来源:京师物理 发布时间:2019/1/9 14:47:40
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PRL论文导读:2018年121卷26期

 

普通物理:统计与量子物理
 
导读:王子;责编:任捷
 
测量光晶格中费米子
 
与硬核玻色子的单粒子密度矩阵
 
光晶格中的超冷原子为典型的量子格点模型提供了一个干净可控并且被很好孤立的物理实现。随着近期量子气体显微镜的出现,对单个格点上原子占据情况的测量已经成为了可能。但目前为止,对占据数基矢下单粒子密度矩阵中的非对角元的测量还没有被实现。本文中,作者提出了一个可得到费米子与硬核玻色子的上述基本物理量的方案,并且探究了它的准确度与可行性。这项方案的实现依赖于:远距离格点之间较大等效隧穿耦合的实现,以及在两次淬火之后可测量格点占据的实验方法。
 
Measuring the Single-Particle Density Matrix for Fermions and Hard-Core Bosons in an Optical Lattice
 
Luis A. Peña Ardila, et al.
 
Phys. Rev. Lett. 121, 260401 (2018)
 
 
 
 
光子系统离散时间
 
量子随机行走中的超对称偏振反常
 
量子反常会导致有限期望值从而违背系统显而易见的对称性。它对于电子、光子与原子系统中各种拓扑效应十分关键。虽然量子反常会引起系统对外场的独特响应,但一般却难以被直接观测到。本文中,作者用光网络实现了离散时间量子随机行走,在其中,系统中的反常可以直接通过观测拓扑能隙态的独特圆偏振被探测到。作者提出的实验系统基于单步实验方案,它克服了先前多步实验方案的不可行性。该系统的演化结合了手征对称与先前未被探究的酉超对称。在实验测量随机行走硬币态的基础上,作者进行了完整的偏振层析,提供了对预期的反常能隙态的证据。文中的研究为动力学地提纯量子态的量子信息应用提供了新的前景。
 
Supersymmetric Polarization Anomaly in Photonic Discrete-Time Quantum Walks
 
Sonja Barkhofen, et al.
 
Phys. Rev. Lett. 121, 260501 (2018)
 
 
 
 
神经网络重整化群
 
作者基于具有层次结构的可逆产生模型,提出了一种变分重整化群(RG)方法。此模型可从物理空间到隐空间(含简化互信息)进行层级的变量变换。相反地,神经网络可按照逆RG流直接将独立高斯噪音映射到物理构型上去。此模型具有精确且容易处理的似然性,而这为无偏训练以及对隐变量重整化能量函数的直接获取提供了可能。为了训练对应的模型,作者对物理问题中的裸能量函数进行了概率密度蒸馏。其中,训练损失为物理学自由能提供了一个变分上界。作者给出了Ising模型中互相独立的集体变量,并在隐空间中进行了加速的混合Monte Carlo采样,由此展示了此方法的实际应用价值。最后,作者对文中方法与RG的小波公式化系统以及现代保信息RG研究之间的联系进行了说明。
 
Neural Network Renormalization Group
 
Shuo-Hui Li and Lei Wang
 
Phys. Rev. Lett. 121, 260601 (2018)
 
 
 
 
量子随机建模中的矩阵乘积态
 
在随机建模中,人们付出了巨大的努力,试图能使用最少的过去信息来预测一个随机过程的未来。同时,在凝聚态物理中,矩阵乘积态(matrix product states, MPS)是一维自旋链的一个特别有效的表征方法。本文中,作者将每一个随机过程与自旋链恰当的量子态相联系。他们证明,随机过程的最优预测模型与对应的量子态的MPS表征直接联系。相反的,MPS方法为最被熟知的量子预测模型提供了一个系统性的构建方法。上述的联系使可以算出为获得最优预测模型所必需的量子存储的大小。作者证明了,该存储大小与对应自旋链过去-未来纠缠的大小相吻合。
 
Matrix Product States for Quantum Stochastic Modeling
 
Chengran Yang, et al.
 
Phys. Rev. Lett. 121, 260602 (2018)
 
 
引力与天体物理
 
导读:郭敏勇;责编:高思杰
 
用旋转扭秤检验有手征质量时的等效原理
 
文章中,作者提出了一种新的对等效原理的检验,旨在使用不同手征的测试体寻找是否可能存在对引力宇称的破坏。测试体为一对左右手征石英晶体,其重力加速度差异可以通过旋转扭秤测量。结果表明,朝向地球的加速度差异为Δaleft-right=[-1.7±4.1(stat)±4.4(syst)]×10-15ms-2(1-σ统计不确定性),对应的厄特沃什参数为η=[-1.2±2.8(stat)±3.0(syst)]×10-13。这是第一次对有手征质量时的等效原理的实验测试,并为可能违反引力宇称性的寻找提供了新的方法。
 
Test of the Equivalence Principle with Chiral Masses Using a Rotating Torsion Pendulum
 
Lin Zhu, et al.
 
Phys. Rev. Lett. 121, 261101 (2018)
 
 
 
衰减的反德西特空间衍生德西特宇宙学
 
弦紧致化的最近进展表明,对正真空能量的低能宇宙学的最简单构造存在障碍。生成尺度分离的德西特解这种困难的存在,暗示在一个量子引力的幺正理论中嵌入宇宙学真空存在UV/IR难题。受到这个难题的激发,作者提出了在弦理论中嵌入正能量Friedmann-Lemaître-Robertson-Walker宇宙学。他们的提议中,四维的引力被限制在一个膜上,该膜可以作为介质,将非超对称五维反德西特宇宙伪真空衰变为真真空。通过这种方式,四维观察者自然会感受到一个与物质和辐射耦合的有效正宇宙常数,避免了对尺度分离或者基本德西特真空的需要。
 
Emergent de Sitter Cosmology from Decaying Anti-de Sitter Space
 
Souvik Banerjee, et al.
 
