序
言
本着服务于中国物理学者和物理专业研究生的宗旨，我们根据PRL摘要对本期所有的快报文章进行中文导读。由于水平有限，不免出现一些不准确的地方乃至错译的地方。公众号下方有留言功能，欢迎专家学者通过留言指出不准确或错译的地方，共同提高公众号的服务质量。留言经编辑确认后，会显示在文章下方，供后来浏览者参考。
普通物理：统计与量子物理
库仑气体静电学控制
Kardar-Parisi-Zhang方程的大涨落
Corwin等人建立了Kardar-Parisi-Zhang (KPZ)方程的大偏差理论，给出在窄楔形初始条件下高度分布函数的左尾部的精确控制。他们探究了在KPZ单点分布和艾里(Airy)点过程之间的精确联系。他们发展了对于艾里点过程的大偏差理论，并且用它去计算在静电学问题中KPZ大偏差的速率函数。这种方法也可用在半空间KPZ方程，结果显示它的速率函数是全空间速率函数的一半。除了这些长时估算，他们还严格给出了在KPZ分布上有限时间尾部边界。由此演示了由指数3（较浅的左尾部）到5/2（较深的左尾部）的指数衰减的过渡。本文得到的全空间KPZ速率函数与Sasorov等人[J. Stat. Mech.(2017) 063203]对非局域、非线性积分微分方程（推广的Painlevé II方程）进行WKB近似分析计算出的结果一致。（刘宁）
Coulomb-Gas Electrostatics Controls Large Fluctuations of the Kardar-Parisi-Zhang Equation
Ivan Corwin, Promit Ghosal et al
Phys. Rev. Lett. 121, 060201(2018)
金刚石中自旋量子比特的
可控非马尔科夫性
Haase等人提出了一种灵活的方案来实现单电子自旋量子比特的非马尔科夫动力学。在该方案中，他们利用金刚石的NV-center上的固有氮自旋作为动力学的调节器。他们发现可以通过改变氮自旋的数量来平稳地调整电子自旋动力学的非马尔科夫性。此外，他们考察了由自旋浴引发的退相干动力学，从而排除了非马尔科夫性的其他来源。作者用贝叶斯数据分析使得收集到的观测数据保持在最小水平。这允许对描述动力学所需参数和对预测未观测到的数据点所需的参数进行精确的量化。（刘宁）
Controllable Non-Markovianity for a Spin Qubit in Diamond
J. F. Haase, P. J. Vetter et al.
Phys. Rev. Lett. 121, 060401 (2018)
拓扑色码中量子比特损耗的孪生渗流
Vodola等人通过研究二维拓扑色码中的量子比特损耗问题，建立并探索了量子信息理论与经典统计力学之间的一种新联系。本文引入一个协议来处理量子比特损失，这一协议基于从代码中识别和移除双量子比特，并且保证恢复有效的三可着色和三价重构色码。此外，作者还发现，确定相应的量子比特损失的误差阈值等价于一个新的广义经典渗流问题。针对两组二维色码，他们得到相关的量子比特损失阈值的数值为p=0.461±0.005，这很接近由不可克隆定理所给出的基本极限50%。作者的发现揭示了拓扑色码与渗流理论之间的新联系，显示了色码对量子比特损失的高鲁棒性，并且直接与在各种物理平台上实现拓扑量子纠错的相关。(马宇翰)
Twins Percolation for Qubit Losses in Topological Color Codes
Davide Vodola, et al.
Phys. Rev. Lett. 121, 060501 (2018)
超导量子比特
快速无条件全微波段重置
主动量子比特重置是许多量子算法，特别是量子纠错中的关键操作。在本文中，Magnard等人在实验上用一个与大宽带谐振器耦合的三能级传输子（transmon）人造原子演示了一种重置方案。这种重置协议使用耦合传输子-谐振器系统|f,0>态和|g,1>态间的微波诱导相互作用。其中|g>和|f>表示传输子的基态和第二激发态，|0>和|1>表示谐振器的光子Fock态。作者表征了重置过程，并演示了在小于500纳秒和0.2%剩余激励的情况下，重新初始化传输子-谐振器系统到基态的过程。本文给出的协议是有实际意义的，因为除了需要快速高效的单次读出传输子，它没有额外的架构要求，并且不需要反馈。(马宇翰)
