角φ。若使用上述方法,在用校准好的外加射频线圈施加一束控制脉冲后,需要测量核进动的相位角。作者在实验上,相对于单个NV心的中心电子自旋,对处于金刚石基质晶体中单个13C核自旋,进行了三维定位。若要实现以原子精度对单分子结构进行成像的纳米尺度NMR技术,本文提出的核自旋三维定位技术是十分关键的。
 
Three-Dimensional Nuclear Spin Positioning Using Coherent Radio-Frequency Control
 
J. Zopes, K. Herb, et al.
 
Phys. Rev. Lett. 121, 170801 (2018)
 
 
引力与天体物理
 
导读:郭敏勇;责编:高思杰
 
带角动量的引力波所捕获并引导的物体
 
通过波捕获物体的研究已经从电磁学延伸到了引力。有研究表明,带有角动量的引力波可能会在其轴附近积聚各种宇宙碎片。两种情况下的捕获机制都可以追溯到与空间度规局部转动有关的科里奥利力。同样的机制导致特洛伊小行星在太阳-木星之间稳定的拉格朗日点L4和L5的振动。在波心附近的被捕获物体也可能与银河系喷射的形成有关。
 
Trapping and Guiding Bodies by Gravitational Waves Endowed with Angular Momentum
 
I. Bialynicki-Birula and S. Charzyński
 
Phys. Rev. Lett. 121, 171101 (2018)
 
 
基本粒子与场论
 
责编:晁伟、刘晓辉
 
从振幅得到广义相对论
 
作者概述了用现代量子场论的方法,通过截断多引力子、两体、与质量场的非在壳散射振幅致经典项,来计算经典广义相对论中的客观测量的流程。因为只有长程相互作用对应着需要被包含的非解析贡献,幺正切割(unitarity cuts)极大地简化了后牛顿(post-Newtonian)和后闵可夫斯基(post-Minkowskian)展开。作者通过计算后牛顿展开的第二阶相互作用势以及后闵可夫斯基展开的两个带质量物质的二阶散射函数,来展示这种由场论得到经典广义相对论的方法。作者还重新推导了引力的轻-轻散射(light-by-lightscattering)的所有阶精确解。
 
General Relativity from Scattering Amplitudes
 
N. E. J. Bjerrum-Bohr et al.
 
Phys. Rev. Lett. 121, 171601 (2018)
 
 
 
味、类伽利略理论的几何
 
作者用李代数的观点来对有着伽利略类型的无坐标依赖的冗余对称性的无质量相互作用标量场的洛伦兹不变的理论进行分类。作者证明了,最多相差一组低能有效耦合,这类理论完全由物理的,非冗余的内部对称性的李代数的仿射表示 (affine representation)以及它的目标空间的度规所决定。基于诸如在软极限(soft limit)下有增强的散射振幅的特殊性质,这就建立了无穷多类与宇宙学和高能物理有关的理论。
 
Geometry of Multiflavor Galileon-Like Theories
 
Mark P. Bogers et al.
 
Phys. Rev. Lett. 121, 171602 (2018)
 
 
 
精确测试IIB类型弦论中的AdS6/CFT5
 
超共形场论(SCFTs)在维度大于4时,变成了量子场论在一般理解下的积分部分,并对低维理论有着很多有意思的提示。这些理论很难用传统方法来定义,但是可以通过弦论来刻画。最近,人们建立了5维SCFTs的一大类AdS/CFT对偶,更进一步地支持它们的存在,并且能够定量地研究。作者对这些对偶进行了决定性测试。作者得到了SCFTs规范形变的配分函数和中心荷并且把结果外插到共形不变点。在合适的大N极限下,作者得到的结果和Ads/CFT的预言精确一致,为提出的对偶提供了很强的支持。
 
Precision Test of AdS6/CFT5 in Type IIB String Theory
 
Martin Fluder et al.
 
Phys. Rev. Lett. 121, 171603 (2018)
 
 
 
高自旋规范理论和体局域性
 
作者展示了在anti-deSitter时空中不可能得到高自旋规范场之间自恰的Noether相互作用的结果(no-go result)。在假设所有理论都是由一个全局高自旋对称性规范所得到的前提下,作者证明了,由自由Fronsdal作用量描述的、无质量高自旋粒子的自恰相互作用理论,在经典层面有一个非局域的障碍。作者的结果证实了如果不引入新的、可能超越经典场论框架的指导原理的话,由Fronsdal程序来构建高自旋规范场的相互作用是不可能完备的。
 
Higher-Spin Gauge Theories and Bulk Locality
 
Charlotte Sleight et al.
 
Phys. Rev. Lett. 121, 171604 (2018)
 
 
 
改进的中子-反中子震荡搜索重子
 
生成的启示:最小有效理论分析
 
未来的中子-反中子震荡实验,如欧洲的Spallation Source和Deep Underground Neutrino实验,旨在找到重子数破坏的首个证据。作者通过有效场论(EFT)参数化,分析了用改进的中子-反中子震荡来搜索通过中子-反中子介质的相互作用的重子合成的影响。作者发现即便在最小化EFT构造下,中子-反中子震荡可探测的参数空间与宇宙学可观测的重子数反对称的参数空间有所重合。奇异新粒子的质量尺度大概在TeV到PeV区间,因而无法被LHC以及后续的升级实验所探测。考虑到有大量高能理论可以和作者讨论的最小化EFT匹配或者类似,未来的中子-反中子震荡实验可以探测当前实验无法探测的重子合成理论。
 
Implications of an Improved Neutron-Antineutron Oscillation Search for Baryogenesis: A Minimal Effective Theory Analysis
 
Christophe Grojean et al.
 
Phys. Rev. Lett. 121, 171801 (2018)
 
 
 
2.2 × 1021质子靶的T2K实验搜索
 
中微子-反中微子震荡中的CP破坏
 
T2K实验测量了在加速器产生的中微子-反中微子束中,μ中微子的消失和电子中微子的出现。通过在中微子(反中微子)模式下的14.7 ( 7.6 ) × 1020个靶质子的曝光,观测到了89个电子中微子候选和7个反电子中微子候选,而在正常质量顺序以及δCP= 0的情况下预期应有67.5个电子中微子和9 个反电子中微子。获得的2σ置信区间内的δCP的结果不包含CP守恒的情形(δCP=0,π)。其他参数最好的拟合结果是sin2θ23 = 0.526+ 0.032−0.036 and Δm32 2 = 2.463 + 0.071− 0.070 × 10− 3 eV2/c4。
 
Search for CP Violation in Neutrino and Antineutrino Oscillations by the T2K Experiment with 2.2 × 1021 Protons on Target
 
K. Abe et al. (T2K Collaboration)
 
Phys. Rev. Lett. 121, 171802 (2018)
 
 
 