Phys. Rev. Lett. 121, 261301 (2018)
 
 
 
用压电调谐多模腔寻找轴子暗物质
 
μeV轴子是对标准模型一种不错的推广。轴子暗物质实验(ADMX)合作旨在通过在强磁场中寻找暗物质轴子与微波光子的共振转换来发现这个粒子。文章中,作者报告了一个开拓性实验,即ADMX“Sidecar”,旨在为未来更高质量的探索铺平道路。该实验台位于内部,并与主要的ADMX实验协同工作。Sidecar实验排除了三个间隔很宽频率范围的质量,(4202–4249, 5086–5799和7173–7203 MHz)。此外,Sidecar证明了,使用压电致动器进行腔体调谐是成功的。而且,他们的报道是首次使用TM010和TM020模式测量数据。
 
Piezoelectrically Tuned Multimode Cavity Search for Axion Dark Matter
 
ADMX Collaboration
 
Phys. Rev. Lett. 121, 261302 (2018)
 
 
基本粒子与场论
 
责编:晁伟、刘晓辉
 
相变中的全息碰撞
 
Attems等人使用全息术来分析具有热相变的单参数强耦合规范理论中的相对论碰撞。对于参数的临界值,转换是二阶的,对于次临界值,它是一阶的,对于超临界值,它是平滑的交叉。作者从双重几何上的重力冲击波的碰撞中提取规范理论应力张量。无论转变的性质如何,对于接近临界值的参数值,几乎所有的投掷能量都会在中等快度下沉积到长寿命的准静态能量团中。这种配置由二阶流体动力学的本构关系很好地描述,该二阶流体动力学包含在局部静止系中纯空间的所有二阶梯度。相比之下,Müller-Israel-Stewart型流体动力学公式未能提供良好的描述。作者还讨论了对QCD临界点搜索的可能影响。
 
HolographicCollisions across a Phase Transition
 
Maximilian Attems et al.
 
Phys. Rev. Lett. 121, 261601 (2018)
 
 
 
Ward等式和Schwinger机制:
 
对实时手征磁效应和凝聚的应用
 
我们在稳恒电磁场下,研究了宇称破缺情形下手征粒子对产生的问题。我们澄清了在平衡态和非平衡态情形下手征粒子对产率的不同。在强磁场下,Schwinger机制会增强手征粒子对的产生。根据Schwinger公式,粒子对产率将被质量项指数压低。同时,在轴矢量的Ward恒等式中,质量修正值仅来源于其中的赝标量项。在实时公式体系下,我们严格计算了轴矢量Ward恒等式的在初态-初态下的期望值,得到了手征粒子对产率,结果跟Schwinger公式是一致的。但是,我们发现,手征反常在初态-末态的期望值是零。我们的研究阐明了,在平衡态和非平衡态下,手征磁效应不同的结果。同时,我们也将计算方法应用到了实时下手征凝聚的计算里。(由本文作者提供)
 
Axial Ward Identity and the Schwinger Mechanism: Applications to the Real-Time Chiral Magnetic Effect and Condensates
 
P. Copinger, K. Fukushima, Shi Pu
 
Phys. Rev. Lett. 121, 261602 (2018)
 
 
原子核物理
 
责编:耿立升
 
20B21B的首次观测
 
通过每核子能量约230MeV的22N和22C的质子移除反应,Leblond等人首次观测到了最丰中子的硼同位素20B和21B。他们发现这两个原子核都以共振态的形式存在,并且通过到19B加一个中子或者19B加两个中子的衰变对共振态进行了研究。22N的双质子移除布居了20B中一个显著的类共振结构。该结构位于单中子衰变域之上约2.5 MeV处,被解释成起源于由壳模型预测的靠得很近的1-,2-基态双态。对于22C的质子移除,19B加一个和两个中子(衰变)道与21B中双中子衰变阈之上2.47±0.19MeV处的共振态布居一致,并且21B显示出直接的双中子衰变。他们发现得到的20,21B的基态质量过剩与从最近质量评估中导出的质量面外推值一致。(王亚坤)
 
First Observation of 20B and 21B
 
S. Leblond et al.
 
Phys. Rev. Lett. 121, 262502 (2018)
 
 
 
27Ne中弱束缚态增强的电偶极强度
 
Loelius等人测量了27Ne中弱束缚激发态的一个增强的低能电偶极(E1)跃迁强度。他们利用多普勒频移寿命测量结合γ追踪阵列GRETINA,柱塞装置,以及S800光谱仪确定了27Ne中1/2+→3/2-  E1跃迁强度的下限为0.030e2fm2(0.052 W.u.),这是该质量区束缚离散态中观测到的最强的E1跃迁强度。这个值至少比3/2-到3/2+gs基态跃迁强度的测量值大了30倍。当前结果和大规模壳模型计算的比较表明观测到的E1增强中核芯激发以及形变起了重要作用,以及该跃迁可能是弱束缚形变系统中电偶极跃迁的一个奇特例子。(王亚坤)
 
Enhanced Electric Dipole Strength for the Weakly Bound States in 27Ne
 
C. Loelius et al.
 
Phys. Rev. Lett. 121, 262501 (2018)
 
 
原子、分子与光学
 
导读:宋新秀;责编:严运安
 
稳定的p波共振二维费米-玻色二聚体
 
作者考虑了在费米-玻色混合物中形成的二维弱束缚异种分子,它既含有相互吸引的费米-玻色相互作用也有排斥的玻色-玻色相互作用。玻色子间的交换会诱导分子间的吸引力,可以被调控为p波共振。这种有吸引力的费米子分子可以在准二维超冷同位素混合物中实现。作者证明它们在重组到深度束缚的分子态以及形成高阶团簇(三聚体,四聚体等)方面都是稳定的。
 
Stable p-Wave Resonant Two-Dimensional Fermi-Bose Dimers
 
B. Bazak and D. S. Petrov
 
Phys. Rev. Lett. 121, 263001 (2018)
 
 
 
 
超荧光、自由感应衰减和四波混频:
 
经过氦离子密集样品的自由电子激光脉冲
 
本文报道了自由电子激光脉冲(波长24.3 nm)在氦气中传播的实验和数值研究,其中电离和激发填充了He+ 4p态。在波长分别为469、164、30.4和25.6nm处观察到强定向发射。作者将469和164 nm处的发射解释为4p-3s-2p级联超荧光,在30.4nm处的发射解释为2p-1s跃迁处的yoked超荧光,而在25.6nm处的发射解释为3p态的自由感应衰变。
 
Superfluorescence, Free-Induction Decay, and Four-Wave Mixing: Propagation of Free-Electron Laser Pulses through a Dense Sample of Helium Ions
 
James R. Harries, et al.
 
