来源:京师物理 发布时间:2019/3/29 14:21:28
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PRL导读:2019年122卷09期

 

普通物理:统计与量子物理
 
导读:王子;责编:任捷
 
作为素数筛的简单波动光学叠加
 
本文作者通过模仿典型的埃拉托斯特尼(Eratosthenes)素数筛选法,将素数序列编码到了简单的同一波束的叠加结果之中。其中,素数被等同为物理上整数动量波场的伴有相位奇性的零点。类似地,素数也可被编码在通过单个简单孔径产生的衍射图案或者单个震动谐振腔的谐波之中。此外,衍射物理和数论的联系揭示了如何将所有高斯素数,孪生素数进行编码,以及如何在整数空间频率上构建波场,使其振幅等于除数函数。不同寻常的是,所有这些基本衍射现象表明,自然不规则的素数序列可以产生于平凡布置的波叠加。
 
Simple Wave-Optical Superpositions as Prime Number Sieves
 
T. C. Petersen, et al.
 
Phys. Rev. Lett. 122, 090201 (2019)
 
 
 
 
自粘合量子液滴的碰撞
 
对于由超冷原子吸引混杂形成的量子液滴,作者报道了关于它们双体碰撞的研究。作者区分了由碰撞导致的两种主要结果(合并与分离)。不同的结果取决于碰撞对的速度。两种结果之间的临界速度vc对于大小不同的液滴表现出对于原子数N的不同依赖关系。通过将实验结果和数值模拟进行比较,作者证明,vc(N)的非单调行为源于液滴从可压缩到不可压缩状态的转变。两状态中,碰撞动力学由不同能量尺度的规则支配,即液滴结合能和表面张力。这些结果也给量子液滴在大N极限下,和经典液滴行为极为类似的类液体特性提供了第一份证据。
 
Collisions of Self-Bound Quantum Droplets
 
Giovanni Ferioli, et al.
 
Phys. Rev. Lett. 122, 090401 (2019)
 
 
 
 
贝尔态测量中稳健自测试的实验实现
 
贝尔态测量的本征矢处于纠缠形式。它是量子网络构建中关键的资源。不依赖于设备对贝尔态测量的证实也满足严格的安全要求,它对于量子信息过程具有重要意义。在本文中,作者实施了一个概念验证实验,以在纠缠交换过程(自测试)中不依赖设备地验证贝尔态测量。作者没有用四光子来制备两个单重态的张量积,转而在偏振和空间模式内进行多重编码,产生了两对纠缠量子比特。作者执行了完整的贝尔态测量,得到了剩余两比特的高强度的贝尔违背值,而这是正是对贝尔态测量进行非平凡自测试的必需条件。此外,本文的结果将交换前后的关联结合,可以由此精确推断出所实现贝尔态测量的质量好坏。
 
Experimental Realization of Robust Self-Testing of Bell State Measurements
 
Wen-Hao Zhang, et al.
 
Phys. Rev. Lett. 122, 090402 (2019)
 
 
 
 
相位无约束的玻色凝聚体
 
长链中的干涉序
 
对于在自由空间中制备的较长的周期性玻色凝聚体来说,它随后的演化与干涉显著地依赖于相邻及更远凝聚体中相位的差值。若相位相等,则初始的周期性密度分布会在之后重新出现。这被称为Talbot效应。作者发现若相关相位随机,空间序也会在干涉中出现。但这种情况下干涉条纹的演化会和Talbot效应中的具有定性的差别。而即便很小的相位无序都足以定性地改变干涉结果。尽管这种情况下的差别需要在较长时间的演化后才能体现出来。文中提出的效应可以被用来测量相邻凝聚体相干性的大小以及链上的关联长度。
 
Order in the Interference of a Long Chain of Bose Condensates with Unrestricted Phases
 
Vasiliy Makhalov and A. Turlapov
 
Phys. Rev. Lett. 122, 090403 (2019)
 
 
 
 
时序量子测量中的误差-扰动权衡
 
本文作者根据非互易可观测量的时序测量中的统计距离,推导得到了状态依赖的扰动-误差权衡关系(Error- disturbance relation,EDR)。同时,作者利用光子量子比特系统,在实验上证实了上述关系。他们认为,本文会进一步促进对于量子不确定性原理以及量子测量相关应用的研究。
 
Error-Disturbance Trade-off in Sequential Quantum Measurements
 
Ya-Li Mao, et al.
 
Phys. Rev. Lett. 122, 090404 (2019)
 
 
 
 
量子物质计算上的普适相
 
本文作者提出了第一例受对称性保护,且具有普适计算能力的量子相。此二维相受到一维线状对称性的保护。该对称性可以根据张量网络的局域对称性得以理解。这些局域对称性的存在说明,该量子相中的每一个基态都是一种普适资源,可用在基于测量的量子计算中。
 
Computationally Universal Phase of Quantum Matter
 
Robert Raussendorf, et al.
 
Phys. Rev. Lett. 122, 090501 (2019)
 
 
 
 
通过绝热性捷径的单自旋缀饰态的初始化
 
[编辑推荐语]作者使用绝热性方案,在金刚石的NV中心上针对受相干保护的缀饰态,实现了快速且高保真的初始化以及高效的读取。
 
作者对于在闭回路,相干驱动下产生的单自旋缀饰态,在文中展示了通过绝热性方案可进行的初始化,读取以及相干控制等操作。近期,据证明,该类缀饰态表现出高效且远超出其对应二能级体系的相干保护。本文中的态转移方案可给出约为99.4(2)%的转移保真度。其相比绝热方法,将转移速率提升了2.6倍。作者证明了加速态转移的二向性。他们应用上述性质,在对缀饰态流型进行相干操控后,可直接测量缀饰态占据情况。文中结果使得人们可以直接有效测量受相干保护的单自旋缀饰态,它进而提供了通往量子信息处理或者量子传感应用的诱人前景。
 
Initialization of Single Spin Dressed States using Shortcuts to Adiabaticity
 
J. Kölbl, et al.
 
Phys. Rev. Lett. 122, 090502 (2019)
 
 
 
 
计量学非线性压缩参数
 
The well-known metrological linear squeezing parameters (such as quadrature or spin squeezing) efficiently quantify the sensitivity of Gaussian states. Yet, these parameters are insufficient to characterize the much wider class of highly sensitive non-Gaussian states. Here, we introduce a class of metrological nonlinear squeezing parameters obtained by analytical optimization of measurement observables among a given set of accessible (possibly nonlinear) operators. This allows for the metrological characterization of non-Gaussian quantum states of discrete and continuous variables. Our results lead to optimized and experimentally feasible recipes for a high-precision moment-based estimation of a phase parameter and can be used to systematically construct multipartite entanglement and nonclassicality witnesses for complex quantum states.
 
Metrological Nonlinear Squeezing Parameter
 
Manuel Gessner, et al.
 
Phys. Rev. Lett. 122, 090503 (2019)
 
 
 
 
以共振跃迁量子模拟求解水的
 
等效哈密顿量的本征问题
 
随着物理系统的增大,其希尔伯特空间以指数方式扩大,以至于使用经典计算机来计算其能级和本征态不再可能。本文中,作者在实验上演示了一种量子算法,由此可以通过模拟共振跃迁来解决上述本征问题。作者使用了一个四比特量子模拟器,并将其中的两个比特作为辅助设备来控制和测量。他们得到了水分子二比特低能等效哈密顿量的能谱。所模拟的跃迁使得量子模拟器可以变换其状态,并且到达希尔伯特空间的较大范围。其中甚至包括了那些和初始状态无交叠的态。另外,使用该算法,依照测量到的本征能量,可以在模拟器上有效制备特定的本征态。
 
Quantum Simulation of Resonant Transitions for Solving the Eigenproblem of an Effective Water Hamiltonian
 
Zhao kai Li, et al.
 
Phys. Rev. Lett. 122, 090504 (2019)
 
 
 
 
原子芯片上广义的流体力学
 
[编辑推荐语]实验证实了描述一维玻色气体的新流体力学方法所做出的预言。这为建立适用于更复杂量子气体的更好理论铺平了道路。
 
作者通过记录纵向俘获势淬火后,一维原子芯片上87Rb原子密度分布的时间演化,在实验上展示了大尺度一维量子可积系统中特定类流体行为的涌现。而该现象已经被O. A. Castro-Alvaredo等人在Phys. Rev. X 6, 041065 (2016)一文,以及B. Bertini等人在Phys. Rev. Lett. 117, 207201 (2016)一文中进行了理论上的预言。这理论可以被视为C. N. Yang与C. P. Yang热力学在动力学上的推广,它在气体的排斥相互作用强度和温度的整个参数范围内适用。文中对处于准凝聚体和理想玻色气体之间的弱相互作用原子云进行了测量,结果和理论预测十分符合。与此相反,先前存在的“传统”流体力学方法依赖于对局域热平衡的假设,它无法再现出实验数据。
 
Generalized Hydrodynamics on an Atom Chip
 
M. Schemmer, et al.
 
Phys. Rev. Lett. 122, 090601 (2019)
 
 
引力与天体物理
 
导读:郭敏勇;责编:高思杰
 
超新星中微子快速味转换的碰撞触发
 
在中微子层附近可能发生的超新星中微子的快速味转换,取决于碰撞和中微子振荡等有趣的相互作用。与朴素的期望相反,由于中微子-中微子前向散射引起的自诱导中微子振荡的速率,即使在超新星核心内部也很容易超过碰撞率。自洽地考虑碰撞和振荡,作者的计算首次表明碰撞可以为中微子的快速味转换创造条件,但振荡可以没有明显的阻尼而继续下去。这可能对超新星爆炸及其相关的中微子发射的性质产生有趣的影响。
 
Collisional Triggering of Fast Flavor Conversions of Supernova Neutrinos
 
Francesco Capozzi, et al.
 
Phys. Rev. Lett. 122, 091101 (2019)
 
 
 
 
在实验室实验中探测耦合畴壁
 
畴壁固有的不稳定性使得它们在实验室实验中的探测极具挑战性。作者提出了一种稳定腔内畴壁的方法。方法需要畴壁与物质耦合,这个条件可以由对称子模型实现。他们提议了两种方法可以在稳定后探测畴壁:通过壁的吸引力引起的中子束的偏转角或通过穿过壁的这些粒子的时间差来研究超冷中子的轨迹。他们对这些影响给出了实际的估计,并期望它们应该可以通过实验来探测到。
 
Detecting Coupled Domain Walls in Laboratory Experiments
 
Claudio Llinares and Philippe Brax
 
Phys. Rev. Lett. 122, 091102 (2019)
 
 
 
使用Ia型超新星对各向同性膨胀
 
的百分比测试
 
We propose and implement a novel, robust, and nonparametric test of statistical isotropy of the expansion of the Universe and apply it to around 1000 type Ia supernovae from the Pantheon sample. We calculate the angular clustering of supernova magnitude residuals and compare it to the noise expected under the isotropic assumption. We also test for systematic effects and demonstrate that their effects are negligible or are already accounted for in our procedure. We express our constraints as an upper limit on the rms spatial variation in the Hubble parameter at late times. For the sky smoothed with a Gaussian with FWHM=60°, less than 1% rms spatial variation in the Hubble parameter is allowed at 99.7% confidence.
 
Percent-Level Test of Isotropic Expansion Using Type Ia Supernovae
 
John Soltis, et al.
 