测量半轻子D0( + ) → π  ( 0 ) μνμ衰变
 
分支并测试轻子味普遍性
 
文章用在BEPCII对撞机上用BESIII探测器收集的积分亮度为2.93fb-1、质心能为3.773GeV实验数据来分析了D0( + ) → π − ( 0 ) μ+ νμ半轻子衰变。实验测得D0→ π −μ+ νμ的分支与D+ → π0μ+ νμ的分支分别为( 0.272 ± 0.00 8 stat ± 0.00 6 syst ) % 和 ( 0.350 ±0.01 1 stat ± 0.01 0 syst ) %。前者的精度比之前的结果得到了极大的提升而后者为首次测量结果。利用这些结果以及之前BESIII测量的D0( + )→ π − ( 0 ) e+ νe的结果,作者计算了分支比R0 ≡ BD0 → π− μ+ νμ / BD0 → π− e+νe = 0.922 ± 0.03 0 stat ± 0.02 2 syst 以及 R+ ≡ BD+ → π0 μ+ νμ / BD+ → π0e+νe = 0.964 ± 0.03 7 stat ± 0.02 6 syst。该结果与理论预期在1.7σ和0.5σ内相一致。作者还检验了在不同动量转换区间内的分支比,发现与标准模型的预言没有大的偏差。
 
Measurement of the Branching Fraction For the Semi-leptonic Decay D0( + )→ π − ( 0 ) μ+ νμ and Test of Lepton Flavor Universality
 
M. Ablikim et al. (BESIII Collaboration)
 
Phys. Rev. Lett. 121, 171803 (2018)
 
 
 
双粲偶素过程中的非相对论
 
QCD因子化破坏和解决方案
 
贺志国以及合作者在非相对论QCD(NRQCD)框架下研究了双重偶素的单举过程,并证明了在存在两个P-波Fock态的时候,NRQCD因子化定理被破坏,红外极点无法被消除干净。作为重要的唯像学例子,作者考虑了通过b¯b(3P[8]Jb)→c¯c(3P[1]J)+gg的Υ→χcJ+X衰变以及通过e+e−→c¯c(3P[8]J1)+c¯c(3P[1]J)+g发生的e+e−→J/ψ+χcJ+X的产生过程。作者推测在次领头街这些极点会在双夸克偶素的强子产生中显现。作为该问题的一个解决方案,作者在NRQCD有效场论中引入了一类新的算符,这些算符的量子修正可以吸收这些极点。
 
Breakdown of Nonrelativistic QCD Factorization in Processes Involving Two Quarkonia and its Cure
 
Zhi-Guo He et al.
 
Phys. Rev. Lett. 121, 172001 (2018)
 
 
原子核物理
 
责编:耿立升
 
22Ne(p,γ)23Na反应的直接捕获截面
 
Ep=71keV  105keV处的共振态
 
作为氢燃烧中氖-钠循环的一部分,22Ne(p,γ)23Na反应可以解释实验上观测到的球状星团中钠和氧丰度之间的反相关现象。该反应的反应速率由许多低能共振和缓慢变化的非共振成分控制。最近实验上在实验室系质子束流能量 Ep=156.2,189.5和259.7 keV处观测并确认了3个新的共振态的存在。然而,由于非共振过程以及在Ep=71和105keV处两个潜在的共振态的影响,反应速率仍然具有显著的不确定性。F. Ferraro等人测量得到了具有高统计性以及低本底的新的22Ne (p,γ)23Na反应数据。两个潜在的共振态的上限被严格地限制在6×1011和7×1011(90%置信水平)。此外,他们将对非共振S因子的测量推到了更低的能量,该结果对来自一个亚阈值共振态以及直接俘获过程的贡献提供了进一步的限制。因此,在 0.1GK的温度下,22Ne(p,γ)23Na反应速率的不确定度降低了3个数量级。(肖杨)
 
Direct Capture Cross Section and the Ep=71 and 105 keV Resonances in the22Ne(p,γ)23Na Reaction
 
F. Ferraro, et al. (LUNA Collaboration)
 
Phys. Rev. Lett. 121, 172701 (2018)
 
 
 
从QCD的角度分析重物理
 
对无中微子双β衰变的贡献
 
目前全世界范围内有许多试图观测无中微子双β衰变的实验,这是一个轻子数不守恒的过程,被建议可以用来解释中微子质量的本质。为了在高能标下研究核衰变速率,超出标准模型的新物理(BSM)需要对我们对量子色动力学(QCD)非微扰效应有详细的理解。利用格点QCD模拟,A. Nicholson等人计算了由重的BSM中间传播子引起的,通过领头阶π-→π+交换图对无中微子双β衰变过程有贡献的必要的短程算符(ππee)的矩阵元。利用他们的结果以及有效场论方法可以模型无关的计算相应的两核子衰变,该计算结果可以被用来作为研究相关实验衰变过程的核多体计算的输入量。他们发现短程算符(ππee)的贡献可能与长程马约拉纳(Majorana)中微子交换的贡献相当,甚至更大。(肖杨)
 
Heavy Physics Contributions to Neutrinoless Double Beta Decay from QCD
 
A. Nicholson, et al.
 
Phys. Rev. Lett. 121, 172501 (2018)
 
 
原子、分子与光学
 
导读:宋新秀;责编:张文凯
 
偏振费米子在幺正态的有限温度方程
 
本文以非微扰的方式研究了在很宽的温度范围和自旋极化下的幺正费米气体的热力学。为此,作者使用了复数Langevin方法,这是强耦合系统的第一原理方法。具体而言,本文给出了态密度方程、磁化强度和磁化率的结果。在零极化时,本文的结果与态密度方程和实验数据的最新结果都有很好的吻合。在有限极化和低逸度条件下,本文结果与三阶维里展开也非常一致。在接近平衡极限的完全量子力学机制中,超流性的临界温度表现出仅微弱依赖于自旋极化。
 
Finite-Temperature Equation of State of Polarized Fermions at Unitarity
 
Lukas Rammelmüller, et al.
 
Phys. Rev. Lett. 121, 173001 (2018)
 
 
 
利用物质波干涉进行构象选择
 
本文确定了近共振紫外光栅的物质波衍射可用于在空间上分离复杂分子的各个构象。通过计算,本文证明了所制备的分子束的构象纯度可接近100%,并且所有分子都保持在其电子基态。另外,该技术不受偶极矩和分子自旋的影响,因此为使用碳氢化合物和生物分子(例如神经递质和激素)进行结构敏感性实验铺平了道路,并且,到目前为止,这些分子还无法进行纯构象分离。
 
Conformer Selection by Matter-Wave Interference
 
Christian Brand, et al.
 