Fast and Unconditional All-Microwave Reset of a Superconducting Qubit
P. Magnard, P. Kurpiers, et al.
Phys. Rev. Lett. 121, 060502 (2018)
控制宇称的光与物质相互作用
宇称的概念描述了系统的反演对称性，它与标准模型、量子信息处理和场论有着基本相关性。在量子电动力学中，宇称是守恒的，并且需要大的场梯度来设计光与物质相互作用算符的奇偶性。在这项工作中，Goetz等人专门构造了超导磁通量子比特来代表被设计的类钾人造原子。作者用谐振器提供的有效轨道动量控制人造原子的波函数的宇称。用具有一定空间构型的微波场照射人造原子，可以选择原位相互作用宇称。通过这种方式，本文观察到了单态跃迁过程中的偶极和四极选择定则，并通过纵向耦合诱导透明度。这项工作将可调谐人造多级原子的设计推进到一个新的水平，这使得近期利用超导电路进行的量子化学模拟成为可能。(马宇翰)
Parity-Engineered Light-Matter Interaction
J. Goetz, F. Deppe, et al.
Phys. Rev. Lett. 121, 060503 (2018)
任意形式的内部纠缠与外部关联相互制约
Camalet给出了任何形式的纠缠和关联之间的关系。二体系统的内部纠缠及其与另一系统的关联相互制约。在局域操作下，用任意方式度量的关联都不会增加。例如，纠缠单调(monotone)、刻画总关联的互信息、以及经典关联的Henderson-Vedral度量。用这种方式度量的外部关联为内部纠缠设置了一个紧上限。内部的纠缠会随着外部关联的增强而减少，量子失谐也是如此。(马宇翰)
Internal Entanglement and External Correlations of Any Form Limit Each Other
S. Camalet
Phys. Rev. Lett. 121, 060504 (2018)
量子舒尔采样电路可被强模拟
置换量子计算(PQC) [Quantum Inf. Comput., 10, 470 (2010)] 是一种天然的量子计算模型，它被猜测可以用于捕获量子计算的非经典方面的特征。如下的发现支持这一猜想：对具有Young正交形式的Sn不可约表示矩阵的矩阵元估算，不存在有效的经典算法。这类矩阵对应于一大类PQC电路的跃迁振幅。用PQC机器可以在多项式时间内解决这个问题，但到目前为止，尚无有效的经典算法来处理这个问题。在本文中，作者给出了经典算法在多项式精度上有效地逼近跃迁振幅，从而解决了这个问题。此外，他们进一步拓展了讨论，表明更大一类量子电路——量子舒尔采样电路的跃迁振幅，也可以被有效的进行经典处理。（刘宁）
Quantum Schur Sampling Circuits can be Strongly Simulated
V. Havlíček and S. Strelchuk
Phys. Rev. Lett. 121, 060505 (2018)
利用单光子投影测量
获得海森堡标度的精度
一般认为量子叠加和非线性相互作用是量子计量的重要资源，可是迄今为止，还没有很好地理解这两种资源在增强精度方面扮演的不同角色。Chen等人在实验上展示了一种海森堡标度计量方法，来测量支配不同光学模之间非线性耦合的参数。通过正比于平均光子数的非线性相互作用强度，n个（超过106个）光子的强模（intense mode）显示了精度增强效应。单个光子的弱模(weak mode)的叠加态导致了线性哈密顿量和测量精度的标度。通过恰当地制备单光子的初态，并进行光子计数投影测量，所提取的经典Fisher信息可以达到耦合后联合态所包含的量子Fisher信息相同的标度(~n2) ，其精度约为1.2/n。在不使用纠缠的情况下，他们的工作为在只包含线性哈密顿量的情况下实现海森堡标度的精度方面提供了思路。（刘宁）
Achieving Heisenberg-Scaling Precision with Projective Measurement on Single Photons
Geng Chen, Lijian Zhang et al
Phys. Rev. Lett. 121, 060506 (2018)
空间上扩展的混沌量子多体系统的谱统计
Chan等人使用没有时间反演对称性简单格点Floquet模型研究了空间上扩展的混沌量子多体系统中的谱统计。通过解析和数值计算谱形式因子K(t)，作者证明了，在时间长于多体Thouless时间（tTh）的情况下，它遵循随机矩阵理论（RMT）。作者还发现tTh对空间维度和系统的尺度有显著的依赖性。对于d>1的系统，tTh在热力学极限下是有限的并且由格点间耦合强度决定。相比之下，在一维系统中，tTh会随着系统尺寸的变化而不同。对于大系统，存在一个谱关联不是RMT形式的宽窗口。最后，本文给出的Floquet模型展示了多体局域化相变，作者讨论了谱形状因子在局域相中的行为。(马宇翰)
Spectral Statistics in Spatially Extended Chaotic Quantum Many-Body Systems
Amos Chan, et al
Phys. Rev. Lett. 121, 060601 (2018)
引力与天体物理
类比浴缸排水涡流得到的黑洞准结合态
准正模式是一组阻尼共振，描述处于激发态的开放系统如何被驱动回到平衡状态。在引力物理学中，这些模式可以用来表征被扰动的黑洞的衰荡，如双黑洞合并后的过程。仔细分析衰荡谱可以了解黑洞的特性，如黑洞的角动量和质量。在更复杂的引力系统中，频谱可能依赖于更多的参数，因此我们可以用来发现新的物理。文章中，作者提出对旋转黑洞的流体动力学进行类比，阐述了额外结构的存在如何影响准正模式谱。这个类比是通过在浴缸排水涡流上考虑波散射获得的。他们发现，由于背景流存在涡度，得到的场论对应于有效弯曲时空上的标量场，而且它获取了涡核中的局域质量。获得的准正模式谱表现出长期的陷获模式，通常被称作准结合态。他们的研究成果可以在未来通过实验检验，而这些实验可以用最近已经成功模拟出旋转黑洞的实验为基础构建。
Black Hole Quasibound States from a Draining Bathtub Vortex Flow
Sam Patrick, et al.