Phys. Rev. Lett. 122, 091301 (2019)
 
 
基本粒子与场论
 
责编:晁伟、刘晓辉
 
扩散涨落理论
 
最近发展起来的热平衡涨落的有效场理论被用于计算守恒密度的延时关联函数。针对具有单一守恒定律的系统,作者发现在非线性子相互作用的情况下扩散极点发生偏移,并且密度-密度格林函数在频率ω=−(i/2)Dk2处获得了扩散极点中途的分支点。作者在凝聚态和冷原子系统中讨论了强关联输的运扩散涨落相关性。
 
Theory of Diffusive Fluctuations
 
Xinyi Chen-Lin, et al.
 
Phys. Rev. Lett. 122, 091602 (2019)
 
 
 
 
三希格斯自相互作用的强子对撞机探测
 
本文提出新颖的运动学方法以加快在末态 ?+?−b¯b+ET 中发现双希格斯的产生。作者充分利用最近开发的运动学变量,以及主要背景(顶夸克对产生)的变量“Topness”和信号的变量“Higgsness”。与之前使用的 加速决策树或中性网络等复杂算法相比,本方法在在灵敏度方面显著提高。该方法可以很容易地推广到hh的共振产生以及其它的非共振过程。
 
Probingthe Triple Higgs Self-Interaction at the Large Hadron Collider
 
Jeong Han Kim, et al.
 
Phys. Rev. Lett. 122, 091801 (2019)
 
 
 
 
暴涨子可以是弱作用大质量粒子吗?
 
本文提出了一类模型,其中稳定的暴涨子在早期宇宙中作为热遗留并构成暗物质。作者表明暴涨子湮灭可以有效地重新加热宇宙,并进一步确定了几个与宇宙微波背景观测结果相兼容的暴涨势的例子,其中暴涨子暗物质候选者具有弱作用能标的的质量。作为一个简单的例子,作者考虑通过希格斯相互作用进行的湮灭,从而为未来的直接检测实验带来令人鼓舞的前景。
 
Canthe Inflaton Also Be a Weakly Interacting Massive Particle?
 
Dan Hooper, et al
 
Phys. Rev. Lett. 122, 091802 (2019)
 
 
 
 
MINOSMINOS+
 
利用双探测器的模拟搜索惰性中微子
 
[编辑推荐语]MINOS+合作组没有发现惰性中微子的证据,该结果与MiniBooNE的观测互相冲突。
 
MINOS合作组综合利用MINOS和MINOS+的16.36×1020个靶质子的数据,通过在基线1.04km和735km处的探测器中观察µ中微子的消失来测量中微子和惰性中微子的混合。对两个探测器中的带电流µ中微子和中性流中微子能谱的同时拟合的结果没有发现3+1模型的惰性中微子的存在证据。对于惰性中微子质量的质量劈裂Δm241>10−4eV2的大多数参数空间,本研究为混合参数sin2θ24设定了最严格的限制。
 
Search for Sterile Neutrinos in MINOS and MINOS+ Using a Two-Detector Fit
 
P. Adamson et al.
 
(MINOS+ Collaboration)
 
Phys. Rev. Lett. 122, 091803 (2019)
 
 
 
 
10维超引力的经典德西特解
 
We find four-dimensional de Sitter compactifications of type IIA supergravity bydirectly solving the 10-dimensional equations of motion. In the simplest examples, the internal space has the topology of a circle times an Einstein manifold of negative curvature. An orientifold acts on the circle with two fixed loci, at which an O8− and an O8+ plane sit. These orientifold planes are fully backreacted and localized. While the solutions are numerical, the charge and tension of the orientifold planes can be verified analytically. Our solutions have moduli at tree level and can be made parametrically weakly coupled and weakly curved. Their fate in string theory depends on quantum corrections.
 
Classical de Sitter Solutions of 10-Dimensional Supergravity
 
Clay Córdova, et al.
 
Phys. Rev. Lett. 122, 091601 (2019)
 
 
原子核物理
 
责编:耿立升
 
用储存的离子逼近伽莫窗:
 
ESR 储存环里124Xe(p,γ)反应的直接测量
 
Glorius等人在一个重离子储存环(ESR)里实现了对124Xe 的低能光子俘获反应截面的首次测量。五种束流能量在5.5至8 AMeV的124Xe54+离子被储存在储存环内,与无窗的氢靶碰撞的反应产物125Cs被直接探测到。反应能量被设置在如超新星爆发以及X射线双星等物理过程的热、爆炸性场景的伽莫窗的高能量尾部。实验结果可以用来检验该质量区域(A>70)理论预言的天体物理反应速率。在低能区,实验结果与理论预言的天体物理学上很重要的质子宽度符合的很好,偏差仅为30%。在中子发射阈值(Sn=6.71MeV)以上,测量结果与理论预言的偏差较大,在该能量区域,中子和γ射线的宽度也显著影响着反应截面。该工作中新建立的环内实验方法是研究低质心系能量稀有离子束核反应的强有力的工具。(肖杨)
 
Approaching the Gamow Window with Stored Ions: Direct Measurement of124Xe(p,γ) in the ESR Storage Ring
 
J. Glorius et al.
 
Phys. Rev. Lett. 122, 092701 (2019)
 
 
原子、分子与光学
 
导读:宋新秀;责编:严运安
 
沸腾幺正费米液体
 
[编辑推荐语]利用超冷原子进行实验来跟踪量子费米液体向玻尔兹曼气体的平滑转变。
 
对具有幺正限制的相互作用下高度自旋不平衡的均质费米气体中,作者研究了体系从低温下的极化子费米液体到高温下的经典玻尔兹曼气体的热演化。在低温T下,利用射频光谱可以获得费米极化子的能量、寿命和短程相关性。在此区间,本文观察到了光谱宽度的特征性T2依赖,这对应于费米液体预期的准粒子衰变率。在高温T处,光谱宽度再次随着经典的幺正玻尔兹曼气体的散射速率下降而降低(∝T-1/2)。在量子简并与经典态之间的过渡区域中,谱宽在费米能级的尺度上达到其最大值,这意味着准粒子描述失效。谐波陷阱中的密度测量直接揭示了围绕少数自旋的大部分修饰云,并产生了随费米极化子有效质量变化的可压缩性。
 
Boiling a Unitary Fermi Liquid
 
Zhenjie Yan, et al.
 
Phys. Rev. Lett. 122, 093401 (2019)
 
 
 
 
H++H碰撞中的双电子捕获
 
本文研究了H++H-碰撞系统中,能量从60eV到20keV的双电子捕获过程。尽管这种高度关联的系统表面上很简单,但所有先前的计算都无法重现实验的总截面。另外,后者表现出的振荡先前都被归因于碰撞过程中形成的瞬态分子的奇偶离子态之间的量子干涉。对于这一过程,本文给出了从完全关联的双活性电子与半经典原子之间的轨道密耦方法获得的绝对横截面,研究结果很好地再现了实验数据的大小和形状。此外,作者还证明了振荡是源于双电子捕获和其他双电子非弹性通道之间的相干效应,即传递激发过程。这种替代解释得到了基于碰撞的分子处理的类Rosenthal模型的支持。本文的研究成果为解决这一古老但具有挑战性的问题提供了新的线索。
 
Double Electron Capture in H++H−Collisions
 
J. W. Gao, et al.
 
Phys. Rev. Lett. 122, 093402 (2019)
 
 
 
 
BCS超导体和超流体费米气体中的
 
配对断裂集体分支
 
本文证明了在超流体费米气体和BCS超导体的配对断裂连续体中,存在一个集体激发分支。在零温度下,作者通过使用与连续体相关的分支切割,对了在Anderson的随机相位近似或高斯波动中的集体模式能量的方程进行解析沿拓,获得强耦合态内完全的复色散关系,结果可以涵盖强耦合区间。只要化学势μ为正且波数低于√2mμ/?(m为费米子质量),分支就会存在。在长波限制下,分支随波数呈二次方变化,这里作者对任意相互作用强度进行解析计算而获得复的有效质量。
 
Pair-Breaking Collective Branch in BCS Superconductors and Superfluid Fermi Gases
 
H. Kurkjian, et al.
 
Phys. Rev. Lett. 122, 093403 (2019)
 
 
 
 
远距离原子阵列中的亚辐射Bell
 
本文研究了两个远距离单层量子发射器阵列(作为双能级原子)的集体“自由空间”辐射特性。结果表明,该系统可以支持原子激发态的长寿命Bell叠加态,具有较强的亚辐射,这对应于两个阵列的非局域激发。作者将这些态的准备及其在量子信息中的应用描述为一种非局域纠缠源,可应用于代表量子存储器阵列之间进行具有高保真度的确定性量子态传输。文中还讨论了在具有亚波长间隔的光阱阵列中使用冷原子的实验实现,并分析了其缺陷的作用。
 
Subradiant Bell States in Distant Atomic Arrays
 
P.-O. Guimond, et al.
 
Phys. Rev. Lett. 122, 093601 (2019)
 
 
非线性动力学与流体力学
 
责编:兰岳恒
 
声学系统中的局域单向绝热通过
 
受激绝热通过利用辐射脉冲,由一个通常处于衰变的中间态,有效并选择性地在量子态之间传递粒子群。在这篇论文中,Shen等人提出了声学系统中受激绝热通过的模拟。它是通过绝热时变耦合空腔来实现的,其中空腔和时变耦合分别模拟离散态和辐射脉冲。在适当的耦合安排下,声波可以有效地从初始激发腔向目标腔正向传输,免受中间暗腔的影响。另一方面,对于反向传输,声能完全局域在暗腔中并完全消散。作者通过分析、数值和实验证明了这种声音的单向局域化,并揭示了零特征值本征态在绝热通过中的重要作用。(王诗旖)
 
One-Way Localized Adiabatic Passage in an Acoustic System
 
Ya-Xi Shen, et al.
 
Phys. Rev. Lett. 122, 094501 (2019)
 
 
 
完美吸收奇异点和手性吸收剂
 
We identify a new kind of physically realizable exceptional point (EP) corresponding to degenerate coherent perfect absorption, in which two purely incoming solutions of the wave operator for electrom agnetic or acoustic waves coalesce to a single state. Suchnon-Hermitian degeneracies can occur at a real-valued frequency without any associated noise or nonlinearity, in contrast to EPs in lasers. The absorption line shape for the eigenchannel near the EP is quartic in frequency around its maximum in any dimension. In general, for the parameters at which an operator EP occurs, the associated scattering matrix does not have an EP. However, in one dimension, when the S matrix does have a perfectly absorbing EP, it takes on a universal one-parameter form with degenerate values for all scattering coefficients. For absorbing disk resonators, these EPs give rise to chiral absorption: perfect absorption for only one sense of rotation of the input wave.
 
Perfectly Absorbing Exceptional Points and Chiral Absorbers
 
William R. Sweeney, et al.
 
Phys. Rev.Lett. 122, 093901 (2019)
 
 
等离子体与束物理
 
责编:陈少永
 
利用斯塔克效应测定高能量密度
 
等离子体中的离子温度
 
Alumot等人基于离子耦合对斯塔克线形状的影响,给出了氖喷气Z箍缩中离子温度的实验测定方法。研究得到了明确的结果,在静止状态下,离子热能与内爆-等离子体动能相比较小,而后者的大部分转化为流体动能。本文所述方法可应用于其它高度不均匀、瞬态高能量密度等离子体。(王科力,牟茂淋)
 
Determination of the Ion Temperature in a High-Energy-Density Plasma Usingthe Stark Effect
 
D. Alumot, et al
 
Phys. Rev. Lett. 122, 095001 (2019)
 
 
凝聚态物理:结构
 
责编:殷志平
 
自旋玻色-爱因斯坦凝聚中
 
壁涡复合缺陷的观察
 
本文报道了具有反铁磁相互作用的自旋-1玻色-爱因斯坦凝聚中半量子涡旋(HQVs)束缚的自旋畴壁的观察。在易平面极相中,先制备出一个自旋凝聚体,然后突然骤冷到易轴极性相。畴壁是通过相变过程中自发的Z2对称破缺而产生的,并由于蛇形不稳定性(snake instability)而动态分裂为复合材料缺陷。利用布喇格散射确定了缺陷的端点为极序参量HQVs,并证明了其邻近的质量超流。在强猝灭状态下,作者观察到单个带电的量子涡旋是由自由壁-涡旋复合缺陷的弛豫形成的。通过相变动力学,作者的结果证明了复合材料缺陷的成核机制。(麻晓波)
 
Observation of Wall-Vortex Composite Defects in a Spinor Bose-Einstein Condensate
 
Seji Kang, et al.
 