Phys. Rev. Lett. 121, 173002 (2018)
 
 
 
分离偶极子和四极子
 
对单光子双电离的贡献
 
本文主要报道了用单个1100 eV圆偏振光子从运动学角度完整测量了氦的双电离。通过在双电子连续体态中利用偶极选择规则,作者观察到了源自纯四极跃迁的电子的角发射模式。文中全微分实验数据和同时做的从头算非微扰理论分析都显示了偶极子和四极子对光双电离的贡献的分离,并为研究准自由机制的本质提供了新见解。
 
Separating Dipole and Quadrupole Contributions to Single-Photon DoubleIonization
 
S. Grundmann, et al.
 
Phys. Rev. Lett. 121, 173003 (2018)
 
 
 
用于光学信号处理的非局域超表面
 
光学模拟信号处理作为克服数字技术的速度和能量限制的一种方式而受到广泛的关注。超表面为实现这一目标提供了一个很有希望的途径,因为其能在亚波长范围上有效地操纵光信号。迄今为止,科学工作者已经利用超表面在空间领域转换信号,例如,用于波束控制、聚焦或全息术,对于这些信号来说,角度相关响应或非局域性都是必须避免或减轻的不想要的特征。在这里,作者证明了可以设计超表面非局域性,以便在超薄平台上实现动量域中的信号处理。另外,作者还探讨了执行基本数学运算的非局部超表面,为快速高效的超薄器件的边缘检测和光学图像处理铺平了道路。
 
Nonlocal Metasurfaces for Optical Signal Processing
 
Hoyeong Kwon, et al.
 
Phys. Rev. Lett. 121, 173004 (2018)
 
 
 
实时重建强场驱动的偶极子响应行为
 
本文展示了强驱动时间依赖系统的全时间偶极响应在单吸收谱上的重建,只需要使用一个足够短的脉冲来初始化系统的相干激发。作者将这一发现应用于几个飞秒体系下双激发原子态之间Rabi循环的时域观察。这就能够精确定位在双激发态氦中在2TW/cm2的临界激光强度附近几个能级的量子动力学的击穿。对于物质的非平衡状态,该方法解锁了低至阿秒级别的跨时间尺度的单次实时分辨信号重建。与传统的泵浦探针方案相比,该方法不需要扫描时间延迟来访问实时信息。该技术未来的潜在应用范围包括测试强场中的基本量子动力学,以及在传统瞬态吸收光谱中测量和控制超快化学和生物反应过程。
 
Real-Time Reconstruction of the Strong-Field-Driven Dipole Response
 
V. Stooß, et al.
 
Phys. Rev. Lett. 121, 173005 (2018)
 
 
 
电子结构对称性恢复的阿秒控制
 
激光脉冲可以通过制备具有不同不可约表征的状态叠加来破坏原子和分子的电子结构对称性。在这里,本文通过两个圆偏振激光脉冲,发现了其逆过程对称性恢复。文中用于对称性恢复的激光脉冲被设计为对称性破缺脉冲的副本。如果选择时间延迟,并使叠加态在时间中心具有相同的相位,就能够实现对称性恢复。这个条件必须在几个阿秒的精度上满足。本文还给出了C6H6分子和87Rb原子的数值模拟。通过对87Rb原子进行高对比度时间依赖Ramsey干涉测量,从而证明了对称性恢复的实验可行性。
 
Attosecond Control of Restoration of Electronic Structure Symmetry
 
Chun Mei Liu, et al.
 
Phys. Rev. Lett. 121, 173201 (2018)
 
 
 
高于超低温的s波系统的特征
 
共振交换是在多体动力学和传输现象中起关键作用的一般过程,包括自旋,电荷或激发扩散等,该过程由共振交换横截面描述。作者证明了通常被认为主要在超冷(或Wigner)体系中起作用的s波散射决定了在广泛能量范围内的整体截面。作者得出一个解析表达式并解释其在Wigner机制之上的适用性。特别是,作者证明了它与经典捕获(Langevin)截面的关系,并将其应用于三种非常不同的共振过程:即共振电荷转移,自旋翻转和激发交换。该表达式解释了不同同位素导致的巨大变化,这些巨大变化无法通过质量的微小变化来解释。s波特征还允许人们利用在更高温度下获得的数据获取关于Wigner系统的信息,这对于无法达到超冷温区的系统有特别的意义。
 
Signature of the s-Wave Regime High above Ultralow Temperatures
 
Robin Côté, et al.
 
Phys. Rev. Lett. 121, 173401 (2018)
 
 
 
原子-离子自旋交换碰撞中
 
不同分波之间的锁相
 
本文利用单个88Sr+离子与各种超精细态的超冷Rb原子云相撞来进行其自旋动力学的联合实验和理论研究。两个粒子之间的自旋交换发生在平均9.1(6)次Langevin碰撞之后,而Sr+离子塞曼量子比特的自旋弛豫是发生在48(7)次Langevin碰撞之后,明显比先前研究的系统要慢,这是由于存在较小的二阶自旋轨道耦合。此外,随着磁场的增大,作者观察到了吸热自旋交换速率的降低。作者还发现虽然碰撞所获得的相位在自旋单线态和三线态势上时在不同的分波之间变化很大,可决定自旋交换截面的单线态-三线态相位差在一个宽的分波范围内都锁定的单个值上,这样就会导致量子干涉效应。
 
Phase Locking between Different Partial Waves in Atom-Ion Spin-Exchange Collisions
 
Tomas Sikorsky, et al.
 
Phys. Rev. Lett. 121, 173402 (2018)
 
 
 
受量子涨落控制的稀流体
 
超出平均场范式来理解复杂量子系统中相互作用的效应是物理学中的一个基本问题。本文展示了如何调整玻色-玻色混合物中的原子数和相互作用以完全消除平均场相互作用。由此产生的系统完全由量子涨落控制,特别是Lee-Huang-Yang相关性。作者推导出一个有效的单组分Gross-Pitaevskii方程用于该系统,与完整的双组分表征相比,该方程显示出了很高的准确性。这使作者能够展示如何使用两种强大的原子气探针(集体激发和射频光谱)来精确测量Lee-Huang-Yang相关能。重要的是,系统的行为对于原子数和相互作用基准的偏差具有鲁棒性,可抵消平均场相互作用。这表明,实现量子涨落不被平均场力掩盖的设置是可行的,这就允许了以前所未有的精度研究Lee-Huang-Yang校正。
 
Dilute Fluid Governed by Quantum Fluctuations
 
Nils B. Jørgensen, et al.
 
Phys. Rev. Lett. 121, 173403 (2018)
 
 
 
利用压缩光实现超出
 
散粒噪声极限的激光功率稳定
 
高精度计量应用需要高水平的激光功率稳定性。可实现的功率稳定性的经典极限是由产生功率控制信号的光的散粒噪声来决定的。增加被检测光的功率会降低相对散粒噪声水平,并允许更高的稳定性。然而,并不总是能够获得足够高的功率,并且检测高激光功率具有挑战性。在这里,作者演示了一种非经典的方法,在不增加检测功率的前提下,提高可实现的激光功率稳定性。通过注入光的压缩真空场,作者将经典的激光功率稳定性提高到超过其散粒噪声极限9.4+0.6 -0.6dB,到达5到80 kHz的傅里叶频率。对于仅90.6μA的检测光电流,文中实现了相对激光功率噪声2.0+0.1 -0.1×10-8/√Hz。这是压缩光增强激光功率稳定的第一次证明,其性能相当于经典机制检测到的激光功率几乎增加了10倍。分析表明,这里介绍的技术在单个光电探测器上测量58 mA光电流时能达到4.2×10-10/√Hz的稳定水平。
 
Laser Power Stabilization beyond the Shot Noise Limit Using Squeezed Light
 
Henning Vahlbruch, et al.
 