Phys. Rev. Lett. 121, 061101 (2018)
用引力波探测器搜寻暗光子暗物质
如果暗物质来自的背景是由非常轻的规范玻色子构成的，那么这种规范玻色子将会对引力波探测器中的测试粒子有力的作用，从而导致产生由规范玻色子质量决定的特征频率的位移。如果假设暗光子是U(1)B或U(1)B-L的规范玻色子，文章中作者概述了一种新的搜寻这种暗物质的方法。他们表明，基于地面和未来的基于空间的引力波探测器都有能力在未探测的参数范围里做到5σ的观测发现。
Searching for Dark Photon Dark Matter with Gravitational-Wave Detectors
A. Pierce, K. Riles and Yue Zhao
Phys. Rev. Lett. 121, 061102 (2018)
基本粒子与场论
(3+1)维时空中Borromean环的编织
环状激发周围缠绕粒子激发因而产生著名的Aharonov-Bohm相，作者在没有这种相互缠绕的情况下发现一种独特的编织相。他们提出了一种特殊的粒子-环-环编织过程，并称其为Borromean环编织或者更一般的Brunnian链。由于粒子的径迹不会与任何环缠绕，产生的编织相与Aharonov-Bohm相完全不同。作者根据潜在的Milnor三重链接数得出编织相的明确表达式。作者还提出了拓扑量子场论，其包含实现编织统计的AAB-类拓扑项。
Braiding with Borromean Rings in (3+1)-Dimensional Spacetime
AtMa P.O. Chan, et al.
Phys. Rev. Lett. 121, 061601 (2018)
中子星探测重子的暗衰变
质量大于一个太阳质量的中子星的观测对能够解释中子寿命疑惑的中子衰变模式给出严格的限制。如果中子可以衰变成稳定的、弱作用暗费米子，则中子星的最大可能质量为0.7M⊙，而所有测量到的中子星的质量都超过1M⊙。2 M⊙中子星的存在进一步表明，任何中子寿命疑惑的超出标准模型的解释都要求暗物质是具有高度约束相互作用的多粒子暗物质的一部分。作者指出中子星可以独特而有效地探测那些通过重子数破坏过程耦合到标准模型的GeV量级的暗物质。
Testing Dark Decays of Baryons in Neutron Stars
Gordon Baym, et al.
Phys. Rev. Lett. 121, 061801 (2018)
中子星排除轻暗重子
带重子数且具有核子质量量级的奇异粒子由于各种原因而被提出，这些原因包括：重子生成、暗物质、镜子世界和中子寿命疑惑，等等。作者证明质量大于0.7M⊙的中子星的存在严格地限制了这些粒子的存在，要求它们重于1.2 GeV，或者具有较强的排斥相互作用。
Neutron Stars Exclude Light Dark Baryons
David McKeen, et al.