Phys. Rev. Lett. 122, 095301 (2019)
 
 
 
 
准周期声波导中拓扑边缘模的观测
 
通过墙壁中简单的准周期图案化可以在声波导中产生拓扑边界和界面模式。该程序在共振光谱中打开了许多拓扑能隙,并提供了其拓扑特征的定性和定量的评估。此外,其对连续波方程的体积不变量也进行了计算。实验测量也以高保真度再现了理论的预测结果。特别地,具有位于透气波导中间的高Q因子的声学模式也通过墙壁的简单图案化进行了设计。(毛慧灿)
 
Observation of Topological Edge Modes in a Quasiperiodic Acoustic Waveguide
 
David J. Apigo, et al.
 
Phys. Rev. Lett. 122, 095501 (2019)
 
 
 
简化的CeO2 (111)表面的氧空位动力学
 
以及与极化子跃迁的纠缠
 
铈基系统中氧空位(VO)的迁移对它们在应用中的功能起着至关重要的作用。然而,即使CeO2的111表面中的氧空位结构和Ce3+极化子分布受到了广泛关注,但是氧空位和极化子的动力学行为并没有被人们完全了解。Zhang等人通过结合密度泛函理论与从头算分子动力学模拟发现了在300K到900K的温度范围内,氧空位与极化子的运动表现出明显的纠缠特性,而且Ce3+极化子的位置对氧空位的迁移起着至关重要的作用。合适的Ce3+分布维持足够长时间时会促进氧的迁移,这时在中等温度下会发生长距离的空位迁移。此研究为铈中电子和离子之间电荷输运的相互作用提供了微观视角,有助于导电铈基材料的合理设计。(刘瑞)
 
Oxygen-Vacancy Dynamics and Entanglement with Polaron Hopping at the Reduced CeO2 (111) Surface
 
D. Zhang, Z. K. Han et al.
 
Phys. Rev. Lett. 122, 096101 (2019)
 
 
凝聚态物理:电子性质
 
责编:袁喆,马锋杰,沈卡
 
时域太赫兹光谱探测的重费米子化合物中
 
费米体积演化和晶体场激发
 
Pal等人通过时间分辨太赫兹谱仪在温度范围为2到300K 间测量了重费米子化合物CeCu6-xAux(x = 0,0.1)中的准粒子权重。该方法通过不同的太赫兹响应延迟时间来区分来自重近藤带和来自晶体-电场卫星带的贡献。他们发现,一旦晶体-电场态变为热占据,重带的形成就由指数增强的高能近藤标度控制。他们通过多轨道Anderson晶格模型的温度依赖动力学平均场计算证实了这些观察结果,并讨论了对量子临界图象的推论。(方子明)
 
Fermi Volume Evolution and Crystal-Field Excitations in Heavy-Fermion Compounds Probed by Time-Domain Terahertz Spectroscopy
 
S. Pal et al.
 
Phys. Rev. Lett. 122, 096401 (2019)
 
 
 
直接测量单个CdTe / ZnTe量子点中
 
核自旋的超精细位移和射频操纵
 
Ragunathan等人实现了单个CdTe / ZnTe量子点中电子超精细位移的直接检测。对于先前难以达到的强磁场Bz?0.1T,他们展示了数百粒子核自旋库的稳定极化,其光初始化时间为~1 ms,极化寿命超过~1s。各个点的核磁共振谱揭示出强的电子-核相互作用,具有比III-V半导体量子点强一个数量级的奈特场| Be|?50mT 特征。他们的研究证实II-VI半导体量子点是混合电子-核自旋量子位寄存器的一个有前途的平台,结合了与III-V点相当的优秀光学性质和类似于IV族半导体的稀核自旋环境。(方子明)
 
Direct Measurement of Hyperfine Shifts and Radio Frequency Manipulation of Nuclear Spins in Individual CdTe/ZnTe Quantum Dots
 
G. Ragunathan et al.
 
Phys. Rev. Lett. 122, 096801 (2019)
 
 
 
超导-手性铁磁体异质结构中的
 
斯格明子与Pearl涡旋的相互作用
 
Dahir等人研究了含有磁性斯格明子的手性铁磁体通过一个绝缘势垒与超导薄膜构成的复合异质结构。这个势垒阻止了超导体和手性磁体间的电子输运,因而超导体和手性磁体之间只能通过产生的磁场相互耦合。作者发现在斯格明子半径以内的超导体区域会自发地产生Pearl涡旋态,同时在斯格明子半径以外的区域会产生抵消Pearl涡旋态磁矩的反涡旋,从而形成稳定的拓扑异质结构。作者分析了斯格明子和涡旋晶格间的相互作用以及互反馈,提出斯格明子的大小受涡旋的影响很大,这提供了一种通过超导体近邻效应来控制斯格明子大小的方法。(李松)
 
Interaction of Skyrmions and Pearl Vortices in Superconductor-Chiral Ferromagnet Heterostructures
 
Samme M. Dahir et al.
 
Phys. Rev. Lett. 122, 097001 (2019)
 
 
 
压力诱导Li6P电子晶体超导转变的预言
 
[编辑推荐语]:第一性原理群结构计算预言了Li6P电子晶体在高温下存在压力诱导的超导相
 
电子晶体是一类独特化合物,它们中的大多数电子都位于间隙区域,表现得像阴离子,并对物理性质有着强烈影响。更有趣的是,间隙电子的多少和分布可以通过调整化学组分或者改变压力等外部条件来调节。大多数电子晶体在高压下是非金属性的,超导电子晶体非常罕见。Zhao等人通过第一性原理群结构计算(swarm structure calculations)预言Li6P这种压力诱导的稳定电子晶体的超导转变温度达到了39.3K,是所有已知电子晶体中最高的。Li6P中具有哑铃型连接的电子晶体态的间隙电子主导了超导转变。作者还预言Li5P,Li11P2,Li15P2和Li8P这些富锂磷化物也是超导电子晶体,但它们的超导转变温度不如Li6P高。这些化合物中的超导性来源于锂的强正电性和磷的弱负电性的结合,可能引起人们在相似的双组份化合物中探索高温超导的研究兴趣。(李松)
 
Predicted Pressure-Induced Superconducting Transition in Electride Li6P
 
Ziyuan Zhao et al.
 
Phys. Rev. Lett. 122, 097002 (2019)
 
 
 
压力诱导Li6P电子晶体超导转变的预言
 
[编辑推荐语]:第一性原理群结构计算预言了Li6P电子晶体在高温下存在压力诱导的超导相
 
电子晶体是一类独特化合物,它们中的大多数电子都位于间隙区域,表现得像阴离子,并对物理性质有着强烈影响。更有趣的是,间隙电子的多少和分布可以通过调整化学组分或者改变压力等外部条件来调节。大多数电子晶体在高压下是非金属性的,超导电子晶体非常罕见。Zhao等人通过第一性原理群结构计算(swarm structure calculations)预言Li6P这种压力诱导的稳定电子晶体的超导转变温度达到了39.3K,是所有已知电子晶体中最高的。Li6P中具有哑铃型连接的电子晶体态的间隙电子主导了超导转变。作者还预言Li5P,Li11P2,Li15P2和Li8P这些富锂磷化物也是超导电子晶体,但它们的超导转变温度不如Li6P高。这些化合物中的超导性来源于锂的强正电性和磷的弱负电性的结合,可能引起人们在相似的双组份化合物中探索高温超导的研究兴趣。(李松)
 
Predicted Pressure-Induced Superconducting Transition in Electride Li6P
 
Ziyuan Zhao et al.
 
Phys. Rev. Lett. 122, 097002 (2019)
 
 
 
拓扑三重结中
 
Majorana零模式的巨散粒噪声
 
对Majorana束缚态的明确输运实验探测仍然存在挑战。这里, Jonckheere等人表明,在三条拓扑超导体导线结处形成的零能Majorana态直接导致巨大的散粒噪声幅度,特别是在低电压和小接触透射率时。唯一的固有噪声限制来自于多重Andreev反射过程引起的电流诱导的失相速率。(方子明)
 
Giant Shot Noise from Majorana Zero Modes in Topological Trijunctions
 
T. Jonckheere et al.
 
Phys. Rev. Lett. 122, 097003 (2019)
 
 
 
经典自旋液体MgCr2O4的磁激发
 
作者对集体顺磁状态下受挫MgCr2O4,进行了全面的非弹性中子散射研究。包含至第三近邻磁交换作用的海森堡模型能够定量解释动态磁响应的所有细节。结果显示,在一个高度相关的顺磁背景下,顺磁MgCr2O4中的磁激发可通过磁振子在高度关联的顺磁背景中的传播的理论在整个布里渊区中表示出来。研究结果还表明,MgCr2O4中的相接近于螺旋自旋液体相,和库伦相存在明显的区别,意味着MgCr2O4中磁-结构相变。(刘钱)
 
Magnetic Excitations of the Classical Spin Liquid MgCr2O4
 
X. Bai et al.
 
Phys. Rev. Lett. 122, 097201 (2019)
 
 
 
磁涡旋中Whispering Gallery磁振子激发
 
作者使用微米尺度涡旋态Ni81Fe19盘中非共线三磁子散射产生具有空前高波矢量的Whispering Gallery磁振子。这些模式在盘的周围边界表现出很强的局域性,在涡核周围的扩展区域振幅几乎为零。这些模式来源于涡旋结构中由面外微波场共振激发出的径向磁振子模的分裂。作者从理论和实验的角度阐明了这种非线性散射机制。作者使用布里渊光散射显微镜研究了三磁子分裂的频率和能量依赖性。空间分别的模式轮廓为其局域在盘的边界处提供了证据且可以直接用来确定模式的波数。(刘钱)
 
Excitation of Whispering Gallery Magnons in a Magnetic Vortex
 
K. Schultheiss et al.
 
Phys. Rev. Lett. 122, 097202 (2019)
 
 
 
近藤纳米系统中出现相干晶格行为
 
在金属表面到底需要多少个周期排列的磁矩才能出现相干的近藤晶格行为?Raczkowski和Assaad 采用量子蒙特卡洛模拟的方法在粒子-空穴对称的近藤晶格模型对这个基本问题进行了研究。作者发现,在初始杂质附近形成闭壳层的额外磁性原子会诱导出内壳层近藤共振的劈裂,这标志着复合重费米子能带的形成;杂化能隙的发生与垂直磁场平面内反铁磁自旋关联的增强相匹配,这符合相干近藤晶格的特征。不过最外壳层仍由局域近藤物理主导,表现出与单杂质行为相似的能谱特征。(李松)
 
Emergent Coherent Lattice Behavior in Kondo Nanosystems
 
Marcin Raczkowski and F. Assaad
 
Phys. Rev. Lett. 122, 097203 (2019)
 
 
 
量子自旋螺旋绕组:
 
能级回避交叉如何排除经典拓扑保护
 
A magnetic helix can be wound into a classical Heisenberg chain by fixing one end while rotating the other one. We show that in quantum Heisenberg chains of finite length, the magnetization slips back tothe trivial state beyond a finite turning angle. Avoided level crossings thus undermine classical topological protection. Yet, for special values of the axial Heisenberg anisotropy, stable spin helices form again, which arenonlocally entangled. Away from these sweet spots, spin helices can best abilized dynamically or by dissipation. For half-integer spin chains of odd length, a spin slippage state and its Kramers partner define a qubit with an ontrivial Berry connection.
 