Phys. Rev. Lett. 121, 173601 (2018)
 
 
 
用玻色-爱因斯坦凝聚在反冲解析光学
 
环形谐振腔中观察亚辐射原子动量态
 
本文基于Cola-Bigerni-Piovella理论,通过实验研究了在反冲解析光环谐振器内的玻色-爱因斯坦凝聚体中亚辐射原子动量态的形成。原子被从侧面用包含两个频率分量的激光激发。它们共振驱动了三个离散原子动量态之间的腔辅助拉曼跃迁。在几百微秒内,系统演变成静止的亚辐射状态。在这种状态下,凝聚物发展出两个密度光栅,适合于将泵浦场的两个频率分量衍射到谐振器中。这两种分量相互干扰,从而有效地抑制了散射。实验观察到了两个激发组分的各种振幅比在0和2.1之间的一系列亚辐射态。这些实验结果可用平均场近似中的三态量子模型来很好地解释。
 
Observation of Subradiant Atomic Momentum States with Bose-Einstein Condensates in a Recoil Resolving Optical Ring Resonator
 
P. Wolf, et al.
 
Phys. Rev. Lett. 121, 173602 (2018)
 
 
 
在开放式光纤腔中捕获的
 
中性原子上的强Purcell效应
 
本文观察到与光纤腔强耦合的光学捕获的87Rb原子的D2线的六倍Purcell展宽。在近共振激光的外部照射下,高达90%的原子荧光被发射到谐振腔模式上。通过观察光子自相关函数中强的窄反聚束倾角,证实了腔输出的亚泊松统计和原子衰减速率的Purcell增强。通过单侧谐振器的高透射镜的光子泄漏是场衰减(κ≈2π×50MHz)的主要贡献,因此就为诸如量子存储器和单光子源提供高带宽的光纤耦合的通道。
 
Strong Purcell Effect on a Neutral Atom Trapped in an Open Fiber Cavity
 
J. Gallego, et al.
 
Phys. Rev. Lett. 121, 173603 (2018)
 
 
 
具有多重共振的Wannier激子的
 
超辐射-Polariton过渡
 
本文通过改变样品厚度而不是控制腔的品质因子,证明了Cu2O中蓝色激子的超辐射-极化过渡。然后,作者将此过渡行为与基于非局域光学响应理论(包括三个激子共振)的前所未有的计算进行了比较,发现过渡厚度为177±2nm,这比单个共振的预测值小5倍。存在比体相大得多纵向-横向分裂(40±5meV)的这一事实意味着即使没有腔结构,也可以出人意料地快速辐射复合。
 
Superradiance-to-Polariton Crossover of Wannier Excitons with Multiple Resonances
 
Mitsuyoshi Takahata, et al.
 
Phys. Rev. Lett. 121, 173604 (2018)
 
 
非线性动力学和流体力学
 
责编:兰岳恒
 
与单纳米孔相互作用
 
光子纠缠的对称性保护
 
Büse等人通过实验证明量子纠缠在与单个亚波长等离子体纳米孔(总体积为V~0.2λ3)相互作用中可以被对称性保护。他们通过实验证明,在与纳米孔相互作用之后,双光子纠缠可以完全保留或完全丢失,仅仅取决于量子态之间的相对相位。可以通过使用特殊设计的双光子状态来匹配纳米孔的特性来获得这个效果。通过这种方法可以达到对称保护状态,即受相互作用几何约束的状态,从而保持其纠缠。Büse等人证明了尽管交互作用很小,但对称保护纠缠态保留了其主要性质。纳米光子学和量子光学之间的这种联系探究了量子干涉现象的基本界限。(江柯缙)
 
Experimental Demonstration of an Ultrabroadband Nonlinear Cloak for Flexural Waves
 
Alexander Büse, et al
 
Phys. Rev. Lett. 121, 173901 (2018)
 
 
 
用于挠曲波的超宽带非线性
 
隐形斗篷的实验演示
 
挠曲波的宽带遮蔽是一个主要挑战,因为控制方程在坐标变换下不是形式不变的。Darabi等人使用由各向同性均匀层组成的单一材料制造挠曲隐形结构,并提供了薄板中第一个近乎理想的宽带隐形斗篷的实验证据。他们出示的3D打印结构可以在宽频率范围(2kHz-11kHz)内有效地隐藏物体。本文所提出的隐形斗篷在屏蔽传感器和敏感元件在桥梁,汽车和飞机中受到的振动影响方面有着潜在应用。(江柯缙)
 
Experimental Demonstration of an Ultrabroadband Nonlinear Cloak for Flexural Waves
 
Amir Darabi, et al.
 
Phys. Rev. Lett. 121, 174301 (2018)
 
 
 
量子铁磁流体湍流
 
Bland等人通过从高度非平衡态冷凝的偶极玻色气体研究量子铁磁流体中湍流的基本特征。他们的模拟揭示了偶极相互作用驱动极化湍流和密度波纹的出现。超流体涡流线和密度波动采取柱状或分层构型,取决于偶极相互作用的符号,涡流倾向于以最小化动能在低密度区形成。当相互作用主要是偶极时,涡流线长度的衰减增强,表现为t-3/2的标度行为。该系统为实现分层量子湍流和利用磁场产生和控制湍流给出了令人振奋的前景。(江柯缙)
 
Quantum Ferrofluid Turbulence
 
T. Bland, et al.
 
Phys. Rev. Lett. 121, 174501 (2018)
 
 
 
所有密度比下可压缩Richtmyer-Meshkov
 
不稳定性增长率和幅度的定量理论
 
由于存在可压缩性和非线性,可压缩流体中Richtmyer-Meshkov不稳定性的理论处理是一项具有挑战性的任务。在这篇文章中,Qiang Zhang等人基于两点Pade逼近和渐近匹配的方法,给出了可压缩流体Richtmyer-Meshkov不稳定性中指形流增长率和振幅的定量理论。该理论涵盖了从早期到晚期的整个时域,适用于任意流体密度比的系统。并且理论预测与几个独立数值模拟和实验得到的数据非常吻合。(江柯缙)
 
Quantitative Theory for the Growth Rate and Amplitude of the Compressible Richtmyer-Meshkov Instability at all Density Ratios
 
Qiang Zhang, et al.
 