Phys. Rev. Lett. 121, 263201 (2018)
 
 
 
 
Sr光学晶格时钟的操作魔力强度
 
本文实验研究了Sr光学晶格钟里电四极(E2)和磁偶极(M1)极化引起的晶格光频移和超极化。精确控制一维晶格中原子的轴向和径向运动就可以观察E2-M1极化率的差异。测得的极化率确定了操作晶格深度为72(2)ER,其中总光频移抵消到10-19级,超过晶格强度变化约30%。该操作陷阱深度及其允许的强度范围与Sr光学晶格时钟的实验可行操作条件相吻合。
 
Operational Magic Intensity for Sr Optical Lattice Clocks
 
Ichiro Ushijima, et al.
 
Phys. Rev. Lett. 121, 263202 (2018)
 
 
 
 
使用弹弓非顺序双电离
 
来控制反相关双电子逃逸
 
在低于重新碰撞阈值的强度下,作者证明了重新碰撞后一个电子快速逃逸而另一个电子通过库仑弹弓运动而滞后逃逸,对于在400 nm处被强驱动的He原子,此类重新撞引发的激发是非顺序双电离(NSDI)的最重要机制之一。弹弓NSDI是一种通用机制,在很大范围的低强度和脉冲持续时间内都会呈现。反相关双电子逃逸是其引人注目的特征。该机制为先前研究得到的反相关双电子逃逸提供了另一种解释。
 
Slingshot Nonsequential Double Ionization as a Gate to Anticorrelated Two-Electron Escape
 
G. P. Katsoulis, et al.
 
Phys. Rev. Lett. 121, 263203 (2018)
 
 
 
在多普勒展宽原子系综中通过集体双光子
 
相干实现的时间-能量纠缠光子对
 
作者通过实验演示了在多普勒展宽的级联87Rb原子中,通过集体双光子相干产生的时间-能量纠缠光子对的双光子干涉。文章实现了最初由Franson提出的通过集体效应产生双光子构想,利用具有相对长初始态寿命和相当短中间态寿命的级联原子系统产生的集体效应制备出光子对。利用非均匀原子系综产生的光子对源实现双光子干涉是基于原子-光子相互作用的时间-能量纠缠的重要结果。
 
Time-Energy Entangled Photon Pairs from Doppler-Broadened Atomic Ensemblevia Collective Two-Photon Coherence
 
Jiho Park, et al.
 
Phys. Rev. Lett. 121, 263601 (2018)
 
 
 
减轻非经典激光干涉
 
测量中的模式匹配损耗
 
光的强压缩态是提高干涉装置,比如引力波探测器,灵敏度的关键技术。然而,因光学损耗会降低观察到的压缩因子,压缩态的实际应用受到限制。在这里,本文通过实验证明了当损耗归因于模式匹配缺陷时,在额外的更高阶空间模式中引入压缩态可以显著改善观察到的非经典灵敏度。作者的结果可以直接应用于引力波探测器,其中这种类型的损耗是主要原因。
 
Mitigating Mode-Matching Loss in Nonclassical Laser Interferometry
 
Sebastian Steinlechner, et al.
 
Phys. Rev. Lett. 121, 263602 (2018)
 
 
 
一维共振荧光中Wigner负态的稳态制备
 
在这项工作中,作者通过数值证明了连续驱动下两级系统提供的非线性允许产生限制在一个空间维度中电磁场的Wigner负态。 Wigner负态,也称为Wigner非经典状态,对超出经典计算机范围的量子信息协议极为有利。聚焦于两级系统的稳态发射,作者发现在使相干反射消失时的驱动强度处负值最大。
 
Steady-State Generation of Wigner-Negative States in One-Dimensional Resonance Fluorescence
 
Fernando Quijandría, et al.
 
Phys. Rev. Lett. 121, 263603 (2018)
 
 
非线性动力学和流体力学
 
责编:兰岳恒
 
连续体中的零指数束缚态
 
与电磁反应相关具有零折射率的超材料被广泛应用于通信和非线性光学中。在全介电光子晶体中有望实现这一目标的有效方法是通过在光学带结构中的零布洛赫波矢量处设计狄拉克锥。在光学频率范围内,实现这种设计的自然方式是使用光子晶体板。然而,在现有实施方式中,由于固有的对称性,零指数光子模强烈辐射到环境中,在最近实验中导致了这种零指数范式的巨大耗损。在这里,研究者们提出了一种光子晶体板具有零折射率模式,也是连续体中对称保护的束缚态。这种方法消除了相关的辐射损失。首次有可能实现光学器件中零指数材料的大规模集成。(柴咪莎)
 
Zero-Index Bound States in the Continuum
 
Momchil Minkov, et al.
 