Winding Up Quantum Spin Helices: How Avoided Level Crossings Exile Classical Topological Protection
 
Thore Posske and M. Thorwart
 
Phys. Rev. Lett. 122, 097204 (2019)
 
 
 
拓扑晶体绝缘体Pb0.5Sn0.5Te
 
源于大量狄拉克费米子的
 
磁太赫兹响应和法拉第旋转
 
Pb1−xSnxTe has been shown to be an interesting tunable topological crystalline insulator system. We present a magnetoterahertz spectroscopic study of thin films of Pb0.5Sn0.5Te. The complex Faraday rotation angle and optical conductivity in the circular basis are extracted without any additional assumptions. Our quantitative measures of the THz response allow us to show that the sample studied contains two types of bulk carriers. One is ptype and originates in 3D Dirac bands. The other is n type and appears to be from more conventional 3D bands. These two types of carriers display different cyclotron resonance dispersions. Through simulating the cyclotron resonance of hole carriers, we can determine the Fermi energy and Fermi velocity. Furthermore, the scattering rates of p-type and n-type carriers were found to show opposite field dependences, which can be attributed to their different Landau level broadening behaviors under magnetic field. Our work provides a new way to isolate real topological signatures of bulk states in Dirac and Weyl semimetals.
 
Magnetoterahertz Response and Faraday Rotation from Massive Dirac Fermions in the Topological Crystalline Insulator Pb0.5Sn0.5Te
 
B. Cheng et al.
 
Phys. Rev. Lett. 122, 097401 (2019)
 
 
 
多铁BiFeO3中的新型动力学磁电效应
 
An atomistic effective Hamiltonian scheme is employed within molecular dynamics simulations to investigate how the electrical polarization and magnetization of the multiferroic BiFeO3 respond to time-dependent ac magnetic fields of various frequencies, as well as to reveal the frequency dependency of the dynamical (quadratic) magnetoelectric coefficient. We found the occurrence of vibrations having phonon frequencies in both the time dependency of the electrical polarization and magnetization (forany applied ac frequency), therefore making such vibrations of electromagnonic nature, when the homogeneous strain of the system is frozen (case 1). Moreover,the quadratic magnetoelectric coupling constant is monotonic and almost dispersionless in the sub-THz range in this case 1. In contrast, when the homogeneous strain can fully relax (case 2), two additional low-frequency and strain-mediated oscillations emerge in the time-dependent behavior of the polarization and magnetization, which result in resonances in the quadratic magnetoelectric coefficient. Such additional oscillations consist of a mixing between acoustic phonons, optical phonons, and magnons, and reflect the existence of a new quasiparticle that can be coined an “electroacoustic magnon.” This latter finding can prompt experimentalists to shape their samples to take advantage of, and tune, the magnetostrictive-induced mechanical resonance frequency, in order to achieve large dynamical magnetoelectric couplings.
 
Novel Dynamical Magnetoelectric Effects in Multiferroic BiFeO3
 
S. Omid Sayedaghaee et al.
 
Phys. Rev. Lett. 122, 097601 (2019)
 
 
 
双层石墨烯中υ=0量子霍尔态中的
 
金属相和温度依赖
 
双层石墨烯中υ=0量子霍尔态是一种有趣的基态,在不同对称性破缺的情况下,可以实现不同的多体基态。本文中,作者对该类体系中的未报道过的金属相进行相关实验研究。该金属相在相空间位于大横向电场下的层极化态和小横向电场下的倾斜反铁磁态之间。同时,作者也对υ=0量子自旋霍尔态的电导对温度的依赖关系进行了系统的研究,发现电导对温度有着非单调的依赖关系。进一步分析表明,该非单调行为揭示了体态和边缘态传导与激发的共存。(刘钱)
 
Metallic Phase and Temperature Dependence of the υ=0 Quantum Hall State in Bilayer Graphene
 
J. Li et al.
 
Phys. Rev. Lett. 122, 097701 (2019)
 
 
软物质与交叉科学
 
导读:巫浩;责编:涂展春
 
连通性,而非密度,决定了
 
细长纳米粒子的向列型液晶中的渗流
 
Finner等人通过连续介质理论和模拟表明,硬的细长颗粒的单轴向列体系中的几何渗流与各向同性分散体系中的几何渗流有着根本性的不同。在向列型体系中,渗流对密度的依赖非常弱,并且本质上由定义连通性的距离判据来决定。这一不寻常的发现的根源在于密度与取向序之间的非平凡耦合,该取向序决定了粒子接触的平均数。向列体系中的团簇长度远大于宽度,因此该体系可用于具有强各向异性输运性质的纳米复合材料。
 
Connectivity, Not Density, Dictates Percolation in Nematic Liquid Crystalsof Slender Nanoparticles
 
Shari P. Finner, et al.
 
Phys. Rev. Lett. 122, 097801 (2019)
 
 
 
毛细诱导的桥接无支撑
 
薄液膜界面的颗粒运动
 
Yadav等人展示了在厚度随空间变化的薄液膜的两个界面处同时吸附的中性悬浮球形颗粒所经历的毛细力的新形式。该力与界面的斜率和局域接触角相对于平衡值之差成正比,而且即使当两个边界界面具有零曲率时该力也存在。作者推导了力的表达式,当该力与流体阻力平衡时,该表达式可以预测粒子轨迹。薄膜中不同直径球形颗粒的测量轨迹与预测轨迹符合得相当好。
 
Capillary-Induced Motion of Particles Bridging Interfaces of a Free-Standing Thin Liquid Film
 
Abhishek Yadav, et al.
 
Phys. Rev. Lett. 122, 098001 (2019)
 
 
 
弹性毛细褶痕
 
受到挤压的材料通常形成褶痕。当材料是弹性且柔软的,褶痕的成核取决于弹性和毛细作用。在这篇文章中,Liu等人提出一种弹性毛细褶痕模型。该模型假设表面张力在自由表面上保持不变,但可在自接触时变化。特别地,对于弹性体和凝胶的无缺陷表面,表面张力在自接触时消失。该模型预测褶痕的成核取决于相对于弹性毛细管长度的表面缺陷尺寸,并且发生在明确定义的应变范围内,而不是某个特定的应变值。自接触时表面张力的损失降低了成核的能垒,并且扩大了相对于弹性毛细管长度的任何厚度的材料的成核应变范围。作者使用各种弹性毛细管长度的材料来进行实验并获取文献中的数据来测试该模型。
 
Elastocapillary Crease
 
Qihan Liu, et al.
 
Phys. Rev. Lett. 122, 098003 (2019)
 
 
 
在内聚摩擦悬浮液中
 
从屈服到剪切阻塞现象
 
Singh等人通过模拟来研究摩擦颗粒的致密悬浮液的稳定剪切流变,该颗粒表现出不连续的剪切增稠和剪切阻塞,其中有限范围的内聚相互作用导致屈服应力。作者发展了一种本构模型,该模型将低应力下的屈服行为和剪切致稀与高应力下的摩擦剪切增稠相结合,模型的预测与模拟结果非常吻合。这项工作表明,在屈服应力态和剪切阻塞态下的固体之间存在明显的差异,因为两者发生在相差很大的应力水平上,(两个应力水平之间)夹着一个中间应力区域,在该区域中材料是可流动的。
 
From Yielding to Shear Jamming in a Cohesive Frictional Suspension
 
Abhinendra Singh, et al.
 
Phys. Rev. Lett. 122, 098004 (2019)
 
 
 
凹槽加速露水脱落
 
小体积冷凝物(例如天然露水)的重力驱动引流是一项挑战,因为小液滴通常仍然钉扎在倾斜表面上。Bintein等人报告了亚毫米级凹槽通过改变液体的重新分配大大降低露水留存,其原理在于凹槽吸收介导的长程凝结机制加速了大液滴的生长和脱落。这些发现可用于增加露水的被动捕获以及加速其他冷凝物的引流。
 
Grooves Accelerate Dew Shedding
 
Pierre-Brice Bintein, et al.
 
Phys. Rev. Lett. 122, 098005 (2019)
 
 
 
粘性流体的活性物质侵入:
 
不稳定薄片和无流定理
 
We investigate the dynamics of a dilute suspension of hydrodynamically interacting motile or immotile stress-generating swimmers or particles as they invade a surrounding viscous fluid. Colonies of aligned pusher particles are shown to elongate in the direction of particle orientation and undergo a cascade of transverse concentration instabilities, governed atsmall times by an equation that also describes the Saffman-Taylor instability in a Hele-Shaw cell, or the Rayleigh-Taylor instability in a two-dimensional flow through a porous medium. Thin sheets of aligned pusher particles are always unstable, while sheets of aligned puller particles can either be stable (im motile particles), or unstable (motile particles) with a growth rate that is nonmonotonic in the force dipole strength. We also prove a surprising “no-flowtheorem”: a distribution initially isotropic in orientation loses isotropy immediately but in such a way that results in no fluid flow everywhere and for all time.
 
Active matter invasion of a viscous fluid: Unstable sheets and a no-flow theorem
 
Christopher J. Miles, et al.
 
Phys. Rev. Lett. 122, 098002 (2019)
 
 
 
中间纤维的螺旋超结构
 
Intermediate filaments are the least explored among the large cytoskeletal elements. We show here that they display conformational anomalies in narrow microfluidic channels. Their unusual behavior can be understood as the consequence of a previously undetected, large-scale helically curved superstructure. Confinement in a channel orders the otherwise soft, strongly fluctuating helical filaments and enhances their structural correlations, giving rise to experimentally detectable, strongly oscillating tangent correlation functions. We propose an explanation for the detected intrinsic curving phenomenon—an elastic shape instability that we call autocoiling. The mechanism involves self-induced filament buckling via a surface stress located  at the outside of the cross section. The results agree with ultrastructural findings and rationalize for the commonly observed looped intermediate filament shapes. Beyond curvature, explaining the molecular origin of the detected helical torsion remains an interesting challenge.
 
Helical Superstructure of Intermediate Filaments
 
Lila Bouzar, et al.
 
Phys. Rev. Lett. 122, 098101 (2019)
 
 
 
消除单分子行为和纤维素大量水解
 
特性之间的微观-宏观的差距
 
The microscopic kinetics of enzymes at the single-molecule level often deviate considerably from those expected from bulk biochemical experiments. Here, we propose a coarse-grained-model approach to bridge this gap, focusing on the unexpectedly slow bulk hydrolysis of crystalline cellulose by cellulase, which constitutes a major obstacle to mass production of biofuels and biochemicals. Building on our previous success in tracking the movements of single molecules of cellulase on crystalline cellulose, we develop a mathematical description of the collective motion and function of enzyme molecules hydrolyzing the surface of cellulose. Model simulations robustly explained the experimental findings at both the microscopic and macroscopic levels and revealed a hitherto-unknown mechanism causing a considerable slowdown of the reaction, which we call the crowding-out effect. The size of the cellulase molecule impacted significantly on the collective dynamics, whereas the rate of molecular motion on the surface did not.
 
Bridging the Micro-Macro Gap between Single-Molecular Behavior and Bulk Hydrolysis Properties of Cellulase
 
Takahiro Ezaki, et al.
 