Phys. Rev. Lett. 121, 174502 (2018)
 
 
等离子体与束物理
 
责编:陈少永
 
动态等离子体透镜聚焦高亮度电子束
 
等离子体技术可以大幅降低用于科研、医疗和工业领域的加速器尺寸,为研发小型化台式装置提供了可能。在克服传统加速器的电流限制并将粒子加速到更高能量的同时,由于等离子体加速器通常带有很大的角发散,因此必须采用强力且可调的聚焦光学器件。动态等离子体透镜作为一种小型而廉价的聚焦手段,其产生的径向对称磁场可达到四极透镜磁场和螺线管磁场的多个量级。然而,最近的研究发现这种聚焦方式可能出现高度的非线性,并导致发射度的显著增长。对此,Pompili等人通过实验提出了降低非线性和改进透镜的方法。研究结果为下一代聚焦器件的小型化带来了重大突破。(杨生鹏)
 
Focusing of High-Brightness Electron Beams with Active-Plasma Lenses
 
R. Pompili, et al
 
Phys. Rev. Lett. 121, 174801 (2018)
 
 
 
托卡马克等离子体中小尺度磁岛的非线性
 
动理学离子响应:新经典撕裂模阈值物理
 
Imada等人提出了托卡马克等离子体中离子对磁岛响应的一种新漂移动理学理论。考虑小尺度磁岛(即磁岛宽度w远小于等离子体半径r,同时与捕获离子轨道宽度ρbi相当),对w/r做展开,可以把系统维度从五维降到四维。在没有静电势的情况下,离子沿流线运动,该流线具有和磁岛一样的漂移岛结构,但额外漂移了几个ρbi的距离。离子分布函数在这些漂移岛上变平,而非在磁岛上。对于小磁岛(w~ρbi),漂移后的漂移岛使压强梯度在磁岛上保持不变,这解释了先前的模拟结果[E.Poli et al., Phys. Rev. Lett. 88,075001 (2002)]。为了维持准中性条件,系统中形成了一个静电势,该静电势同时也维持了电子压强梯度。这种对电子物理的影响被证明可以稳定宽度为几个离子香蕉宽度的小磁岛,为新经典撕裂模提供了一种新的阈值机制——这是影响未来托卡马克(包括ITER)运行的关键结果。(阳青程,牟茂淋)
 
Nonlinear Kinetic Ion Response to Small Scale Magnetic Islands in Tokamak Plasmas: Neoclassical Tearing Mode Threshold Physics
 
K. Imada, et al
 
Phys. Rev. Lett.121, 175001 (2018)
 
 
凝聚态物理:结构
 
责编:殷志平
 
由温度梯度引起的声子角动量
 
晶体中的声子模式通常具有角动量。然而在具有时间反演对称性的晶体中声子角动量却在平衡状态下相互抵消了。在这篇文章中,作者证实一旦在晶体中施加温度梯度并存在热流,声子的分布变得不平衡,此时热流会产生一个有限的角动量。这个机制可以类比到电子系统中的Edelstein效应。这个效应要求晶体具有足够低的晶体对称性,比如极性和手性晶体结构。由于原子核带有正电荷,声子角动量将使晶体磁化。另外,当晶体自由旋转的时候,由于总角动量的守恒,由此产生的声子角动量将被转化为晶体的刚体旋转。此外,在金属晶体中,声子角动量将被部分转化为电子的自旋角动量。(曹锦)
 
Phonon Angular Momentum Induced by the Temperature Gradient
 
Masato Hamada, et al
 
Phys. Rev. Lett. 121, 175301 (2018)
 
 
 
基于第一性原理的
 
IV族元素的复杂低能四面体多晶型
 
碳的能量图景极其复杂,包括金刚石、富勒烯、纳米管和石墨烯等多种重要的亚稳态相。在这种情况下搜索结构,特别是那些具有大单胞的结构,是具有挑战性的。本文作者使用联合随机搜索策略,使用两种算法(与空间群和图论相结合的从头算随机结构搜索和随机抽样策略)将连通性约束应用于包含多达100个碳原子的单胞。作者发现三个低能碳多晶型(Pbam-32,P6/mmm, I4¯3d)具有新的拓扑结构,在它们的原胞中分别含有32,36和94个原子。它们相对于金刚石的能量分别为96, 131和112 meV /原子,这表明它们是潜在的亚稳态。这三种碳同素异形体是具有机械和动态稳定性的、超硬机械性能的绝缘碳晶体。I4¯3d结构具有7.25 eV的直接带隙,这是碳同素异形体族中最宽的带隙。用硅、锗和锡替换掉碳的Pbam-32、P6/mmm和I4¯3d结构也表现出能量的、动态的和机械的稳定性。计算的电子性质表明,它们是半导体和光伏应用的潜在材料。(麻晓波)
 
Complex Low Energy Tetrahedral Polymorphs of Group IV Elements from First Principles
 
Chaoyu He, et al.
 
Phys. Rev. Lett. 121, 175701 (2018)
 
 
 
费米面嵌套与声子频隙驱动的
 
反常热输运
 
典型的金属和非金属晶体的晶格导热系数kL随温度的升高而迅速降低,这是因为声子-声子之间的相互作用比声子-电子之间的相互作用更强。通过第一性原理计算,作者发现,当金属具有嵌套性费米面,并且声学支声子与光学支声子之间存在大的频率间隙时,kL变得几乎与温度无关。然后,声子-电子之间的相互作用变得比声子-声子之间的相互作用更强,从而产生完全不同的kL行为。该行为在V族过渡金属碳化物、钒碳化物、铌碳化物和钽碳化物中表现的尤为明显,而且这种现象在其它几种金属化合物中应该也会出现。这项工作深入研究了固体中热传导的物理特性,并确定了一种由费米面与声子色散之间相互作用驱动的新的热流区域。(毛慧灿)
 
Fermi Surface Nesting and Phonon Frequency Gap Drive Anomalous Thermal Transport
 
Chunhua Li, et al.
 
Phys. Rev. Lett. 121, 175901 (2018)
 
 
凝聚态物理:电子性质
 
责编:袁喆,马锋杰,沈卡
 
有内部非点式对称性的准粒子
 
干涉的选择定则
 
Queiroz和Stern两人研究了与晶格平移算符对易的非点式对称性是如何反映在扫描隧道显微镜测得的准粒子干涉图谱上的。准粒子干涉图谱源于布洛赫态与杂质的散射,它记录了入射和散射波的干涉随能量和探针位置的变化关系。作者发现尽管杂质和探针都会破坏空间对称性,但准粒子干涉图谱仍旧能够给出这些空间对称性的普适信息。这些对称性会给布洛赫函数的不同动量分量施加限制条件,导致准粒子干涉图谱中特定动量转移的选择定则。作者发现对称性的普适信息隐含在没有准粒子干涉图谱信号处,或者在它的复制体的相对强度中。作者给出一维链和层状化合物ZrSiS有效模型的示例并讨论了这个理论在分析Weyl半金属TaAs的准粒子干涉图谱中的应用。作者指出他们的理论尤其适用于有着棍式和层空间群的材料,或者当一个关联序参数增大原胞的情况。(李松)
 
Selection Rules for Quasiparticle Interference with Internal Nonsymmorphic Symmetries
 