Phys. Rev. Lett. 121, 061802 (2018)
SENSEI：地表运行中
对亚GeV暗物质的首次直接探测限制
Sub-Electron-Noise Skipper CCD实验仪器(SENSEI)使用最近开发的Skipper-CCD技术，从亚GeV暗物质粒子与硅中电子的相互作用中搜索电子反冲。合作组首先报告了原型SENSEI探测器的结果，该探测器在费米国家加速器实验室收集了0.019克天的地上调试数据。这些调试数据足以为质量介于~500 keV和4 MeV之间的暗物质粒子设置新的直接检测限制。这些数据是在地表获得，因此它们不利于先前的强相互作用的且质量介于～500KeV和几百MeV之间的暗物质粒子。作者讨论了这些数据对几种暗物质候选者的影响，包括一种用于解释EDGES 合作组观察到的异常的21cm信号的暗物质模型。SENSEI是第一个致力于寻找暗物质电子反冲的实验，这些结果证明了Skipper-CCD技术在暗物质搜索中的强大功能。
SENSEI:First Direct-Detection Constraints on Sub-GeV Dark Matter from a Surface Run
Michael Crisler, et al. (SENSEI Collaboration)
Phys. Rev. Lett. 121, 061803 (2018)
观察到Υ(4S)→η′Υ(1S)
Bell合作组报告了第一次观测到强子转换Υ(4S)→η′Υ(1S)，其使用了探测器在KEKB非对称能量e+e-对撞机上在Υ(4S)共振态能量处采集的亮度为496 fb-1的数据。他们通过η'衰变到ρ0γ、π+π-η且η→γγ来重建η'，并最终测量到BR(Υ(4S)→η′Υ(1S))= [3.43±0.88(统计误差)±0.21(系统误差)]×10-5，其显着性为5.7σ。
Observation of Υ(4S)→η′Υ(1S)
E. Guido et al. (Belle Collaboration)
Phys. Rev. Lett. 121, 062001 (2018)
用质子-质子和质子- 铅对撞中的Dijets
限制核子中胶子的分布
本文在质子-铅和质子-质子碰撞中测量dijets的赝快度分布作为它们的平均横动量函数。样本来自于CMS实验在LHC收集的核子-核子的对撞质心能为5.02 TeV的数据。所有的 paveT间隔中均观察到pPb谱相对于pp谱的显著偏离。作者在次领头阶微扰量子色动力学计算中比较了pPb和pp分布的比值。这些结果表明铅离子中胶子的PDF在大Bjorken x处相对于未结合核子中的PDF被强烈压制。
Constraining Gluon Distributions in Nuclei Using Dijets in Proton-Proton and Proton-Lead Collisions at 5.02 TeV
A. M. Sirunyan et al.(CMS Collaboration)
Phys. Rev. Lett. 121, 062002 (2018)
测量单举衰变Λ+c→Λ+X的绝对分支比
基于BESIII探测器在质心能4.6GeV处获得的567fb-1积分亮度的e+e-数据样本，Ablikim等人使用双标记方法测量到了单举衰变Λ+c→Λ+X的分支比为BR(Λ+c→Λ+X)=(38.2+2.8−2.2±0.9)%，其中X指任何可能的末态粒子。此外，合作组在这种单举衰变的电荷不对称中搜索直接CP破坏的证据，并得到ACP≡[B(Λ+c→Λ+X)−B(¯Λ−c→¯Λ+X)]/[ B(Λ+c→Λ+X)+B(¯Λ−c→¯Λ+X)]=(2.1+7.0
−6.6 ± 1.6)%, 一个统计上有限的结果，没有CP破坏的直接证据。Measurement of the Absolute Branching Fraction of the Inclusive Decay Λ+c→Λ+X
M. Ablikim et al.(BESIII Collaboration)
Phys. Rev. Lett. 121, 062003 (2018)
原子核物理
从中子幻数50到82的锡同位素
偶偶核的新奇的形状演化
Togashi等人利用最新的蒙特卡洛壳模型研究了质量数从100到138的锡同位素偶偶核的形状演化[实验上原子核的形状可以通过B(E2;01 +→21+)提取]。在他们的计算中，质子和中子的模型空间包含了8个单粒子轨道(1g9/2,7/2, 2d5/2,3/2, 3s1/2, 1h11,2, 2f7/2, 3p3/2)，并且哈密顿量和有效电荷都是固定的，其中1g9/2轨道上的质子是完全活跃的。在110Sn附近，锡的偶偶核的B(E2;01+→21
+)随着中子数的变化有一个显著的增强。这一现象困扰了人们达数十年之久。他们的计算表明，这一增强是由于质子从1g9/2轨道激发所引起的锡同位素的形状的变化。他们还发现在N=66附近的锡的偶偶核中，存在一个从形变相到球形配对相的二级量子相变。他们的计算描述了这些锡同位素偶偶核的形状和壳层的演变，包括100Sn的Gamow-Teller衰变，以及双幻核132Sn的增强的幻数特性。（肖杨）Novel Shape Evolution in Sn Isotopes from Magic Numbers 50 to 82
Tomoaki Togashi et al.