Phys. Rev. Lett. 122, 098102 (2019)
 
 
导读:王子;责编:任捷
 
作为素数筛的简单波动光学叠加
 
本文作者通过模仿典型的埃拉托斯特尼(Eratosthenes)素数筛选法,将素数序列编码到了简单的同一波束的叠加结果之中。其中,素数被等同为物理上整数动量波场的伴有相位奇性的零点。类似地,素数也可被编码在通过单个简单孔径产生的衍射图案或者单个震动谐振腔的谐波之中。此外,衍射物理和数论的联系揭示了如何将所有高斯素数,孪生素数进行编码,以及如何在整数空间频率上构建波场,使其振幅等于除数函数。不同寻常的是,所有这些基本衍射现象表明,自然不规则的素数序列可以产生于平凡布置的波叠加。
 
Simple Wave-Optical Superpositions as Prime Number Sieves
 
T. C. Petersen, et al.
 
Phys. Rev. Lett. 122, 090201 (2019)
 
 
 
 
自粘合量子液滴的碰撞
 
对于由超冷原子吸引混杂形成的量子液滴,作者报道了关于它们双体碰撞的研究。作者区分了由碰撞导致的两种主要结果(合并与分离)。不同的结果取决于碰撞对的速度。两种结果之间的临界速度vc对于大小不同的液滴表现出对于原子数N的不同依赖关系。通过将实验结果和数值模拟进行比较,作者证明,vc(N)的非单调行为源于液滴从可压缩到不可压缩状态的转变。两状态中,碰撞动力学由不同能量尺度的规则支配,即液滴结合能和表面张力。这些结果也给量子液滴在大N极限下,和经典液滴行为极为类似的类液体特性提供了第一份证据。
 
Collisions of Self-Bound Quantum Droplets
 
Giovanni Ferioli, et al.
 
Phys. Rev. Lett. 122, 090401 (2019)
 
 
 
 
贝尔态测量中稳健自测试的实验实现
 
贝尔态测量的本征矢处于纠缠形式。它是量子网络构建中关键的资源。不依赖于设备对贝尔态测量的证实也满足严格的安全要求,它对于量子信息过程具有重要意义。在本文中,作者实施了一个概念验证实验,以在纠缠交换过程(自测试)中不依赖设备地验证贝尔态测量。作者没有用四光子来制备两个单重态的张量积,转而在偏振和空间模式内进行多重编码,产生了两对纠缠量子比特。作者执行了完整的贝尔态测量,得到了剩余两比特的高强度的贝尔违背值,而这是正是对贝尔态测量进行非平凡自测试的必需条件。此外,本文的结果将交换前后的关联结合,可以由此精确推断出所实现贝尔态测量的质量好坏。
 
Experimental Realization of Robust Self-Testing of Bell State Measurements
 
Wen-Hao Zhang, et al.
 
Phys. Rev. Lett. 122, 090402 (2019)
 
 
 
 
相位无约束的玻色凝聚体
 
长链中的干涉序
 
对于在自由空间中制备的较长的周期性玻色凝聚体来说,它随后的演化与干涉显著地依赖于相邻及更远凝聚体中相位的差值。若相位相等,则初始的周期性密度分布会在之后重新出现。这被称为Talbot效应。作者发现若相关相位随机,空间序也会在干涉中出现。但这种情况下干涉条纹的演化会和Talbot效应中的具有定性的差别。而即便很小的相位无序都足以定性地改变干涉结果。尽管这种情况下的差别需要在较长时间的演化后才能体现出来。文中提出的效应可以被用来测量相邻凝聚体相干性的大小以及链上的关联长度。
 
Order in the Interference of a Long Chain of Bose Condensates with Unrestricted Phases
 
Vasiliy Makhalov and A. Turlapov
 
Phys. Rev. Lett. 122, 090403 (2019)
 
 
 
 
时序量子测量中的误差-扰动权衡
 
本文作者根据非互易可观测量的时序测量中的统计距离,推导得到了状态依赖的扰动-误差权衡关系(Error- disturbance relation,EDR)。同时,作者利用光子量子比特系统,在实验上证实了上述关系。他们认为,本文会进一步促进对于量子不确定性原理以及量子测量相关应用的研究。
 
Error-Disturbance Trade-off in Sequential Quantum Measurements
 
Ya-Li Mao, et al.
 
Phys. Rev. Lett. 122, 090404 (2019)
 
 
 
 
量子物质计算上的普适相
 
本文作者提出了第一例受对称性保护,且具有普适计算能力的量子相。此二维相受到一维线状对称性的保护。该对称性可以根据张量网络的局域对称性得以理解。这些局域对称性的存在说明,该量子相中的每一个基态都是一种普适资源,可用在基于测量的量子计算中。
 
Computationally Universal Phase of Quantum Matter
 
Robert Raussendorf, et al.
 
Phys. Rev. Lett. 122, 090501 (2019)
 
 
 
 
通过绝热性捷径的单自旋缀饰态的初始化
 
[编辑推荐语]作者使用绝热性方案,在金刚石的NV中心上针对受相干保护的缀饰态,实现了快速且高保真的初始化以及高效的读取。
 
作者对于在闭回路,相干驱动下产生的单自旋缀饰态,在文中展示了通过绝热性方案可进行的初始化,读取以及相干控制等操作。近期,据证明,该类缀饰态表现出高效且远超出其对应二能级体系的相干保护。本文中的态转移方案可给出约为99.4(2)%的转移保真度。其相比绝热方法,将转移速率提升了2.6倍。作者证明了加速态转移的二向性。他们应用上述性质,在对缀饰态流型进行相干操控后,可直接测量缀饰态占据情况。文中结果使得人们可以直接有效测量受相干保护的单自旋缀饰态,它进而提供了通往量子信息处理或者量子传感应用的诱人前景。
 
Initialization of Single Spin Dressed States using Shortcuts to Adiabaticity
 
J. Kölbl, et al.
 
Phys. Rev. Lett. 122, 090502 (2019)
 
 
 
 
计量学非线性压缩参数
 
The well-known metrological linear squeezing parameters (such as quadrature or spin squeezing) efficiently quantify the sensitivity of Gaussian states. Yet, these parameters are insufficient to characterize the much wider class of highly sensitive non-Gaussian states. Here, we introduce a class of metrological nonlinear squeezing parameters obtained by analytical optimization of measurement observables among a given set of accessible (possibly nonlinear) operators. This allows for the metrological characterization of non-Gaussian quantum states of discrete and continuous variables. Our results lead to optimized and experimentally feasible recipes for a high-precision moment-based estimation of a phase parameter and can be used to systematically construct multipartite entanglement and nonclassicality witnesses for complex quantum states.
 
Metrological Nonlinear Squeezing Parameter
 
Manuel Gessner, et al.
 
Phys. Rev. Lett. 122, 090503 (2019)
 
 
 
 
以共振跃迁量子模拟求解水的
 
等效哈密顿量的本征问题
 
随着物理系统的增大,其希尔伯特空间以指数方式扩大,以至于使用经典计算机来计算其能级和本征态不再可能。本文中,作者在实验上演示了一种量子算法,由此可以通过模拟共振跃迁来解决上述本征问题。作者使用了一个四比特量子模拟器,并将其中的两个比特作为辅助设备来控制和测量。他们得到了水分子二比特低能等效哈密顿量的能谱。所模拟的跃迁使得量子模拟器可以变换其状态,并且到达希尔伯特空间的较大范围。其中甚至包括了那些和初始状态无交叠的态。另外,使用该算法,依照测量到的本征能量,可以在模拟器上有效制备特定的本征态。
 
Quantum Simulation of Resonant Transitions for Solving the Eigenproblem of an Effective Water Hamiltonian
 
Zhao kai Li, et al.
 
Phys. Rev. Lett. 122, 090504 (2019)
 
 
 
 
原子芯片上广义的流体力学
 
[编辑推荐语]实验证实了描述一维玻色气体的新流体力学方法所做出的预言。这为建立适用于更复杂量子气体的更好理论铺平了道路。
 
作者通过记录纵向俘获势淬火后,一维原子芯片上87Rb原子密度分布的时间演化,在实验上展示了大尺度一维量子可积系统中特定类流体行为的涌现。而该现象已经被O. A. Castro-Alvaredo等人在Phys. Rev. X 6, 041065 (2016)一文,以及B. Bertini等人在Phys. Rev. Lett. 117, 207201 (2016)一文中进行了理论上的预言。这理论可以被视为C. N. Yang与C. P. Yang热力学在动力学上的推广,它在气体的排斥相互作用强度和温度的整个参数范围内适用。文中对处于准凝聚体和理想玻色气体之间的弱相互作用原子云进行了测量,结果和理论预测十分符合。与此相反,先前存在的“传统”流体力学方法依赖于对局域热平衡的假设,它无法再现出实验数据。
 
Generalized Hydrodynamics on an Atom Chip
 
M. Schemmer, et al.
 
Phys. Rev. Lett. 122, 090601 (2019)
 
 
引力与天体物理
 
导读:郭敏勇;责编:高思杰
 
超新星中微子快速味转换的碰撞触发
 
在中微子层附近可能发生的超新星中微子的快速味转换,取决于碰撞和中微子振荡等有趣的相互作用。与朴素的期望相反,由于中微子-中微子前向散射引起的自诱导中微子振荡的速率,即使在超新星核心内部也很容易超过碰撞率。自洽地考虑碰撞和振荡,作者的计算首次表明碰撞可以为中微子的快速味转换创造条件,但振荡可以没有明显的阻尼而继续下去。这可能对超新星爆炸及其相关的中微子发射的性质产生有趣的影响。
 
Collisional Triggering of Fast Flavor Conversions of Supernova Neutrinos
 
Francesco Capozzi, et al.
 
Phys. Rev. Lett. 122, 091101 (2019)
 
 
 
 
在实验室实验中探测耦合畴壁
 
畴壁固有的不稳定性使得它们在实验室实验中的探测极具挑战性。作者提出了一种稳定腔内畴壁的方法。方法需要畴壁与物质耦合,这个条件可以由对称子模型实现。他们提议了两种方法可以在稳定后探测畴壁:通过壁的吸引力引起的中子束的偏转角或通过穿过壁的这些粒子的时间差来研究超冷中子的轨迹。他们对这些影响给出了实际的估计,并期望它们应该可以通过实验来探测到。
 
Detecting Coupled Domain Walls in Laboratory Experiments
 
Claudio Llinares and Philippe Brax
 
Phys. Rev. Lett. 122, 091102 (2019)
 
 
 
使用Ia型超新星对各向同性膨胀
 
的百分比测试
 
We propose and implement a novel, robust, and nonparametric test of statistical isotropy of the expansion of the Universe and apply it to around 1000 type Ia supernovae from the Pantheon sample. We calculate the angular clustering of supernova magnitude residuals and compare it to the noise expected under the isotropic assumption. We also test for systematic effects and demonstrate that their effects are negligible or are already accounted for in our procedure. We express our constraints as an upper limit on the rms spatial variation in the Hubble parameter at late times. For the sky smoothed with a Gaussian with FWHM=60°, less than 1% rms spatial variation in the Hubble parameter is allowed at 99.7% confidence.
 
Percent-Level Test of Isotropic Expansion Using Type Ia Supernovae
 
John Soltis, et al.
 
Phys. Rev. Lett. 122, 091301 (2019)
 
 
基本粒子与场论
 
责编:晁伟、刘晓辉
 
扩散涨落理论
 
最近发展起来的热平衡涨落的有效场理论被用于计算守恒密度的延时关联函数。针对具有单一守恒定律的系统,作者发现在非线性子相互作用的情况下扩散极点发生偏移,并且密度-密度格林函数在频率ω=−(i/2)Dk2处获得了扩散极点中途的分支点。作者在凝聚态和冷原子系统中讨论了强关联输的运扩散涨落相关性。
 
Theory of Diffusive Fluctuations
 
Xinyi Chen-Lin, et al.
 