Phys. Rev. Lett. 121, 263901 (2018)
 
 
 
光子Lieb晶格中的非常规平带线状态
 
由于破坏性相干和与无色散能带相关的布洛赫波函数的宏观简并性,平带系统通常承载着“紧致局域化状态”(CLS)。使用光子Lieb晶格(LL),发现这种传统的局域平带状态本质上是不完整的,缺失模式表现为延伸线状态,形成缠绕整个晶格的不可收缩环。在实验上,Xia等人开发了连续波激光写入技术,以建立具有特殊定制边界的有限尺寸光子LL,从而直接观察异常扩展的平带线状态。这种非常规线状态不能表示为先前观察到的与边界无关体CLS的线性组合,而由非平凡的实空间拓扑而显现。在这里研究者们讨论了线状态对不完美激励条件的鲁棒性,并说明了它们的潜在应用。(柴咪莎)
 
Unconventional Flatband Line States in Photonic Lieb Lattices
 
Shiqi Xia, et al
 
Phys. Rev. Lett. 121, 263902 (2018)
 
 
 
光子带空间群理论
 
光子晶体和超材料的广泛应用得益于三维亚波长结构的巨大设计空间。Watanabe等人对具有时间反转对称性的所有230个空间群对光子色散的约束进行了研究。在理论上仔细地研究了零频率和动量下光子带的独特奇点,它可将光子带与它们所对应的电子带区分开来。结果在零(M)和非零频率(M’)处以最小频带连通性给出。在不允许第二和第三光子带间能隙(M> 2)的空间群中,发现拓扑带的退化被保证。这为光子学设计中空间对称性的选择提供了理论指导。(柴咪莎)
 
Space Group Theory of Photonic Bands
 
Haruki Watanabe and Ling Lu
 
Phys. Rev. Lett. 121, 263903 (2018)
 
 
 
多体量子混沌最小模型中的
 
精确谱形式因子
 
量子混沌系统最普遍和最通用的定义特征是,它们具有的能谱相关性可以被随机矩阵理论(RMT)普遍描述。这一特性在有明确经典极限或无经典对应的系统(如局部相互作用的自旋或费米子)中都表现出来了。尽管唯像上取得了巨大的成功,但仍然缺少一种解释RMT出现的一般机制,而不用参考半经典概念。这里给出一个无半经典极限(无大参数)的量子多体系统例子,严格证明了RMT谱相关的出现。具体来说,通过考虑一个周期性驱动的伊辛模型,并根据具有时空对偶性的二维经典伊辛模型的配分函数,写出谱密度两点函数的傅立叶变换,即谱形因子。从而证明了自对偶情形提供了一个多体量子混沌的极小模型,其中谱形因子被证明在热力学极限下对所有整数t值都与RMT相匹配。特别地,严格证明了奇数t的RMT形式因子,而对偶数t则给出了一个精确的猜想。这一结果喻示着纵向场中任何有限紊乱都具有遍历性,严格排除了多体局域化的可能性。此方法为在不可积系统中获得精确非微扰结果提供了一种新途径。(柴咪莎)
 
Exact Spectral Form Factor in a Minimal Model of Many-Body Quantum Chaos
 
B. Bertini, P. Kos, and T. Prosen
 
Phys. Rev. Lett. 121, 264101 (2018)
 
 
 
具有不同固有频率的大型
 
集成微机械悬臂的非简并参数共振
 
Christopher等人研究了共面交叉指状微悬臂梁阵列的集体动力学和非简并参数共振(NPR),这些微悬臂梁具有线性变化的长度因而有不同的固有频率。在一定的激励频率范围内,谐振器开始通过NPR在由200个单晶硅悬臂梁组成的整个阵列上振荡。由边缘静电场产生的可调谐耦合提供了改变NPR范围的机制。此实验结果得到了降阶模型的支持,该模型再现了包括NPR波段在内数据的主要特征。用NPR调节悬挂式机械结构耦合响应的能力为质量,力和能量传感应用,能量收集设备和光力学系统提供了新的可能性。(柴咪莎)
 
Nondegenerate Parametric Resonance in Large Ensembles of Coupled Micromechanical Cantilevers with Varying Natural Frequencies
 
Christopher B. Wallin, et al
 
Phys. Rev. Lett. 121, 264301 (2018)
 
 
 
在三维标量湍流中的断崖与饱和指数
 
这篇文章用直接数值模拟来研究泰勒尺度下雷诺数为650的三维Navier-Stokes湍流引起的被动标量的间歇性,模拟在的网格上进行,并且施密特数为1。通过测量高阶的标量增量矩,同时确保统计收敛,作者提供明确证据表明标度指数饱和到1.2,如果矩阶数超过12的话。表明在标量场中标量间歇性由最奇异的类激波断崖震荡主导。Iyer等人证明了断崖支集的分形维数约为1.8,与饱和指数1.2加起来为空间维数3,因此展示了湍流标量混合中几何与统计之间的深层联系。四阶和六阶矩的反常与Kraichnan模型中粗糙度指数为4/3的反常相当。(闫子硕)
 
Steep Cliffs and Saturated Exponents in Three-Dimensional Scalar Turbulence
 
Kartik P. Iyer, et al.
 
Phys. Rev. Lett. 121, 264501 (2018)
 
 
等离子体与束物理
 
责编:陈少永
 
同轴等离子体通道中的稳定粒子加速
 
等离子体加速器的最大变压比受不稳定性限制。Pukhov和Farmer利用三维particle-in-cell模拟证明,具有同轴等离子体丝的空心等离子体通道可以控制等离子体加速器的变压比。驱动器散射来自等离子体丝的电子,离子慢箍缩导致有效电子感应加速器频率的强烈啁啾,从而防止束的分裂。作者们证明,可在4.4m内将电子束单能加速到20GeV,并可达到以下参数:变压比10、能量效率40%、发射率1.8μm。(秦晨,牟茂淋)
 
Stable Particle Acceleration in Coaxial Plasma Channels
 
A. Pukhov and J. Farmer
 
Phys. Rev. Lett. 121, 264801 (2018)
 
 
 
用离子运动抑制等离子体
 
加速器中的束软管不稳定性
 
对等离子体加速器中的束软管不稳定性的缓解,是实现包括等离子体对撞机在内的许多应用所必需的。Mehrling等人分析了包含等离子体离子运动的喷吹(blowout)条件下的软管不稳定性,发现离子运动通过诱导束聚焦力的首尾变化来抑制软管不稳定性。因此,在等离子体加速器中实现稳定的加速是可能的,同时,通过适当的束成形,还可以使能量扩散最小化,并保持横向束发射率不变。(秦晨,牟茂淋)
 