Phys. Rev. Lett. 121, 062501 (2018)
核理论和实验约束的中子星的潮汐形变
Lim和Holt对比了基于引力波事件GW170817的观测数据与描述冷中子星状态方程的微观模型。他们提出了一个贝叶斯统计框架以便他们可以利用原子核实验数据以及最先进的手征有效场论方法限制中子星的状态方程。通过假设中子星由质子、中子、电子和μ子组成，他们
利用后验概率分布（条件概率分布）构建了能量密度泛函并应用其计算了中子星从内核到外壳的状态方程。与先前的研究相比，他们发现，对于一个质量为1.4倍太阳质量的中子星，利用手征有效场论预言得到的中子星的潮汐形变参数在95%置信区间内为136 < Λ < 519，该结论与根据引力波事件GW170817的观测数据所推断的潮汐形变参数的上限（Λ < 800）相符。然而，他们发现中子星的潮汐形变参数的下限对描述致密物质状态方程的模型有很强的限制。此外，他们指出，具有1.4倍太阳质量的中子星的潮汐形变参数与两倍饱和密度处的β平衡物质的压强之间存在很强的关联。（肖杨）Neutron Star Tidal Deformabilities Constrained by Nuclear Theory and Experiment
Y. Lim and J. Holt
Phys. Rev. Lett. 121, 062701 (2018)
原子、分子与光学
具有电偶极矩的超冷稀土磁性原子
本文提出了一种制备超冷镝原子的电偶和磁偶极气体的新方法。相对奇偶性的这对近简并能级（在电子角动量J = 10时为17513.33 cm
-1，在J = 9时为17514.50 cm-1）可与外部电场叠加，从而产生了一个在实验室架构中的电偶极矩。对于与当前实验相关的场振幅，即5kV/cm的电场，本文预测到了可达13个玻尔磁子的磁偶极矩，以及可达0.22D的电偶极矩。当磁场存在时，作者证明了感应电偶极矩强烈依赖于各场之间的角度。场混合能级的寿命在于毫秒范围内，因此就允许了适当的实验检测和操作。Ultracold Rare-Earth Magnetic Atoms with an Electric Dipole Moment
Maxence Lepers, et al.
Phys. Rev. Lett. 121, 063201 (2018)
稀有气体团簇强场电离中的低能电子发射
团簇和纳米颗粒已经得到人们广泛的研究用以确定等离子体近场是如何影响有限系统中强场诱导的高能电子发射。而本文作者则关注的是相反的情况，即慢电子，并讨论了在强近红外激光脉冲中稀有气体团簇的光发射光谱中迄今尚未确认的低能结构（LES）。对于Ar和Kr团簇，本文发现，除了场驱动的快电子之外，还有一个强大且几乎各向同性的电子发射，其动能小于4eV并在总产量中占主导地位。分子动力学模拟揭示了一个在非平衡纳米等离子体中涉及准自由电子和多激发离子的相关的少体衰变过程，这就导致了主要的LES特征。作者的研究结果表明，LES发射发生在显著的纳米等离子扩张后，并且它是强激光纳米等离子体相互作用中的一种普遍现象，这就可能影响高电荷离子的形成。
Low-Energy Electron Emission in the Strong-Field Ionization of Rare Gas Clusters
Bernd Schütte, et al.
Phys. Rev. Lett. 121, 063202 (2018)
量子同步和纠缠生成研究
本文主要研究由可能是最小的自持振荡器（spin-1振荡器）构建的双节点网络中的同步过程。作者首次证明了量子振荡器之间的锁相是可以实现的，即使对于不能与外部半经典信号同步的极限环也是如此。在对系统解析分析的基础上，作者阐明了量子同步与纠缠生成之间的关系。这些发现将成为基于自旋架构理解复杂量子网络中同步的很有前途的平台。
Quantum Synchronization and Entanglement Generation
A. Roulet and C. Bruder
Phys. Rev. Lett. 121, 063601 (2018)
利用自由落体纳米粒子来感应静力
微型机械传感器依赖于谐振操作方案，这不适合去检测静力。本文展示了一种基于真空中光阱俘获的纳米粒子来测量静力的纳米机械传感器。作者的技术取决于粒子与弱静力之间的非共振相互作用，以及由这种相互作用引起的位移的共振读数。另外，作者还证明了对静引力和静电力的测量达到10 aN的灵敏度。本文的工作为短程力的更深入研究提供了工具，成为用宏观物体实现物质-波干涉测量的重要一步。
Sensing Static Forces with Free-Falling Nanoparticles
Erik Hebestreit, et al.