Phys. Rev. Lett. 122, 091602 (2019)
 
 
 
 
三希格斯自相互作用的强子对撞机探测
 
本文提出新颖的运动学方法以加快在末态 ?+?−b¯b+ET 中发现双希格斯的产生。作者充分利用最近开发的运动学变量,以及主要背景(顶夸克对产生)的变量“Topness”和信号的变量“Higgsness”。与之前使用的 加速决策树或中性网络等复杂算法相比,本方法在在灵敏度方面显著提高。该方法可以很容易地推广到hh的共振产生以及其它的非共振过程。
 
Probingthe Triple Higgs Self-Interaction at the Large Hadron Collider
 
Jeong Han Kim, et al.
 
Phys. Rev. Lett. 122, 091801 (2019)
 
 
 
 
暴涨子可以是弱作用大质量粒子吗?
 
本文提出了一类模型,其中稳定的暴涨子在早期宇宙中作为热遗留并构成暗物质。作者表明暴涨子湮灭可以有效地重新加热宇宙,并进一步确定了几个与宇宙微波背景观测结果相兼容的暴涨势的例子,其中暴涨子暗物质候选者具有弱作用能标的的质量。作为一个简单的例子,作者考虑通过希格斯相互作用进行的湮灭,从而为未来的直接检测实验带来令人鼓舞的前景。
 
Canthe Inflaton Also Be a Weakly Interacting Massive Particle?
 
Dan Hooper, et al
 
Phys. Rev. Lett. 122, 091802 (2019)
 
 
 
 
MINOSMINOS+
 
利用双探测器的模拟搜索惰性中微子
 
[编辑推荐语]MINOS+合作组没有发现惰性中微子的证据,该结果与MiniBooNE的观测互相冲突。
 
MINOS合作组综合利用MINOS和MINOS+的16.36×1020个靶质子的数据,通过在基线1.04km和735km处的探测器中观察µ中微子的消失来测量中微子和惰性中微子的混合。对两个探测器中的带电流µ中微子和中性流中微子能谱的同时拟合的结果没有发现3+1模型的惰性中微子的存在证据。对于惰性中微子质量的质量劈裂Δm241>10−4eV2的大多数参数空间,本研究为混合参数sin2θ24设定了最严格的限制。
 
Search for Sterile Neutrinos in MINOS and MINOS+ Using a Two-Detector Fit
 
P. Adamson et al.
 
(MINOS+ Collaboration)
 
Phys. Rev. Lett. 122, 091803 (2019)
 
 
 
 
10维超引力的经典德西特解
 
We find four-dimensional de Sitter compactifications of type IIA supergravity bydirectly solving the 10-dimensional equations of motion. In the simplest examples, the internal space has the topology of a circle times an Einstein manifold of negative curvature. An orientifold acts on the circle with two fixed loci, at which an O8− and an O8+ plane sit. These orientifold planes are fully backreacted and localized. While the solutions are numerical, the charge and tension of the orientifold planes can be verified analytically. Our solutions have moduli at tree level and can be made parametrically weakly coupled and weakly curved. Their fate in string theory depends on quantum corrections.
 
Classical de Sitter Solutions of 10-Dimensional Supergravity
 
Clay Córdova, et al.
 
Phys. Rev. Lett. 122, 091601 (2019)
 
 
原子核物理
 
责编:耿立升
 
用储存的离子逼近伽莫窗:
 
ESR 储存环里124Xe(p,γ)反应的直接测量
 
Glorius等人在一个重离子储存环(ESR)里实现了对124Xe 的低能光子俘获反应截面的首次测量。五种束流能量在5.5至8 AMeV的124Xe54+离子被储存在储存环内,与无窗的氢靶碰撞的反应产物125Cs被直接探测到。反应能量被设置在如超新星爆发以及X射线双星等物理过程的热、爆炸性场景的伽莫窗的高能量尾部。实验结果可以用来检验该质量区域(A>70)理论预言的天体物理反应速率。在低能区,实验结果与理论预言的天体物理学上很重要的质子宽度符合的很好,偏差仅为30%。在中子发射阈值(Sn=6.71MeV)以上,测量结果与理论预言的偏差较大,在该能量区域,中子和γ射线的宽度也显著影响着反应截面。该工作中新建立的环内实验方法是研究低质心系能量稀有离子束核反应的强有力的工具。(肖杨)
 
Approaching the Gamow Window with Stored Ions: Direct Measurement of124Xe(p,γ) in the ESR Storage Ring
 
J. Glorius et al.
 
Phys. Rev. Lett. 122, 092701 (2019)
 
 
原子、分子与光学
 
导读:宋新秀;责编:严运安
 
沸腾幺正费米液体
 
[编辑推荐语]利用超冷原子进行实验来跟踪量子费米液体向玻尔兹曼气体的平滑转变。
 
对具有幺正限制的相互作用下高度自旋不平衡的均质费米气体中,作者研究了体系从低温下的极化子费米液体到高温下的经典玻尔兹曼气体的热演化。在低温T下,利用射频光谱可以获得费米极化子的能量、寿命和短程相关性。在此区间,本文观察到了光谱宽度的特征性T2依赖,这对应于费米液体预期的准粒子衰变率。在高温T处,光谱宽度再次随着经典的幺正玻尔兹曼气体的散射速率下降而降低(∝T-1/2)。在量子简并与经典态之间的过渡区域中,谱宽在费米能级的尺度上达到其最大值,这意味着准粒子描述失效。谐波陷阱中的密度测量直接揭示了围绕少数自旋的大部分修饰云,并产生了随费米极化子有效质量变化的可压缩性。
 
Boiling a Unitary Fermi Liquid
 
Zhenjie Yan, et al.
 
Phys. Rev. Lett. 122, 093401 (2019)
 
 
 
 
H++H碰撞中的双电子捕获
 
本文研究了H++H-碰撞系统中,能量从60eV到20keV的双电子捕获过程。尽管这种高度关联的系统表面上很简单,但所有先前的计算都无法重现实验的总截面。另外,后者表现出的振荡先前都被归因于碰撞过程中形成的瞬态分子的奇偶离子态之间的量子干涉。对于这一过程,本文给出了从完全关联的双活性电子与半经典原子之间的轨道密耦方法获得的绝对横截面,研究结果很好地再现了实验数据的大小和形状。此外,作者还证明了振荡是源于双电子捕获和其他双电子非弹性通道之间的相干效应,即传递激发过程。这种替代解释得到了基于碰撞的分子处理的类Rosenthal模型的支持。本文的研究成果为解决这一古老但具有挑战性的问题提供了新的线索。
 
Double Electron Capture in H++H−Collisions
 
J. W. Gao, et al.
 
Phys. Rev. Lett. 122, 093402 (2019)
 
 
 
 
BCS超导体和超流体费米气体中的
 
配对断裂集体分支
 
本文证明了在超流体费米气体和BCS超导体的配对断裂连续体中,存在一个集体激发分支。在零温度下,作者通过使用与连续体相关的分支切割,对了在Anderson的随机相位近似或高斯波动中的集体模式能量的方程进行解析沿拓,获得强耦合态内完全的复色散关系,结果可以涵盖强耦合区间。只要化学势μ为正且波数低于√2mμ/?(m为费米子质量),分支就会存在。在长波限制下,分支随波数呈二次方变化,这里作者对任意相互作用强度进行解析计算而获得复的有效质量。
 
Pair-Breaking Collective Branch in BCS Superconductors and Superfluid Fermi Gases
 
H. Kurkjian, et al.
 
Phys. Rev. Lett. 122, 093403 (2019)
 
 
 
 
远距离原子阵列中的亚辐射Bell
 
本文研究了两个远距离单层量子发射器阵列(作为双能级原子)的集体“自由空间”辐射特性。结果表明,该系统可以支持原子激发态的长寿命Bell叠加态,具有较强的亚辐射,这对应于两个阵列的非局域激发。作者将这些态的准备及其在量子信息中的应用描述为一种非局域纠缠源,可应用于代表量子存储器阵列之间进行具有高保真度的确定性量子态传输。文中还讨论了在具有亚波长间隔的光阱阵列中使用冷原子的实验实现,并分析了其缺陷的作用。
 
Subradiant Bell States in Distant Atomic Arrays
 
P.-O. Guimond, et al.
 
Phys. Rev. Lett. 122, 093601 (2019)
 
 
非线性动力学与流体力学
 
责编:兰岳恒
 
声学系统中的局域单向绝热通过
 
受激绝热通过利用辐射脉冲,由一个通常处于衰变的中间态,有效并选择性地在量子态之间传递粒子群。在这篇论文中,Shen等人提出了声学系统中受激绝热通过的模拟。它是通过绝热时变耦合空腔来实现的,其中空腔和时变耦合分别模拟离散态和辐射脉冲。在适当的耦合安排下,声波可以有效地从初始激发腔向目标腔正向传输,免受中间暗腔的影响。另一方面,对于反向传输,声能完全局域在暗腔中并完全消散。作者通过分析、数值和实验证明了这种声音的单向局域化,并揭示了零特征值本征态在绝热通过中的重要作用。(王诗旖)
 
One-Way Localized Adiabatic Passage in an Acoustic System
 
Ya-Xi Shen, et al.
 
Phys. Rev. Lett. 122, 094501 (2019)
 
 
 
完美吸收奇异点和手性吸收剂
 
We identify a new kind of physically realizable exceptional point (EP) corresponding to degenerate coherent perfect absorption, in which two purely incoming solutions of the wave operator for electrom agnetic or acoustic waves coalesce to a single state. Suchnon-Hermitian degeneracies can occur at a real-valued frequency without any associated noise or nonlinearity, in contrast to EPs in lasers. The absorption line shape for the eigenchannel near the EP is quartic in frequency around its maximum in any dimension. In general, for the parameters at which an operator EP occurs, the associated scattering matrix does not have an EP. However, in one dimension, when the S matrix does have a perfectly absorbing EP, it takes on a universal one-parameter form with degenerate values for all scattering coefficients. For absorbing disk resonators, these EPs give rise to chiral absorption: perfect absorption for only one sense of rotation of the input wave.
 
Perfectly Absorbing Exceptional Points and Chiral Absorbers
 
William R. Sweeney, et al.
 
Phys. Rev.Lett. 122, 093901 (2019)
 
 
等离子体与束物理
 
责编:陈少永
 
利用斯塔克效应测定高能量密度
 
等离子体中的离子温度
 
Alumot等人基于离子耦合对斯塔克线形状的影响,给出了氖喷气Z箍缩中离子温度的实验测定方法。研究得到了明确的结果,在静止状态下,离子热能与内爆-等离子体动能相比较小,而后者的大部分转化为流体动能。本文所述方法可应用于其它高度不均匀、瞬态高能量密度等离子体。(王科力,牟茂淋)
 
Determination of the Ion Temperature in a High-Energy-Density Plasma Usingthe Stark Effect
 
D. Alumot, et al
 
Phys. Rev. Lett. 122, 095001 (2019)
 
 
凝聚态物理:结构
 
责编:殷志平
 
自旋玻色-爱因斯坦凝聚中
 
壁涡复合缺陷的观察
 
本文报道了具有反铁磁相互作用的自旋-1玻色-爱因斯坦凝聚中半量子涡旋(HQVs)束缚的自旋畴壁的观察。在易平面极相中,先制备出一个自旋凝聚体,然后突然骤冷到易轴极性相。畴壁是通过相变过程中自发的Z2对称破缺而产生的,并由于蛇形不稳定性(snake instability)而动态分裂为复合材料缺陷。利用布喇格散射确定了缺陷的端点为极序参量HQVs,并证明了其邻近的质量超流。在强猝灭状态下,作者观察到单个带电的量子涡旋是由自由壁-涡旋复合缺陷的弛豫形成的。通过相变动力学,作者的结果证明了复合材料缺陷的成核机制。(麻晓波)
 
Observation of Wall-Vortex Composite Defects in a Spinor Bose-Einstein Condensate
 
Seji Kang, et al.
 