Suppression of Beam Hosing in Plasma Accelerators with Ion Motion
 
T. J. Mehrling,et al
 
Phys. Rev. Lett. 121, 264802 (2018)
 
 
 
利用磁层多尺度航天器数据
 
研究交叉螺旋度的动力学谱特征
 
Parashar等人利用来自磁层多尺度(MMS)航天器的数据,研究了磁鞘和太阳风中离子速度和磁场相关性的谱特征。高分辨率MMS观测使得对于这些相关性(从较大的磁流体特征尺度到亚质子动力学范围的转换)的研究成为可能。在航天器数据中,这是之前未被研究过的。作者们采用基于泰勒冻结近似和直接双航天器的相关测量方法,在适当的标度范围内,检测了交叉螺旋度、角对准和能量分配。结果显示在大尺度范围内具有明显的对准特征;但当接近动力学尺度时,质子的退磁会破坏v与b之间的对准。(秦晨,牟茂淋)
 
Kinetic Range Spectral Features of Cross Helicity Using the Magnetospheric Multiscale Spacecraft
 
Tulasi N. Parashar,et al
 
Phys. Rev. Lett. 121, 265101 (2018)
 
 
凝聚态物理:结构
 
责编:马天星
 
P-能带的玻色子中
 
观察到动态滑动相位超流体
 
在弱耦合多层XY模型系统中,滑动相位超流态的构建实验上经历了很长时间的探索,因为它们与各种多体系统相关,例如层状超导体,独立液晶薄膜和阳离子内脂-DNA复合物等。本文报告了一项滑动相位超流体的观察结果,该超流体由三维超冷原子气体的量子动力学所构建,实验中,这些冷原子气体被加载到了一维光晶格的P能带。在非常短的晶格保持时间内,应用一种数值设计的快速脉冲加载方法,凝聚体原子被转移到P能带的0准动量上。该系统可视为一系列顺序排列的“薄饼”形小原子团。对于这个远离平衡的系统,Niu等人发现了其中一个特殊的时间窗口期,其长度大约为几十毫秒。在这个时间段内原子系综在“薄饼”方向上表现出很强的超流相相干性,但在晶格方向上却无相干性,这意味着动力学的滑动相位超流的产生。这种相位的出现归因于作者所提出的唯象理论中的跨维度能量转移机制,这与实验测量结果一致。该实验通过在光晶格中产生高能带激发开辟了一个潜在的寻找奇异动力学相的新方法。(黄通昀)
 
Observation of a Dynamical Sliding Phase Superfluid with P-Band Bosons
 
Linxiao Niu, et al
 
Phys. Rev. Lett. 121, 265301 (2018)
 
 
 
分层优化:具有重缩放关联函数的
 
快速且稳健的多尺度随机重建
 
基于通用关联函数的随机重建,允许基于有限输入数据来获得空间结构,或者从不同源融合多尺度图像。退火优化过程的计算成本严重阻碍了此技术的应用现状。在这项研究中,Karsanina等人提出了一种基于重缩放关联函数的新型分层退火方法,它提高了重建的准确性和计算效率,同时没有现存加速技术的缺点。现在,计算效率显著提高的数量级允许他们加入更多关联函数考虑,从而进一步提高该方法的准确性。此外,该方法提供了一种稳健的多尺度框架,以解决通用升尺度或降尺度问题。此新算法在不同成因的二元(两相)微结构上进行了广泛的测试,尽管已经有了显着改进,但是分层退火方法的当前实施为额外精度和计算性能调整留下了很大空间。如上所述,(多尺度)随机重建将在材料和地球科学中具有许多应用。此外,所提出的分层方法可以很容易地应用于广泛约束优化问题。(黄通昀)
 
Hierarchical Optimization: Fast and Robust Multiscale Stochastic Reconstructions with Rescaled Correlation Functions
 
M. Karsanina and K. Gerke
 
Phys. Rev. Lett. 121, 265501 (2018)
 
 
 
来自从头算深度Metadynamics
 
硅液结构和晶体成核
 
研究硅的结晶过程是一项具有挑战性的工作,因为经验势不能很好地再现半导体固体和金属液体的性质。另一方面,发生在时间尺度上比从头算分子动力学实现时间长得多的成核,是一种罕见的事件。为了解决这个问题,Bonati等人基于使用经验势的Metadynamics模拟生成一组数据,来训练深度神经网络势。他们展示了这是如何有效的一种方法来收集感兴趣过程的所有相关数据。为了有效地推动结晶过程,作者引入了一个基于德拜结构因子的新集合变量。他们能够在更适合描述成核动力学的局部变量中编码长程序信息。然后使用强约束和适当规范的(SCAN)交换关联泛函计算参考能量,这能够更好地描述Si相图的键合复杂性。最后,作者用密度泛函理论精度恢复自由能表面,并计算熔点附近的热力学性质,其结果与实验数据吻合得很好。此外,他们研究了结晶过程的早期阶段,并揭示了成核机制的特征。(黄通昀)
 
Silicon Liquid Structure and Crystal Nucleation from Ab Initio Deep Metadynamics
 
Luigi Bonati and M. Parrinello
 
Phys. Rev. Lett. 121, 265701 (2018)
 
 
 
用运动耦合团簇理论的相对论嵌入方程
 
对溶剂卤离子电离能的预测模拟
 
[编辑推荐语]分子动力学与相对论电子结构方法相结合,为计算溶剂化结构提供了新的基准。
 
本文提出了用于在价态区域获得电子结合能的子系统方法,并将其应用于水中卤离子(X-,X = F-At)的情况。该方法基于电子结构计算,这种计算结合了对于电子逸出的相对论运动方程耦合团簇方法和使用冻结密度嵌入方法的密度泛函理论,并使用了经典分子动力学结构和具有极化力场离散系统(在他们的研究中,含有阴离子液滴和50个水分子)。Bouchafra等人的结果表明,在可接受的计算成本内,由于p3/2-p1/2流形在整个系列中的自旋轨道耦合越来越大,人们可以准确地捕获卤化物的大溶剂效应和它们电离信号的劈裂。此外,由于溶质和溶剂的量子力学处理,还获得了作为卤素(液滴)计算副产物的(大量)水的半定量质量的结合能。(黄通昀)
 