Phys. Rev. Lett. 121, 063602 (2018)
非线性动力学和流体力学
通过波前成形实现对无序腔内
多个非合作物体的精确定位
无序空腔中波的复杂多径轨迹使得传统光线跟踪方法很难定位目标。然而，众所周知，关于物体位置的信息被编码在格林函数中。在校准步骤之后，传统的时间反转方法从宽带脉冲响应测量中检索源的位置。这里，del Hougne等人展示了非发射物体对混响介质的散射贡献足以定位物体。他们通过用从波前整形获得的空间自由度替换宽带测量的时间自由度来进一步简化该方案。空腔内简单的电子可重构反射阵列动态调制空腔边界的一部分，从而提供空间自由度。所展示的利用单频方案定位多个非合作物体的能力对于智能家庭中的传感器可能具有重要的应用。（张聪）
Precise Localization of Multiple Noncooperative Objects in a Disordered Cavity by Wave Front Shaping
Philipp del Hougne, et al.
Phys. Rev. Lett. 121, 063901 (2018)
克尔微谐振器频率梳中的
热和非线性耗散孤子动力学
Stone等人探索耗散克尔孤子对泵浦功率和失谐变化的动态响应，并展示热和非线性过程如何将这些参数耦合到频率梳自由度。他们的实验是通过一种Pound-Drever-Hall (PDH)稳定方法来实现的，该方法提供了频率梳的按需射频控制。PDH锁定不仅引导来自冷微谐振器的克尔孤子形成，还打开了一条重复频率和载波包络频率的去偶合路径。特别是，作者展示了克尔梳两个自由度的相位稳定，频率精度低于10-16，与光学时间保持技术兼容。此外，他们研究了残余激光谐振腔失谐噪声在克尔梳微波产生光谱纯度中的基本作用。（胡婧）
Thermal and Nonlinear Dissipative-Soliton Dynamics in Kerr-Microresonator Frequency Combs
Jordan R. Stone, et al.
Phys. Rev. Lett. 121, 063902 (2018)
弹性珀塞尔效应
在这项工作中，Schmidt等人介绍了珀塞尔效应的弹性模拟，并从理论上表明球形纳米粒子可以作为可调谐的鲁棒天线，用于修改来自局部弹性源的发射。这种效应可以通过引入熟悉的电磁参数的弹性对应物来定性描述：弹性状态的局部密度、弹性珀塞尔因子和弹性模式的有效体积。为了解释理论的框架，Schmidt等人将亚微米金球作为一个普通的弹性GHz天线，发现这种系统中低阶剪切和混合模式提供了相当大的弹性珀塞尔因子。这种形式化体系提供了对各种光学机械系统中振动耗散进行扩展控制的途径，并有助于缩小对弹性纳米谐振器中的声子进行经典和量子处理之间的差距。（张聪）
Elastic Purcell Effect
Mikołaj K. Schmidt, et al.
Phys. Rev. Lett. 121, 064301 (2018)
对数格点上三维不可压缩
欧拉方程的混沌爆炸
关于三维( 3D )不可压缩欧拉方程是否在有限时间内产生无限大涡度(膨胀)的争论不断扩增，这是由于最新直接数值模拟( DNS )的结果不明确，而现有的简化模型无法解释观测到的结构的内在复杂性和多样性。在这里，Campolina等人通过模拟三维对数格点上的微积分，提出了一种形式上与欧拉方程相同的新模型。这个模型澄清了目前在现有数值模拟规模上的争议，并提供了向爆炸过渡的明确证据，解释为重整系统中的混沌吸引子。混沌吸引子跨越了异常大的6个数量级的空间尺度。对于原始的欧拉系统，Campolina等人的结果表明，目前(大概相当长的将来)可获得的现有数值模拟策略不适合这种爆炸的分析，并为解决这个长期存在问题的方法建立了新的基本要求。（张聪）
Chaotic Blowup in the 3D Incompressible Euler Equations on a Logarithmic Lattice
C. Campolina and A. Mailybaev
Phys. Rev. Lett. 121, 064501 (2018)
流体流动使得磁悬浮稳定
Baldwin等人证明了无处不在的实验室磁力搅拌器提供了一种简单的被动磁悬浮方法，其中被称为的“跳蚤”可永久悬浮。作者研究悬浮的起始并刻画“跳蚤”的运动(垂直振荡、旋转和“摇摆”的组合)，发现与力学解析模型非常吻合。摇摆运动驱动再循环流动，产生稳定“跳蚤”的向心力。Baldwin等人的发现对人工泳者的运动和双向微流体泵的发展有着重要的意义，并且为复杂的商业悬浮提供了一种替代方案。（胡婧）
Magnetic Levitation Stabilized by Streaming Fluid Flows
K. A. Baldwin, et al.
Phys. Rev. Lett. 121, 064502 (2018)
动态解耦离子导体的瞬态非线性响应
目前的研究表明，大电场逐渐增强离子系统的导电性，有效范围直到相当于其结构重新排列的时间尺度。然而，在许多离子材料中，一些被认为是电能存储应用的候选材料，结构弛豫过程可能比电荷波动慢得多(或者与电荷波动高度分离)。因此，可以采用非线性介电谱来获得动态去耦的离子导体中的流变学信息，而技术上非常需要的大电功率密度和良好机械稳定性的组合强加了特定的实验约束，以可靠地确定这种情况下材料的稳态导电率。（张聪）
Transient Nonlinear Response of Dynamically Decoupled Ionic Conductors
Felix Wieland, et al.