Phys. Rev. Lett. 122, 095301 (2019)
 
 
 
 
准周期声波导中拓扑边缘模的观测
 
通过墙壁中简单的准周期图案化可以在声波导中产生拓扑边界和界面模式。该程序在共振光谱中打开了许多拓扑能隙,并提供了其拓扑特征的定性和定量的评估。此外,其对连续波方程的体积不变量也进行了计算。实验测量也以高保真度再现了理论的预测结果。特别地,具有位于透气波导中间的高Q因子的声学模式也通过墙壁的简单图案化进行了设计。(毛慧灿)
 
Observation of Topological Edge Modes in a Quasiperiodic Acoustic Waveguide
 
David J. Apigo, et al.
 
Phys. Rev. Lett. 122, 095501 (2019)
 
 
 
简化的CeO2 (111)表面的氧空位动力学
 
以及与极化子跃迁的纠缠
 
铈基系统中氧空位(VO)的迁移对它们在应用中的功能起着至关重要的作用。然而,即使CeO2的111表面中的氧空位结构和Ce3+极化子分布受到了广泛关注,但是氧空位和极化子的动力学行为并没有被人们完全了解。Zhang等人通过结合密度泛函理论与从头算分子动力学模拟发现了在300K到900K的温度范围内,氧空位与极化子的运动表现出明显的纠缠特性,而且Ce3+极化子的位置对氧空位的迁移起着至关重要的作用。合适的Ce3+分布维持足够长时间时会促进氧的迁移,这时在中等温度下会发生长距离的空位迁移。此研究为铈中电子和离子之间电荷输运的相互作用提供了微观视角,有助于导电铈基材料的合理设计。(刘瑞)
 
Oxygen-Vacancy Dynamics and Entanglement with Polaron Hopping at the Reduced CeO2 (111) Surface
 
D. Zhang, Z. K. Han et al.
 
Phys. Rev. Lett. 122, 096101 (2019)
 
 
凝聚态物理:电子性质
 
责编:袁喆,马锋杰,沈卡
 
时域太赫兹光谱探测的重费米子化合物中
 
费米体积演化和晶体场激发
 
Pal等人通过时间分辨太赫兹谱仪在温度范围为2到300K 间测量了重费米子化合物CeCu6-xAux(x = 0,0.1)中的准粒子权重。该方法通过不同的太赫兹响应延迟时间来区分来自重近藤带和来自晶体-电场卫星带的贡献。他们发现,一旦晶体-电场态变为热占据,重带的形成就由指数增强的高能近藤标度控制。他们通过多轨道Anderson晶格模型的温度依赖动力学平均场计算证实了这些观察结果,并讨论了对量子临界图象的推论。(方子明)
 
Fermi Volume Evolution and Crystal-Field Excitations in Heavy-Fermion Compounds Probed by Time-Domain Terahertz Spectroscopy
 
S. Pal et al.
 
Phys. Rev. Lett. 122, 096401 (2019)
 
 
 
直接测量单个CdTe / ZnTe量子点中
 
核自旋的超精细位移和射频操纵
 
Ragunathan等人实现了单个CdTe / ZnTe量子点中电子超精细位移的直接检测。对于先前难以达到的强磁场Bz?0.1T,他们展示了数百粒子核自旋库的稳定极化,其光初始化时间为~1 ms,极化寿命超过~1s。各个点的核磁共振谱揭示出强的电子-核相互作用,具有比III-V半导体量子点强一个数量级的奈特场| Be|?50mT 特征。他们的研究证实II-VI半导体量子点是混合电子-核自旋量子位寄存器的一个有前途的平台,结合了与III-V点相当的优秀光学性质和类似于IV族半导体的稀核自旋环境。(方子明)
 
Direct Measurement of Hyperfine Shifts and Radio Frequency Manipulation of Nuclear Spins in Individual CdTe/ZnTe Quantum Dots
 
G. Ragunathan et al.
 
Phys. Rev. Lett. 122, 096801 (2019)
 
 
 
超导-手性铁磁体异质结构中的
 
斯格明子与Pearl涡旋的相互作用
 
Dahir等人研究了含有磁性斯格明子的手性铁磁体通过一个绝缘势垒与超导薄膜构成的复合异质结构。这个势垒阻止了超导体和手性磁体间的电子输运,因而超导体和手性磁体之间只能通过产生的磁场相互耦合。作者发现在斯格明子半径以内的超导体区域会自发地产生Pearl涡旋态,同时在斯格明子半径以外的区域会产生抵消Pearl涡旋态磁矩的反涡旋,从而形成稳定的拓扑异质结构。作者分析了斯格明子和涡旋晶格间的相互作用以及互反馈,提出斯格明子的大小受涡旋的影响很大,这提供了一种通过超导体近邻效应来控制斯格明子大小的方法。(李松)
 
Interaction of Skyrmions and Pearl Vortices in Superconductor-Chiral Ferromagnet Heterostructures
 
Samme M. Dahir et al.
 
Phys. Rev. Lett. 122, 097001 (2019)
 
 
 
压力诱导Li6P电子晶体超导转变的预言
 
[编辑推荐语]:第一性原理群结构计算预言了Li6P电子晶体在高温下存在压力诱导的超导相
 
电子晶体是一类独特化合物,它们中的大多数电子都位于间隙区域,表现得像阴离子,并对物理性质有着强烈影响。更有趣的是,间隙电子的多少和分布可以通过调整化学组分或者改变压力等外部条件来调节。大多数电子晶体在高压下是非金属性的,超导电子晶体非常罕见。Zhao等人通过第一性原理群结构计算(swarm structure calculations)预言Li6P这种压力诱导的稳定电子晶体的超导转变温度达到了39.3K,是所有已知电子晶体中最高的。Li6P中具有哑铃型连接的电子晶体态的间隙电子主导了超导转变。作者还预言Li5P,Li11P2,Li15P2和Li8P这些富锂磷化物也是超导电子晶体,但它们的超导转变温度不如Li6P高。这些化合物中的超导性来源于锂的强正电性和磷的弱负电性的结合,可能引起人们在相似的双组份化合物中探索高温超导的研究兴趣。(李松)
 
Predicted Pressure-Induced Superconducting Transition in Electride Li6P
 
Ziyuan Zhao et al.
 
Phys. Rev. Lett. 122, 097002 (2019)
 
 
 
压力诱导Li6P电子晶体超导转变的预言
 
[编辑推荐语]:第一性原理群结构计算预言了Li6P电子晶体在高温下存在压力诱导的超导相
 
电子晶体是一类独特化合物,它们中的大多数电子都位于间隙区域,表现得像阴离子,并对物理性质有着强烈影响。更有趣的是,间隙电子的多少和分布可以通过调整化学组分或者改变压力等外部条件来调节。大多数电子晶体在高压下是非金属性的,超导电子晶体非常罕见。Zhao等人通过第一性原理群结构计算(swarm structure calculations)预言Li6P这种压力诱导的稳定电子晶体的超导转变温度达到了39.3K,是所有已知电子晶体中最高的。Li6P中具有哑铃型连接的电子晶体态的间隙电子主导了超导转变。作者还预言Li5P,Li11P2,Li15P2和Li8P这些富锂磷化物也是超导电子晶体,但它们的超导转变温度不如Li6P高。这些化合物中的超导性来源于锂的强正电性和磷的弱负电性的结合,可能引起人们在相似的双组份化合物中探索高温超导的研究兴趣。(李松)
 
Predicted Pressure-Induced Superconducting Transition in Electride Li6P
 
Ziyuan Zhao et al.
 
Phys. Rev. Lett. 122, 097002 (2019)
 
 
 
拓扑三重结中
 
Majorana零模式的巨散粒噪声
 
对Majorana束缚态的明确输运实验探测仍然存在挑战。这里, Jonckheere等人表明,在三条拓扑超导体导线结处形成的零能Majorana态直接导致巨大的散粒噪声幅度,特别是在低电压和小接触透射率时。唯一的固有噪声限制来自于多重Andreev反射过程引起的电流诱导的失相速率。(方子明)
 
Giant Shot Noise from Majorana Zero Modes in Topological Trijunctions
 
T. Jonckheere et al.
 
Phys. Rev. Lett. 122, 097003 (2019)
 
 
 
经典自旋液体MgCr2O4的磁激发
 
作者对集体顺磁状态下受挫MgCr2O4,进行了全面的非弹性中子散射研究。包含至第三近邻磁交换作用的海森堡模型能够定量解释动态磁响应的所有细节。结果显示,在一个高度相关的顺磁背景下,顺磁MgCr2O4中的磁激发可通过磁振子在高度关联的顺磁背景中的传播的理论在整个布里渊区中表示出来。研究结果还表明,MgCr2O4中的相接近于螺旋自旋液体相,和库伦相存在明显的区别,意味着MgCr2O4中磁-结构相变。(刘钱)
 
Magnetic Excitations of the Classical Spin Liquid MgCr2O4
 
X. Bai et al.
 
Phys. Rev. Lett. 122, 097201 (2019)
 
 
 
磁涡旋中Whispering Gallery磁振子激发
 
作者使用微米尺度涡旋态Ni81Fe19盘中非共线三磁子散射产生具有空前高波矢量的Whispering Gallery磁振子。这些模式在盘的周围边界表现出很强的局域性,在涡核周围的扩展区域振幅几乎为零。这些模式来源于涡旋结构中由面外微波场共振激发出的径向磁振子模的分裂。作者从理论和实验的角度阐明了这种非线性散射机制。作者使用布里渊光散射显微镜研究了三磁子分裂的频率和能量依赖性。空间分别的模式轮廓为其局域在盘的边界处提供了证据且可以直接用来确定模式的波数。(刘钱)
 
Excitation of Whispering Gallery Magnons in a Magnetic Vortex
 
K. Schultheiss et al.
 
Phys. Rev. Lett. 122, 097202 (2019)
 
 
 
近藤纳米系统中出现相干晶格行为
 
在金属表面到底需要多少个周期排列的磁矩才能出现相干的近藤晶格行为?Raczkowski和Assaad 采用量子蒙特卡洛模拟的方法在粒子-空穴对称的近藤晶格模型对这个基本问题进行了研究。作者发现,在初始杂质附近形成闭壳层的额外磁性原子会诱导出内壳层近藤共振的劈裂,这标志着复合重费米子能带的形成;杂化能隙的发生与垂直磁场平面内反铁磁自旋关联的增强相匹配,这符合相干近藤晶格的特征。不过最外壳层仍由局域近藤物理主导,表现出与单杂质行为相似的能谱特征。(李松)
 
Emergent Coherent Lattice Behavior in Kondo Nanosystems
 
Marcin Raczkowski and F. Assaad
 
Phys. Rev. Lett. 122, 097203 (2019)
 
 
 
量子自旋螺旋绕组:
 
能级回避交叉如何排除经典拓扑保护
 
A magnetic helix can be wound into a classical Heisenberg chain by fixing one end while rotating the other one. We show that in quantum Heisenberg chains of finite length, the magnetization slips back tothe trivial state beyond a finite turning angle. Avoided level crossings thus undermine classical topological protection. Yet, for special values of the axial Heisenberg anisotropy, stable spin helices form again, which arenonlocally entangled. Away from these sweet spots, spin helices can best abilized dynamically or by dissipation. For half-integer spin chains of odd length, a spin slippage state and its Kramers partner define a qubit with an ontrivial Berry connection.
 