Predictive Simulations of Ionization Energies of Solvated Halide Ions with Relativistic Embedded Equation of Motion Coupled Cluster Theory
 
Yassine Bouchafra, et al
 
Phys. Rev. Lett. 121, 266001 (2018)
 
 
 
界面调控下的二维材料纳米气泡
 
及纳米帐篷的变形研究
 
[编辑推荐语] 本文以石墨烯和二硫化钼纳米鼓泡为例,实现了利用鼓泡高度和半径大小信息来预测材料面内应变分布。
 
利用二维材料纳米鼓泡(如纳米气泡和纳米帐篷)面外变形可产生的稳定持续、非均匀面内变形的特征,科研人员已将其成功运用于应变工程领域。然而受二维材料原子级厚度以及纳米尺度界面特征的影响,这些鼓泡体系中应变场的准确测量及调控是一个技术挑战。本工作中,戴兆贺等人提出了描述二维材料(以石墨烯和二硫化钼为例)纳米气泡以及纳米帐篷面外变形特征的普适性经验公式。借助薄膜理论,作者揭示了鼓泡形状以及界面特性对材料面内应变的影响,并利用拉曼光谱技术实验验证在强弱两种界面作用下石墨烯鼓泡面内应变分布的差异。最后,作者提出可借助二维材料与衬底间界面粘附性能、摩擦特性调控二维材料应变大小及分布的研究思路。(黄通昀)
 
Interface-Governed Deformation of Nanobubbles and Nanotents Formed by Two-Dimensional Materials
 
Zhaohe Dai, et al.
 
Phys. Rev. Lett. 121, 266101 (2018)
 
 
 
电子探针多重散射下
 
原子分辨率的结构反演
 
利用新一代快速读出电子照相机记录的实验扫描透射电子显微镜数据,以原子分辨率重建厚晶体的投射静电势。这种包含多次散射、由Bethe于1928年写下的方程的实际和确定性反演,消除了对超薄(?50Å)样品既定方法的限制。由于有限探针形成的孔径尺寸,空间不相干性和残余像差,已经上线的仪器可以克服该方法中剩余的分辨率限制效应。(黄通昀)
 
Structure Retrieval at Atomic Resolution in the Presence of Multiple Scattering of the Electron Probe
 
H. G. Brown, et al.
 
Phys. Rev. Lett. 121, 266102 (2018)
 
 
凝聚态物理:电子性质
 
责编:袁喆,马锋杰,沈卡
 
转角双层过渡金属二硫化物的
 
Moiré图案中的超平带和剪切孤子
 
二维转角双层材料中的超平带可能应用于承载强关联效应,包括在能带半填充时的莫特绝缘相。Naik等人使用第一性原理密度泛函理论计算,表明在转角双层MoS2(一种典型过渡金属二硫化物)的价带边缘会出现超平带。对于56.5°和3.5°转角,计算的带宽分别为5和23meV,与“魔角”附近转角双层石墨烯的带宽相当。Moiré图案中大的结构再构导致在堆叠边界处形成剪切孤子并且强烈地影响电子结构。他们还拓展了对转角双层MoS2的分析,表明平带可以出现在转角双层WS2,MoSe2和WSe2的价带边缘。(方子明)
 
Ultraflatbands and Shear Solitons in Moiré Patterns of Twisted Bilayer Transition Metal Dichalcogenides
 
Mit H. Naik and Manish Jain
 
Phys. Rev. Lett. 121, 266401 (2018)
 
 
 
双层WTe2
 
强非线性霍尔效应的能带特征
 
霍尔效应是凝聚态物理中较常见的现象之一,目前已知的霍尔效应的诱发都需要磁场或磁性掺杂来打破体系的时间反演对称性。最近出现了一种新的霍尔效应——非线性霍尔效应,它不需要打破体系的时间反演对称性,而是需要打破体系的空间反演对称性。二维材料由于其本身的低对称性,是实现非线性霍尔效应的典型材料。虽然目前提出了非线性霍尔效应的概念,但对该现象的认识还不十分清楚,特别是非线性霍尔响应与能带结构的关系。本文中,作者以WTe2为例,研究二维系统中非线性霍尔效应与能带特征之间的关系。结果显示,体系中的非线性霍尔响应与体系中的贝里偶极子(Berry dipole)成正比。同时,模型分析显示,在倾斜能带反交叉和能带反演附近也存在明显的非线性霍尔响应。(刘钱)
 
Band Signatures for Strong Nonlinear Hall Effect in Bilayer WTe2
 
Z. Z. Du et al.
 
Phys. Rev. Lett. 121, 266601 (2018)
 
 
 
砷化镓的共振二阶非线性太赫兹响应
 
Ghalgaoui发现,体GaAs太赫兹(THz)范围内的二阶非线性响应可以通过近红外带间激发后发射的太赫兹场进行映射。相位分辨THz检测揭示了三个并行发生的非线性过程,横光学声子的拉曼激发,重空穴-轻空穴跃迁产生的相干极化,以及由近红外光学相控制的具有太赫兹光谱的位移偏移电流。理论计算重现了数据并表明了移位电流的带间特性。(方子明)
 
Resonant Second-Order Nonlinear Terahertz Response of Gallium Arsenide
 
Ahmed Ghalgaoui
 
Phys. Rev. Lett. 121, 266602 (2018)
 
 
 
范德瓦尔斯化合物FePS3
 
压力诱导的电子和结构相演变
 
二维材料已经被表明是新的未经研究的磁性和非常规金属态的繁衍地,特别是在它们的绝缘和金属相之间进行调控时。在这里,Haines等人介绍了一种新的金属-绝缘体相变系统FePS3。该化合物是二维范德瓦尔斯反铁磁性Mott绝缘体。他们报导了FePS3中使用高压力作为调整参数的一种绝缘体-金属相变,可以从X射线衍射和电输运测量所证明。X射线衍射数据作为压力的函数,可以从中观察到两个结构相变,并且电阻率测量显示出高压下金属态出现的证据。他们提出了可以成功解释X射线衍射图的两种新结构的模型。(方子明)
 