Phys. Rev. Lett. 121, 064503 (2018)
等离子体与束物理
高转换率等离子体尾场加速的发现
粒子束驱动的等离子体尾场加速(PWFA)可实现各种新颖的高梯度技术，为未来的紧凑型光源和高能物理的应用提供了动力。这里，一个驱动粒子束激发了等离子体介质中的尾场响应，该响应可能会快速地加速一个尾随的观测束。Loisch等人测量了观测束的加速与驱动束的减速的比值，即所谓的转换率，测量结果显著超过了基本理论值及迄今为止在PWFA中的实验极限值2。利用具有倾斜电流剖面的电子束来加速观测束，在长度约为10厘米的等离子体中转换率为4.6-0.7+2.2，这也证明了长度在等离子体波长量级的驱动束的稳定传输。（阳青程，牟茂淋）
Observation of High Transformer Ratio Plasma Wakefield Acceleration
Gregor Loisch, et al
Phys. Rev. Lett. 121, 064801 (2018)
X射线自由电子激光器中
横向失配控制激光切片
Yu-Chiu Chao等人通过控制一束电子中不同切片波荡器的匹配，实现了选择性的片依赖激光。片依赖失配通过在波纹结构中产生的四极尾场来实现。采用一种基于经验光束传输和相空间信息的确定性方法，将选择的切片轮流匹配到波荡器中的激光，同时保持其他切片不产生激光，以维持其原本状态。通过横向偏转腔测量的时间分辨电子束能量损失，证实了之前预测的行为。（阳青程，牟茂淋）
Control of the Lasing Slice by Transverse Mismatch in an X-Ray Free-Electron Laser
Yu-Chiu Chao, et al
Phys. Rev. Lett. 121, 064802 (2018)
等离子体尾场加速器中
驱动束的固有稳定性
驱动束的软管不稳定性（hose instability）是等离子体尾场加速器稳定运行的主要挑战。Martinez de la Ossa等人证实，横向尺寸与等离子体喷射半径相当的驱动束产生了一个沿束方向变化聚焦的尾场，这导致切片betatron振荡快速失谐并抑制了不稳定性。该固有稳定原理为抑制驱动束的软管不稳定性提供了一种适用且有效的方案，由此可实现一个稳定的加速过程。（秦晨，牟茂淋）
Intrinsic Stabilization of the Drive Beam in Plasma-Wakefield Accelerators
A. Martinez de la Ossa et al
Phys. Rev. Lett. 121, 064803 (2018)
加速器束流的首次六维相空间测量
Cathey和Cousineau在散裂中子源束流测试设备上，首次完成了加速器中束流的完整六维相位空间测量。测量数据揭示了六维相空间分布的关联，这一关联在低维数据中未被观测到。测量结果显示该关联依赖于束流的强度。（秦晨，牟茂淋）
First Six Dimensional Phase Space Measurement of an Accelerator Beam
B. Cathey and S. Cousineau
Phys. Rev. Lett. 121, 064804 (2018)
凝聚态物理：结构
超薄聚合物薄膜中高能离子的断键效率
使用不同厚度的聚-甲基丙烯酸甲酯和聚-氯乙烯薄膜，研究了由2 MeV H +和2.1 GeV Bi离子诱导的空间禁闭效应对断键效率的影响。从厚度约5nm的薄膜中提取得到了氧和氯损耗的有效截面，并与基于GEANT-DNA模拟的径向能量密度分布的理论估计进行了比较。很大程度上，横截面与厚度无关，这表明断键主要受短程过程支配。这与最近在类似超薄聚合物薄膜中由高能离子引起缩孔的强约化效率[Phys. Rev. Lett. 114, 118302 (2015)]形成了对比。（黄通昀）
Bond-Breaking Efficiency of High-Energy Ions in Ultrathin Polymer Films
R. Thomaz, et.al
Phys. Rev. Lett.121, 066101 (2018)
凝聚态物理：电子性质
高自旋相干性的螺旋位错
结构中的自旋轨道耦合作用
[编辑推荐语]理论研究表明: 在半导体中，位错缺陷可以提供产生自旋流的新途径。
螺旋位错是一种广泛存在于半导体中的一维拓扑缺陷。本文中，作者从理论上证明了在该类拓扑缺陷中存在着新的自旋轨道耦合效应。不同于通常存在于表面或界面上的传统Rashba-Dresselhaus自旋轨道耦合作用，该类自旋轨道耦合作用是半导体材料中本征的自旋轨道耦合作用。作者指出，在一维螺旋位错体系中，该自旋轨道耦合作用的自旋结构与螺旋位错的固有对称性有关，其比2D Rashba-Dresselhaus具有更高的自旋相干性。此外，一维螺旋位错自旋轨道耦合作用可以通过复合半导体的离子性来调节，从而可以理想地抑制自旋弛豫。该发现为操纵半导体的自旋传输提供了新途径。（刘钱）