Raquel Queiroz and Ady Stern
 
Phys. Rev. Lett. 121, 176401 (2018)
 
 
 
GdPtBi中由三重点附近跃迁
 
引起的线性频率光电导率
 
Hütt等在零磁场中低至10K的温度下,在20至22000cm-1(2.5meV-2.73eV)的频率范围内测量了半Heusler化合物GdPtBi的复光电导率。他们发现T≤50K时,电导率的实部σ1(ω)在50到800cm-1(~6-100meV)的宽范围内几乎是完全线性的。这种线性强烈暗示着接近化学势处存在三维线性电子能带的带交叉(节点)。能带结构计算显示存在三重点,其中一个双重简并和一个非简并能带在化学势附近相互交叉。通过比较他们的数据以及从能带结构计算得到的光电导率,他们得出结论,观察到的近似线性的σ1(ω)起源于三重点附近所有跃迁的累积效应。(方子明)
 
Linear-in-Frequency Optical Conductivity in GdPtBi due toTransitions near the Triple Points
 
F. Hütt et al.
 
Phys. Rev. Lett. 121, 176601 (2018)
 
 
 
非常规超导配对
 
引起Andreev反射的反常移动
 
有着非常规配对形式的超导体是一个很吸引人的研究方向,其中的关键问题是探索出能够识别配对形式的物理效应。Andreev反射描述一个电子在正常金属-超导体界面反射出一个空穴的过程,同时它也可以作为一种探测超导配对形式的机制。本文中Yu等人预言在非常规超导体的Andreev反射中,反射的空穴在非常规配对的作用下会获得一个垂直于入射面的反常空间位移。这个横向位移对于超导能隙的结构很敏感,而且每种配对类型都对应着不同的电压特征。这个工作提出一种有可能用于探测非常规配对能隙结构的新型技术。(李松)
 
Unconventional Pairing Induced Anomalous Transverse Shift in Andreev Reflection
 
Zhi-Ming Yu et al.
 
Phys. Rev. Lett. 121, 176602 (2018)
 
 
 
流体动力学Weyl金属中的
 
发电机效应和湍流
 
[编辑推荐语]:特定的拓扑材料可以在实验室用来测试发电机效应,一种针对恒星和行星上产生磁场的想法。
 
发电机效应是一类在天体物理学中产生和维持磁场的宏观现象。由于涉及到大尺度,导电气体和等离子体的流体力学三维运动达到高流体动力学雷诺数或/和磁性雷诺数。现有的实验室条件来模拟发电机效应是非常挑战的,而且需要具有承载快速螺旋流动导电气体的大型设备。本文中Galitski等人提出流体动力学金属这样的电学固态材料可以作为一种观测发电机效应的平台。受到近期实验发展的启发,作者集中考虑了主要散射机制是相互作用的流体动力学Weyl半金属。他们推导了Navier-Stokes方程以及磁流体力学方程来描述在Weyl电子-空穴等离子体的输运,并估算了这个系统中的流体动力学雷诺数和磁性雷诺数,结果表明磁性雷诺数可以大到能够在实验中观测到由发电机效应诱导的磁场自益。最后,作者将最简单的发电机不稳定模型Ponomarenko发电机推广到流体力学Weyl半金属,发现手性反常项能够降低造成发电机不稳定性的临界磁性雷诺数。(李松)
 
Dynamo Effect and Turbulence in Hydrodynamic Weyl Metals
 
Victor Galitski et al.
 
Phys. Rev. Lett. 121, 176603 (2018)
 
 
 
jerk流:一种新型光伏效应
 
三阶极化磁化率能够代表偏压晶体绝缘体中的光诱导电流。在本文中Fregoso等人研究了三阶极化磁化率的物理发散行为,发现在没有动量弛豫情况下诱导光电流随着光照时间平方增长。作者把这个光电流称作jerk 流,并确认了它的两种来源。一种是静电场对光学方式注入的载流子进行流体力学加速,另一种是在静电场下载流子注入速度的变化。作者所研究的光电流含有垂直于静电场的分量,这是电场中的载流子在标准流体力学描述中不存在的特征。作者设计了一种可以探测这种jerk流以及与它的几个有趣行为的实验。(李松)
 
Jerk Current: A Novel Bulk Photovoltaic Effect
 
Benjamin M. Fregoso et al.
 
Phys. Rev. Lett. 121, 176604 (2018)
 
 
 
通过控制体积-表面电导的交叉
 
实现拓扑绝缘体的本征自旋传输
 
由于表面态的存在,使得拓扑绝缘体中的载流子具有较高的迁移率。但是在实际的实验条件下,不可避免存在热激发和缺陷态,它们不受拓扑保护,但会影响体系的总电导。为了充分发挥拓扑绝缘体的优势,需要抑制块体输运,使其表面成为主要的输运通道。本文中,作者在拓扑绝缘体Bi2Te2Se中,研究控制输运贡献的方法。结果显示,当将样品冷却到低温或降低传导通道长度时,可以在体系中建立一种本征的表面主导的输运。且该类输运是通过四探针扫描隧道显微镜在原位实现的,无需进一步裁剪样品。此时,拓扑表面态表现出的迁移率比之前报道的数量级高一个量级的,自旋极化接近理论预测值。该结果为实现拓扑自旋电子器件提供了新途径。(刘钱)
 
Accessing the Intrinsic Spin Transport in a Topological Insulator by Controlling the Crossover of Bulk-to-Surface Conductance
 
W. Ko et al.
 
Phys. Rev. Lett. 121, 176801 (2018)
 
 
 
在超薄IrO2量子阱中操纵载流子有效质量
 
载流子的有效质量与迁移率、态密度等固体中的重要物理性质紧密相连,在现代电学、光学和催化器件中扮演着重要的角色。本文中Kawasaki等人展示了一种通过调节空间限制条件操纵过渡金属氧化物IrO2量子阱中载流子有效质量的方法。作者将原位角分辨光电子谱测量和氧化物分子束外延生长相结合,发现超薄IrO2薄膜中的低能电子子带的有效质量相比于块体的有效质量增加了6倍。这种有效质量的显著增强来源于IrO2的三维非抛物电子能带在超薄极限下的量子化效应。这个机制与其他过渡金属氧化物中由复杂的电子-电子相互作用所引起的难以调控的增强机制不同。本文基于对三维块体能带的理解,给出了一种在空间受限系统中增强和操控载流子有效质量的一般性途径。(李松)
 
Engineering Carrier Effective Masses in Ultrathin Quantum Wells of IrO2
 
Jason K. Kawasaki et al.
 