Winding Up Quantum Spin Helices: How Avoided Level Crossings Exile Classical Topological Protection
 
Thore Posske and M. Thorwart
 
Phys. Rev. Lett. 122, 097204 (2019)
 
 
 
拓扑晶体绝缘体Pb0.5Sn0.5Te
 
源于大量狄拉克费米子的
 
磁太赫兹响应和法拉第旋转
 
Pb1−xSnxTe has been shown to be an interesting tunable topological crystalline insulator system. We present a magnetoterahertz spectroscopic study of thin films of Pb0.5Sn0.5Te. The complex Faraday rotation angle and optical conductivity in the circular basis are extracted without any additional assumptions. Our quantitative measures of the THz response allow us to show that the sample studied contains two types of bulk carriers. One is ptype and originates in 3D Dirac bands. The other is n type and appears to be from more conventional 3D bands. These two types of carriers display different cyclotron resonance dispersions. Through simulating the cyclotron resonance of hole carriers, we can determine the Fermi energy and Fermi velocity. Furthermore, the scattering rates of p-type and n-type carriers were found to show opposite field dependences, which can be attributed to their different Landau level broadening behaviors under magnetic field. Our work provides a new way to isolate real topological signatures of bulk states in Dirac and Weyl semimetals.
 
Magnetoterahertz Response and Faraday Rotation from Massive Dirac Fermions in the Topological Crystalline Insulator Pb0.5Sn0.5Te
 
B. Cheng et al.
 
Phys. Rev. Lett. 122, 097401 (2019)
 
 
 
多铁BiFeO3中的新型动力学磁电效应
 
An atomistic effective Hamiltonian scheme is employed within molecular dynamics simulations to investigate how the electrical polarization and magnetization of the multiferroic BiFeO3 respond to time-dependent ac magnetic fields of various frequencies, as well as to reveal the frequency dependency of the dynamical (quadratic) magnetoelectric coefficient. We found the occurrence of vibrations having phonon frequencies in both the time dependency of the electrical polarization and magnetization (forany applied ac frequency), therefore making such vibrations of electromagnonic nature, when the homogeneous strain of the system is frozen (case 1). Moreover,the quadratic magnetoelectric coupling constant is monotonic and almost dispersionless in the sub-THz range in this case 1. In contrast, when the homogeneous strain can fully relax (case 2), two additional low-frequency and strain-mediated oscillations emerge in the time-dependent behavior of the polarization and magnetization, which result in resonances in the quadratic magnetoelectric coefficient. Such additional oscillations consist of a mixing between acoustic phonons, optical phonons, and magnons, and reflect the existence of a new quasiparticle that can be coined an “electroacoustic magnon.” This latter finding can prompt experimentalists to shape their samples to take advantage of, and tune, the magnetostrictive-induced mechanical resonance frequency, in order to achieve large dynamical magnetoelectric couplings.
 
Novel Dynamical Magnetoelectric Effects in Multiferroic BiFeO3
 
S. Omid Sayedaghaee et al.
 
Phys. Rev. Lett. 122, 097601 (2019)
 
 
 
双层石墨烯中υ=0量子霍尔态中的
 
金属相和温度依赖
 
双层石墨烯中υ=0量子霍尔态是一种有趣的基态,在不同对称性破缺的情况下,可以实现不同的多体基态。本文中,作者对该类体系中的未报道过的金属相进行相关实验研究。该金属相在相空间位于大横向电场下的层极化态和小横向电场下的倾斜反铁磁态之间。同时,作者也对υ=0量子自旋霍尔态的电导对温度的依赖关系进行了系统的研究,发现电导对温度有着非单调的依赖关系。进一步分析表明,该非单调行为揭示了体态和边缘态传导与激发的共存。(刘钱)
 
Metallic Phase and Temperature Dependence of the υ=0 Quantum Hall State in Bilayer Graphene
 
J. Li et al.
 
Phys. Rev. Lett. 122, 097701 (2019)
 
 
软物质与交叉科学
 
导读:巫浩;责编:涂展春
 
连通性,而非密度,决定了
 
细长纳米粒子的向列型液晶中的渗流
 
Finner等人通过连续介质理论和模拟表明,硬的细长颗粒的单轴向列体系中的几何渗流与各向同性分散体系中的几何渗流有着根本性的不同。在向列型体系中,渗流对密度的依赖非常弱,并且本质上由定义连通性的距离判据来决定。这一不寻常的发现的根源在于密度与取向序之间的非平凡耦合,该取向序决定了粒子接触的平均数。向列体系中的团簇长度远大于宽度,因此该体系可用于具有强各向异性输运性质的纳米复合材料。
 
Connectivity, Not Density, Dictates Percolation in Nematic Liquid Crystalsof Slender Nanoparticles
 
Shari P. Finner, et al.
 
Phys. Rev. Lett. 122, 097801 (2019)
 
 
 
毛细诱导的桥接无支撑
 
薄液膜界面的颗粒运动
 
Yadav等人展示了在厚度随空间变化的薄液膜的两个界面处同时吸附的中性悬浮球形颗粒所经历的毛细力的新形式。该力与界面的斜率和局域接触角相对于平衡值之差成正比,而且即使当两个边界界面具有零曲率时该力也存在。作者推导了力的表达式,当该力与流体阻力平衡时,该表达式可以预测粒子轨迹。薄膜中不同直径球形颗粒的测量轨迹与预测轨迹符合得相当好。
 
Capillary-Induced Motion of Particles Bridging Interfaces of a Free-Standing Thin Liquid Film
 
Abhishek Yadav, et al.
 
Phys. Rev. Lett. 122, 098001 (2019)
 
 
 
弹性毛细褶痕
 
受到挤压的材料通常形成褶痕。当材料是弹性且柔软的,褶痕的成核取决于弹性和毛细作用。在这篇文章中,Liu等人提出一种弹性毛细褶痕模型。该模型假设表面张力在自由表面上保持不变,但可在自接触时变化。特别地,对于弹性体和凝胶的无缺陷表面,表面张力在自接触时消失。该模型预测褶痕的成核取决于相对于弹性毛细管长度的表面缺陷尺寸,并且发生在明确定义的应变范围内,而不是某个特定的应变值。自接触时表面张力的损失降低了成核的能垒,并且扩大了相对于弹性毛细管长度的任何厚度的材料的成核应变范围。作者使用各种弹性毛细管长度的材料来进行实验并获取文献中的数据来测试该模型。
 
Elastocapillary Crease
 
Qihan Liu, et al.
 
Phys. Rev. Lett. 122, 098003 (2019)
 
 
 
在内聚摩擦悬浮液中
 
从屈服到剪切阻塞现象
 
Singh等人通过模拟来研究摩擦颗粒的致密悬浮液的稳定剪切流变,该颗粒表现出不连续的剪切增稠和剪切阻塞,其中有限范围的内聚相互作用导致屈服应力。作者发展了一种本构模型,该模型将低应力下的屈服行为和剪切致稀与高应力下的摩擦剪切增稠相结合,模型的预测与模拟结果非常吻合。这项工作表明,在屈服应力态和剪切阻塞态下的固体之间存在明显的差异,因为两者发生在相差很大的应力水平上,(两个应力水平之间)夹着一个中间应力区域,在该区域中材料是可流动的。
 
From Yielding to Shear Jamming in a Cohesive Frictional Suspension
 
Abhinendra Singh, et al.
 
Phys. Rev. Lett. 122, 098004 (2019)
 
 
 
凹槽加速露水脱落
 
小体积冷凝物(例如天然露水)的重力驱动引流是一项挑战,因为小液滴通常仍然钉扎在倾斜表面上。Bintein等人报告了亚毫米级凹槽通过改变液体的重新分配大大降低露水留存,其原理在于凹槽吸收介导的长程凝结机制加速了大液滴的生长和脱落。这些发现可用于增加露水的被动捕获以及加速其他冷凝物的引流。
 
Grooves Accelerate Dew Shedding
 
Pierre-Brice Bintein, et al.
 
Phys. Rev. Lett. 122, 098005 (2019)
 
 
 
粘性流体的活性物质侵入:
 
不稳定薄片和无流定理
 
We investigate the dynamics of a dilute suspension of hydrodynamically interacting motile or immotile stress-generating swimmers or particles as they invade a surrounding viscous fluid. Colonies of aligned pusher particles are shown to elongate in the direction of particle orientation and undergo a cascade of transverse concentration instabilities, governed atsmall times by an equation that also describes the Saffman-Taylor instability in a Hele-Shaw cell, or the Rayleigh-Taylor instability in a two-dimensional flow through a porous medium. Thin sheets of aligned pusher particles are always unstable, while sheets of aligned puller particles can either be stable (im motile particles), or unstable (motile particles) with a growth rate that is nonmonotonic in the force dipole strength. We also prove a surprising “no-flowtheorem”: a distribution initially isotropic in orientation loses isotropy immediately but in such a way that results in no fluid flow everywhere and for all time.
 
Active matter invasion of a viscous fluid: Unstable sheets and a no-flow theorem
 
Christopher J. Miles, et al.
 
Phys. Rev. Lett. 122, 098002 (2019)
 
 
 
中间纤维的螺旋超结构
 
Intermediate filaments are the least explored among the large cytoskeletal elements. We show here that they display conformational anomalies in narrow microfluidic channels. Their unusual behavior can be understood as the consequence of a previously undetected, large-scale helically curved superstructure. Confinement in a channel orders the otherwise soft, strongly fluctuating helical filaments and enhances their structural correlations, giving rise to experimentally detectable, strongly oscillating tangent correlation functions. We propose an explanation for the detected intrinsic curving phenomenon—an elastic shape instability that we call autocoiling. The mechanism involves self-induced filament buckling via a surface stress located  at the outside of the cross section. The results agree with ultrastructural findings and rationalize for the commonly observed looped intermediate filament shapes. Beyond curvature, explaining the molecular origin of the detected helical torsion remains an interesting challenge.
 
Helical Superstructure of Intermediate Filaments
 
Lila Bouzar, et al.
 
Phys. Rev. Lett. 122, 098101 (2019)
 
 
 
消除单分子行为和纤维素大量水解
 
特性之间的微观-宏观的差距
 
The microscopic kinetics of enzymes at the single-molecule level often deviate considerably from those expected from bulk biochemical experiments. Here, we propose a coarse-grained-model approach to bridge this gap, focusing on the unexpectedly slow bulk hydrolysis of crystalline cellulose by cellulase, which constitutes a major obstacle to mass production of biofuels and biochemicals. Building on our previous success in tracking the movements of single molecules of cellulase on crystalline cellulose, we develop a mathematical description of the collective motion and function of enzyme molecules hydrolyzing the surface of cellulose. Model simulations robustly explained the experimental findings at both the microscopic and macroscopic levels and revealed a hitherto-unknown mechanism causing a considerable slowdown of the reaction, which we call the crowding-out effect. The size of the cellulase molecule impacted significantly on the collective dynamics, whereas the rate of molecular motion on the surface did not.
 
Bridging the Micro-Macro Gap between Single-Molecular Behavior and Bulk Hydrolysis Properties of Cellulase
 
Takahiro Ezaki, et al.
 
Phys. Rev. Lett. 122, 098102 (2019)
 
 
 
 
 
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