Pressure-Induced Electronic and Structural Phase Evolution in the van der Waals Compound FePS3
 
C. Haines, et al.
 
Phys. Rev. Lett. 121, 266801 (2018)
 
 
 
Ba(Fe1–xCox)2As2超导体中
 
非平衡对的破缺:光致激子态形成的证据
 
瞬间量子态的超快光学裁剪技术为发现、设计和控制物质相提供了新的方法。这种方法是在不同耦合顺序的特定时间窗口内,通过非热分离实现的。本文中,作者利用此技术研究含砷铁基超导体中的非平衡现象。结果显示,通过热声子散射实现快速超导淬灭(superconductivity quench)之后,再次观察到另一个异常缓慢(几百皮秒)的超导淬灭过程。进一步,作者对于这种对掺杂和温度都很敏感的瓶颈效应前的动力学(prebottle-neck-dynamics)过程,确定了一个非线性泵流依赖关系。利用量子动力学模型,作者认为,在飞秒光激发后,电子-空穴准粒子间关联会导致超导的长寿命以及多准粒子激子态的形成。(刘钱)
 
Nonequilibrium Pair Breaking in Ba(Fe1-xCox)2As2 Superconductors: Evidence for Formation of a Photoinduced Excitonic State
 
X. Yang et al.
 
Phys. Rev. Lett. 121, 267001 (2018)
 
 
 
Majorana超导量子比特
 
Schrade等人提出了一个通用量子计算平台,该平台使用传统的s波超导引线来寻址存储在多端拓扑超导岛中空间分离的Majorana束缚态的拓扑量子比特。通过Majorana束缚态和超导引线之间的隧穿耦合实现了这种“Majorana超导量子比特”的操纵和读出。这种利用局域门压按需打开和关闭隧穿耦合的能力实现单个量子位的寻址同时避免了串扰误差。通过结合超导量子比特的可扩展性和拓扑量子比特的鲁棒性,Majorana超导量子比特可以为量子计算提供一种有前景的现实途径。(方子明)
 
Majorana Superconducting Qubit
 
Constantin Schrade and Liang Fu
 
Phys. Rev. Lett. 121, 267002 (2018)
 
 
 
磁场调控条状
 
La2-xBaxCuO4中的光致超导性
 
实验上已经证明在条形有序La2-xBaxCuO4中的光学激发可以瞬间增强CuO2平面之间的超导隧穿效应。本文中,作者研究外磁场对该效应的影响。结果显示,这种光诱导的超导态可以通过施加沿c轴方向的高磁场来增强。当磁场加到7T时,作者观察到瞬态层间相的相关长度增加了10倍,同时光诱导态的弛豫时间增加了两倍。这说明静态磁场抑制了层间约瑟夫森(Josephson)隧穿效应,并在平衡状态下稳定了条带序。进一步分析表明,La2-xBaxCuO4中光诱导层间耦合的增强并不像先前假设的那样源自简单的条纹光学熔融。相反,作者推测,其可能来自于相邻平面里光诱导条纹的激活隧穿现象。(刘钱)
 
Magnetic-Field Tuning of Light-Induced Superconductivity in Striped La2−xBaxCuO4
 
D. Nicoletti et al.
 
Phys. Rev. Lett. 121, 267003 (2018)
 
 
 
低温电输运中的对数上升作为
 
铜氧超导体中d波有序的特征表现
 
在铜氧超导体中,高磁场方法已被广泛用于抑制超导性并暴露出隐藏的正常态。早期测量揭示了欠掺杂材料中随温度T的类绝缘体行为,其中电阻率在冷却时以令人费解的log(1/T)形式增加。Zhou等人在YBa2Cu3O6+y和Tl2Ba2CuO6+δ中改为使用磁通流电阻率的微波测量来研究低温和低场状态下超导相内部的电荷输运。在这里,从金属性低温电阻率(dρ/dT>0)到log(1/T)上升的转变在整个超导掺杂范围内持续存在,包括一个高载流子掺杂且场揭示的正常态的电阻率是类费米液体的区域。因此,log(1/T)形式可能是d波超导有序的一个特征表现,并且由场揭示的正常态的log(1/T)电阻率也许暗示了相无序d波超导体的自由磁通流。(方子明)
 
Logarithmic Upturn in Low-Temperature Electronic Transport asa Signature of d-Wave Order in Cuprate Superconductors
 
Xiaoqing Zhou et al.
 
Phys. Rev. Lett. 121, 267004 (2018)
 
 
 
由准粒子干涉确定FeSe基超导体中
 
可能的配对对称性
 
动量积分准粒子干涉是近期理论上提出来的一种确定FeSe基超导体材料配对对称性的方法,这种方法已经在实验上应用。这个工作中Gao等人仔细研究了动量积分准粒子干涉这一方法,发现即使超导序参数在费米面上不改变符号,在考虑了FeSe基超导体初期能带和相应的超导配对之后可以很好地拟合出实验测得的束缚态和动量积分准粒子干涉。由此,作者提供了实验数据的另一种可能解释,这意味着在确认配对对称性的时候需要更加谨慎。(李松)
 
Possible Pairing Symmetry in the FeSe-Based Superconductors Determined by Quasiparticle Interference
 
Yi Gao et al.
 