Phys. Rev. Lett. 121, 176802 (2018)
 
 
 
利用贝雷曼效应探测Bi2Se3
 
拓扑表面态的红外光谱
 
理想的Bi2Se3 薄膜或单晶具有三维拓扑绝缘性和较强的自旋轨道耦合作用。受到自旋和动量之间强耦合的保护,界面上二维电子气不受背散射的影响,因此具有较高的迁移率,且在室温下几乎是恒定不变的。但是,在真实样品中,总是不可避免地存在缺陷,使得电子的介电常数较高,有效质量较低。近期,分子束外延技术测得Al2O3基板上的Bi2Se3 薄膜具有较高的纯度,使得从实验检测其中的二维电子气成为可能。本文中,作者将贝雷曼效应(Berreman effect, BE)应用于二维电子气探测中。结果显示,在Bi2Se3的高纯度薄膜与Al2O3衬底之间形成的二维电子系统中,测得电荷密度为(8±1)×1012cm−2, 厚度为0.6±0.2nm, 迁移率为290±30cm2/Vs。同时,这些参数在300和10 K的温度范围内是不依赖于温度的。该发现进一步解释了二维电子气的形成机制。(刘钱)
 
Infrared Spectroscopy of the Topological Surface States of Bi2Se3  by Use of the Berreman Effect
 
E. Falsetti et al.
 
Phys. Rev. Lett. 121, 176803 (2018)
 
 
 
二维电子盘中等离激元阻尼的急剧减少
 
在这篇快报中,Gusikhin等利用不同直径圆盘中二维电子的共振微波吸收研究了等离激元阻尼。他们发现在强阻滞状态下等离子体阻尼出乎意料地急剧减少。这个发现意味着二维电子体系平面外延迟等离激元场很大的非局域化。等离极化激元波的阻尼与延迟参数间的一种普适关系得到报导。(方子明)
 
Drastic Reduction of Plasmon Damping in Two-Dimensional Electron Disks
 
P. A. Gusikhin et al.
 
Phys. Rev. Lett. 121, 176804 (2018)
 
 
 
弹道电子的粒子碰撞与负非局域响应
 
在反电流方向上建立电场(被称为非局域负阻)在粘性流中自然产生,通常被视为是这种范畴的一个标志。在这里,Shytov等人预测了弹道范畴的负阻,其中电子-电子碰撞平均自由程大于系统被探测的长度尺度。因此,单独的负阻并不能为这种流体动力学范畴的发生提供有力证据; 因此,它必须从无可辩驳的证据等级降级为仅仅是先验性的等级。此外,他们发现,弹道范畴中的负响应是对数增加的,其物理与稀疏气体动力学中记忆效应导致的有重要影响的Dorfman-Cohen对数发散相关。因此,弹道范畴为探索这些由电子相互作用引起的有趣效应提供了独特的环境。(方子明)
 
Particle Collisions and Negative Nonlocal Response of Ballistic Electrons
 
Andrey Shytov et al.
 
Phys. Rev. Lett. 121, 176805 (2018)
 
 
 
自旋折纸的拓扑性和几何性
 
[编辑推荐语]许多阻挫磁体中显示出简并的基态,且该基态可以映射到折纸上的折叠运动。
 
一般而言,具有各向同性相互作用的Kagome反铁磁材料同时具有阻挫和简并的物理性质,但在具有空间各向异性相互作用时,Kagome材料中的基本性质却不十分清楚。本文中,作者通过确定一类系统来研究各向异性自旋系统中的拓扑性和几何性。结果显示,该类系统的简并基态可以映射到广义自旋折纸上的折叠运动。具体而言,在Cs2ZrCu3F12中,基态可映射到平面折纸片上,具有与各向异性系统相似的简并性。其他的,如Cs2CeCu3F12,可以映射到具有非零高斯曲率的薄片上,从而获得更稳定的机械波纹表面。值得注意的是,即使是这样的畸变,也并不总是能消除整个简并度,而是允许一个较大的零能模空间的存在。对于Cs2CeCu3F12,由于与结构相关的点群对称性的作用,使得这些模式呈现出受拓扑不变量保护的双简并狄拉克(Dirac)线节点。该方法为识别和解释自旋系统的简并性提出了新方向。(刘钱)
 
Topology and Geometry of Spin Origami
 
K. Roychowdhury et al.
 
Phys. Rev. Lett. 121, 177201 (2018)
 
 
 
高磁场下量子自旋材料中
 
无序诱导的玻色-爱因斯坦凝聚的检测
 
掺杂Br杂质的耦合自旋-1链材料NiCl2-4SC(NH2)2(DTN)有望成为高磁场下观察多体局域的理想选择:即所谓的“玻色玻璃”,一种零温度玻色子流体,可压缩,无能隙,非相干和短程关联。利用核磁共振,Orlova等着重关注了掺杂DTN中Bose玻璃的稳定性,发现它具有一种新颖的无序诱导的有序物质态,在这种态中多体物理导致局域杂质态中出现量子相干的意外恢复。这种新的根据13±1% Br掺杂DTN的核磁共振T1-1弛豫速率数据建立的“出自无序的有序”相的实验相图,与大规模量子蒙特卡罗模拟的理论预测非常吻合。(方子明)
 
Detection of a Disorder-Induced Bose-Einstein Condensate in a Quantum Spin Material at High Magnetic Fields
 
A. Orlova et al.
 
Phys. Rev. Lett. 121, 177202 (2018)
 
 
 
通过奇异关联子
 
将拓扑场论映射到共形场论
 
You等人在2014年提出了对称保护相下的奇异关联子的概念。本文中,作者通过取string-net基态和乘积态之间的内积,将此概念扩展到拓扑相。结果显示,由于相应的转移矩阵继承了string-net态所有矩阵乘积算子的对称性,促使得到的二维配分函数要么是临界的,要么是对称性破缺的。对于临界系统,这些非局域矩阵乘积算子的对称性是场理论描述中拓扑保形缺陷的点阵残余。作者认为通过将奇异关联子概念应用于Ocneanu管代数中得到string-net中不同的拓扑扇区,以得到不同的保形边界条件。此外,作者通过展示已知的张量网络重整化方法如何被理解为精确粗粒度奇异关联子的近似截断,提出关于对称保留实空间重整化的新观点。(刘钱)
 
Mapping Topological to Conformal Field Theories through strange Correlators
 
R. Vanhove et al.
 
Phys. Rev. Lett. 121, 177203 (2018)
 
 
 
磁铁矿中Verwey相变以下的
 
轨道域动力学行为
 
磁铁矿的金属-绝缘体相变称为Verwey相变,发生该相变时,体系中的电荷-轨道呈现有序排列以及晶格将从立方结构转变到单斜结构。为了进一步理解和调整金属-绝缘体相变中的纳米尺度特性,需要了解纳米尺度范围、相关长度尺度和序参数的时间演化。本文中,作者使用x射线相关光谱来研究电荷-轨道序的绝缘相在绝缘体到金属转变过程中的动力学行为。通过将Fe中L3边缘调节到的超晶格峰,作者探测到Fe中t2g轨道有序域存在于低温绝缘相,而在高温金属相却被禁止。在Verwey相变之下,作者观察到两种截然不同的机制。在第一种情况下,磁铁矿遵循Arrhenius特性,轨道波动的特征时间尺度随温度的升高而减小。在第二种情形下,磁铁矿相分离为金属和绝缘相,相变的动力学由金属-绝缘界面边界条件决定。(刘钱)
 
Orbital Domain Dynamics in Magnetite below the Verwey Transition.
 