Phys. Rev. Lett. 121, 267005 (2018)
 
 
 
Ni中由Stoner激发
 
引起关联效应的强自旋依赖
 
Sánchez-Barriga等人利用高分辨率的角分辨光发射谱,在Ni(111)能带费米面以下约0.3eV的能量窗口观测到准粒子激发引起的强自旋依赖重整化和寿命展宽。作者通过对比d轨道的多子态和少子态推导了自旋依赖寿命展宽的定量结果,并进一步确认sp态的自旋依赖电子关联效应几乎是可以忽略的。基于这些分析作者确定了由d轨道多子态到少子态的类Stoner带间跃迁引起的有效格点库仑作用能。这些结果证明了原型3d过渡金属中单粒子激发对自旋依赖电子关联效应的重要作用,并为进一步完善多体理论铺平了道路。(李松)
 
Strong Spin Dependence of Correlation Effects in Ni Due to Stoner Excitations
 
J. Sánchez-Barriga et al.
 
Phys. Rev. Lett. 121, 267201 (2018)
 
 
 
移位电流光伏效应的
 
电流电压特征和散粒噪声
 
位移电流光伏是指在没有外加直流电场情况下,非中心对称晶体通过布洛赫波函数的贝利连接产生光电流。这里,Morimoto等人在理论上研究了由位移电流光伏效应的电流电压关系,发现电流-电压特征曲线和散粒噪声受到导带和价带之间群速度的差以及弛豫时间的调控。由于移位电流本身与这些物理量是无关的,所以有很多可能的设计方案将能量转换速率最大化,并抑制噪声。作者提出非中心对称二维系统的朗道能级是一种可靠的能量转换备选系统。(李松)
 
Current-Voltage Characteristic and Shot Noise of Shift Current Photovoltaics
 
Takahiro Morimoto, et al.
 
Phys. Rev. Lett. 121, 267401 (2018)
 
 
 
在亚波长超材料中测量狄拉克锥
 
按照介质模型,可人为创造出自然界所没有的宏观尺度特性的复合介质。本文中,作者利用紧束缚哈密顿量,对局域共振超材料中的相关性质进行研究。结果显示,在该类材料中,通过对结构和组成成分的具体控制,可以较灵活地设计能带结构。接着,作者以石墨烯为例,通过复制石墨烯的能带结构,并通过精确提取狄拉克锥,在数值上证明对亚波长尺度的系统进行晶体化的描述,而不是有效参数化描述,也能较方便地研究材料性质。(刘钱)
 
Measuring Dirac Cones in a Subwavelength Metamaterial
 
S. Yves et al.
 
Phys. Rev. Lett. 121, 267601 (2018)
 
 
 
通过离子影响强关联
 
有限晶格系统产生双子
 
强关联费米子系统有着大量集体激发性质。其中,由双子(两个相反自旋的量子化粒子)占据而构成的晶格具有很有趣的电子学性质。在过去,科学家们提出了很多在时间域和空间域来操控双子形成的方案。在本文中Balzer等人提出了一种通过高能离子的影响产生双子的新机制,并用精确对角化和非平衡格林函数模拟验证了这种方案的可行性。作者展示了具有均匀双子分布的非平衡稳态的形成。他们指出这个效应在石墨烯纳米带这样的强关联有限系统尤其重要,并可以在具有费米原子的光晶格中直接观测到。(李松)
 
Doublon Formation by Ions Impacting a Strongly Correlated Finite Lattice System
 
Karsten Balzer et al.
 
Phys. Rev. Lett. 121, 267602 (2018)
 
 
 
通过光驱动激发固体中的多体局域化
 
由于声子的存在,即使无序程度很强的无序固体也不会发生多体局域化。描述多体局域相特征的局部守恒定律也由于同声子的耦合作用而退化。Lenar?i?等人发现当系统由于外界驱动而偏离平衡状态时,这种退化会被抵消而重新出现多体局域化效应。这时,局域温度的变化可以作为识别多体局域相的依据。作者具体考察了与声子弱耦合的一维无序自旋链在弱白光照射下的情形。在这种情况下,光照本身对扩展相的影响很弱,但如果系统处于多体局域相中,即使与声子之间存在耦合,光照也会诱导出很大的温度变化。因此,温度变化非常类似序参数,可以作为探测多体局域相、相变以及多体局域关联长度的标度。(李松)
 
Activating Many-Body Localization in Solids by Driving with Light
 
Zala Lenar?i? et al.
 
Phys. Rev. Lett. 121, 267603 (2018)
 
 
软物质与交叉科学
 
导读:巫浩;责编:涂展春
 
适应性调节中的延迟
 
能够导致层级式相互作用物种的共存
 
生物在改变栖息地时可能会在调节其适应性过程中经历随机延迟。Bauer和Frey研究了两种这样的生物,它们通过公共物品相互作用,所以它们的适应性取决于当地环境的物种组成。作者指出,尽管生长较快的物种总是在均匀混合的竞争实验中获胜,适应性调节中的延迟能够导致两个物种在复合种群中共存。共存发生在较大的参数范围内,并且与空间聚类无关。当物种的适应性不同并且能够保持彼此平衡时,共存就会发生。
 
Delays in Fitness Adjustment Can Lead to Coexistence of Hierarchically Interacting Species
 
Marianne Bauer and Erwin Frey
 
Phys. Rev. Lett. 121, 268101 (2018)
 
 
 
评估线虫伸长过程主动和被动应力的贡献
 
Ben Amar等人研究了,在胚胎形态发生过程中,肌动球蛋白网络对线虫的伸长所起的作用。作者提出了一种主动伸长物质模型,其非线性弹性包含预应力和被动应力。使用该模型,作者重新审视最近公布的激光烧蚀实验数据,从而解释了收缩的细胞导致开放性骨折的原因。通过考虑特定的胚胎几何构型,作者定量预测了线虫伸长达到初始长度的70%时,分子马达肌球蛋白II所产生的收缩力。这项研究证明了主动过程在胚胎形态发生中的重要性以及形态学事件中几何与非线性力学之间的相互影响。特别地,该研究描绘了受顶端细胞外基质压缩的表皮的每个连接层的作用,其中顶端细胞外基质在伸长期间分布着应力。
 
Assessing the Contribution of Active and Passive Stresses in C. elegans Elongation
 
Martine Ben Amar, et al
 
Phys. Rev. Lett. 121, 268102 (2018)
 
 
 
 
 
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