R. Kukreja et al.
 
Phys. Rev. Lett. 121, 177601 (2018)
 
 
 
只存在四极交换的量子比特
 
[编辑推荐语]一种设想提出的自旋比特发现控制和改变噪声间的最佳节点可能允许具有高速比特操作和非常长相干时间的计算.
 
Russ等人提出了一种仅存在四极交换这种量子点中最主要退相干机制的自旋比特,它对电荷噪声和核自旋失相具有很强的鲁棒性。这个比特由四个被捕获在三个量子点中的电子组成,并且在无退相干子空间中操作以减轻由于核自旋引起的失相。为了降低对电荷噪声的敏感度,这个比特可以完全在扩展的电荷噪声的最佳节点处操作,此节点在一阶程度上对电子涨落不敏感。由于库仑相互作用介导的格点交换,比特的能量劈裂是电可控的,即使在“关闭”构型中也可达到几GHz,这使其可以与传统的微波腔兼容。(方子明)
 
Quadrupolar Exchange-Only Spin Qubit
 
M. Russ, J. Petta, and G. Burkard
 
Phys. Rev. Lett. 121, 177701 (2018)
 
 
 
有铁磁势垒的Josephson结中的
 
二次谐波电流相位关系
 
Stoutimore等人发现超导-铁磁-超导异质结中的电流相位之间的关系是由二阶Josephson谐波主导的。这种异常的电流相位关系出现在温控0到π结转变附近,此时一阶Josephson谐波消失。直接的电流相位关系测量以及0-π转变中的Josephson干涉测量、超流和半整数Shapiro台阶都自洽的表明存在本征二阶谐波项,这也排除了半周期行为的其他常规起源。虽然扩散性的多模式结中的结果令人吃惊,但是大的二阶谐波行为与薄铁磁层中的理论预言一致。(李松)
 
Second-Harmonic Current-Phase Relation in Josephson Junctions with Ferromagnetic Barriers
 
M. J. A.Stoutimore et al.
 
Phys. Rev. Lett. 121, 177702 (2018)
 
 
软物质与生物物理
 
导读:巫浩;责编:涂展春
 
溶致彩色(Chromonic)液晶中手性指向矢
 
构象影响下的粒子的布朗动力学
 
Martinez等人研究了悬浮在溶致彩色液晶二乙酸二钠(DSCG)的向列相中具有平面锚定条件的胶体球的布朗动力学。与典型的液晶不同,DSCG的异常小的扭曲弹性模量允许向列指向矢的两个能量上不同的螺旋形变(扭曲的尾部)影响悬浮的球体。视频显微镜用于表征螺旋扭曲与粒子尺寸的关系,并测量粒子均方位移。对于两个扭曲的尾部构象,其平行于远场指向矢方向上的扩散系数和垂直于远场指向矢方向上的扩散系数是不同的。两个方向上的扩散系数的各向异性比率也是不同的。此外,对于垂直于指向矢的运动(>100 s),从次扩散到扩散行为的转变是异常缓慢的。作者建议使用Miesowicz粘度和扭曲弛豫方法来理解均方位移的观测结果。
 
Brownian Dynamics of Particles “Dressed” by Chiral Director Configurationsin Lyotropic Chromonic Liquid Crystals
 
Angel Martinez, et al
 
Phys. Rev. Lett. 121, 177801 (2018)
 
 
 
理想基质上聚合物熔体的温控滑移
 
Hénot等人表征了聚二甲基硅氧烷熔体与两个不同的非吸引表面之间的流体动力学边界条件的温度依赖性。其中两个非吸引表面由十八烷基三氯硅烷自组装单层或者短聚二甲基硅氧烷链的嫁接层制成。作者观察到滑移长度与流体粘度成正比,温度依赖性深受表面影响。作者发现聚合物液体施加在表面上的粘性应力遵循与在相同表面上滑动的交联弹性体的摩擦应力完全相同的温度依赖关系。在远高于玻璃化转变温度,这些观察结果可以在基于活化能的分子模型的框架内被合理地解释:观察发现滑移长度随着温度的升高而增加或减少依赖于体积粘度的活化能与界面Navier摩擦系数的活化能之比。
 
Temperature-Controlled Slip of Polymer Melts on Ideal Substrates
 
Marceau Hénot, et al
 
Phys. Rev. Lett. 121, 177802 (2018)
 
 
 
远离平衡的力学网络中零模的自主驱动
 
零模或软模是力学组分的非平凡耦合,该耦合导致某个自由度上不能抵抗形变。设计的零模有充当微观马达或存储设备的潜力,但这需要一个内部驱动过程,其可以克服其他模中多余的涨落以及实际系统中的固有耗散。在这篇快报中,Woodhouse等人从理论和实验展示了力学网络中复杂的零模可以通过非平衡活性有选择地调动。作者发现,与实验上通过物理网络的高频振动模拟出的热涨落相比,关联的活性浴启动一个无限小的零模,同时抑制更高阶模的涨落。此外,自推进动力学自发地调动有限的力学系统,诸如自推进拓扑孤子。因此,非平衡活性使得通过网络拓扑设计出的调节系统能够自主驱动。
 
Autonomous Actuation of Zero Modes in Mechanical Networks Far from Equilibrium
 
Francis G. Woodhouse, et al
 
Phys. Rev. Lett. 121, 178001 (2018)
 
 
 
提高活性物质中微生物的游动速度
 
Soni等人研究了波动薄片在活性向列液晶各向同性相中的游动行为。活性改变有效剪切粘度,有效剪切粘度在活性的临界值处降为零。通过对薄片的振幅做展开,作者发现活性对游动速度的修正与有效剪切粘度成反比。他们的微扰计算在活性的临界值附近是不成立的;通过使用数值方法来探索这种情况,作者发现,与被动情况相比,活性将游动速度提高了一个数量级。
 
Enhancement of Microorganism Swimming Speed in Active Matter
 
Harsh Soni, et al
 
Phys. Rev. Lett. 121, 178002 (2018)
 
 
 
细胞骨架的各向异性
 
控制粘性细胞的几何和力
 
Pomp等人研究了由高度各向异性的肌动蛋白细胞骨架所表征的粘性细胞的几何和力学性质。通过结合微柱阵列的理论与实验,作者演示了细胞边缘的形状由椭圆弧精确描述,椭圆弧的偏心率表示内部细胞应力的各向异性程度。这导致沿着细胞边缘的空间变化的张力,其显著地影响了细胞施加在基质上的牵引力。此工作突出了细胞力学和几何之间的重要的相互影响,并为从几何数据重构细胞的力铺平了道路。
 
Cytoskeletal Anisotropy Controls Geometry and Forces of Adherent Cells
 
Wim Pomp, et al
 
Phys. Rev. Lett. 121, 178101 (2018)
 
 
 
 
 
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