Ubiquitous Spin-Orbit Coupling in a Screw Dislocation with High Spin Coherency
L. Hu et al.
Phys. Rev. Lett. 121, 066401 (2018)
各向同性应变石墨烯中关联效应
驱动的二聚化和拓扑能隙的打开
此前忽略电子间关联效应、碳原子移动或者应力的研究是无法准确预测各向同性拉伸石墨烯相图的。Sorella等人使用精确非格子量子蒙特卡罗关联拟设计算了应变石墨烯的基态焓。低应力下无畸变的半金属石墨烯在应力增加到8.5%~15%之间时，Heitler-London关联会稳定一个绝缘的类Kekulé二聚态。相对于Peierls态，这种二聚态更接近晶化共振价键。二聚化拉伸石墨烯绝缘体在本质上是拓扑性的，其能隙在15％应变附近预计会增长1eV以上，这意味着在一定条件下，一维金属性界面态位于体态能隙中。（李松）
Correlation-Driven Dimerization and Topological Gap Opening in Isotropically Strained Graphene
Sandro Sorella et al.
Phys. Rev. Lett. 121, 066402 (2018)
强关联金属中的霍尔数
基于Drude-Boltzmann理论，非强关联金属体系中的霍尔数已被广泛研究。而实验上所测的强关联金属体系中的霍尔数却有悖于现有的理论。实验结果显示在强关联体系中，霍尔数的大小以及符号都对温度有强烈的依赖性。本文中，作者从理论上研究强关联金属材料中霍尔数与温度的关系。结果显示，对于载流子为非相对论性的费米子或玻色子的强关联金属体系，不需要准确定义准粒子就可以得出霍尔数完全依赖于热力学平衡态的极化率，以及和温度之间的依赖关系。同时，该理论避免了实时响应函数的数值困难，有望用于解释强关联材料中的实验结果。（刘钱）
Hall Number of Strongly Correlated Metals
Assa Auerbach
Phys. Rev. Lett. 121, 066601 (2018)
镜像对称Dirac半金属中
反向传播的分数霍尔态
镜像对称二维 Dirac半金属的Landau能带（例如，ABA石墨烯的奇数层）可以通过它们关于镜像对称性的宇称来识别。这种对称性有利于一类新的反向传播霍尔态。 Barlas预测在电荷中性点处存在一种类似Laughlin关联液体态，具有相反但数值相等的电子和空穴填充因子|v
±| = 1/m（m 为奇数)。该态表现出分数带电的准粒子-空穴对激发和具有相反宇称的反向传播边缘态。使用玻色化一维边缘态理论，他们表明分数量子化的双端纵向电导σxx=2e2/(mh)对短程模间相互作用是稳固的。（方子明）Counterpropagating Fractional Hall States in Mirror-Symmetric Dirac Semimetals
Yafis Barlas
Phys. Rev. Lett. 121, 066602 (2018)
二维Weyl费米子系统中的自旋输运和累积
在这项工作中，Ong等人展示了在三维拓扑绝缘体表面实现实验可控的自旋霍尔效应(SHE)的新途径，其基本上取决于二维 Weyl费米子的自旋轨道耦合(SOC)性质。自旋输运唯一取决于该系统中的自旋扭矩电流，自旋霍尔效应源自具有势强度V和尺寸a的非自旋轨道耦合标量杂质的手征自旋翻转散射。得到的自旋霍尔角具有固定的符号，其中θSH~O{[V2]/[v
2F/a2](kFa)4}是费米波矢量(kF)和费米速度(vF)的强依赖函数。因此，可以通过调节费米能量或杂质尺寸来调节自旋霍尔效应。（方子明）Spin Transport and Accumulation in a 2D Weyl Fermion System
T. Tzen Ong and Naoto Nagaosa
Phys. Rev. Lett. 121, 066603 (2018)
在冷原子和K3C60薄膜的超流体临界点
附近时间分辨输运测量的模型预测
冷原子中的超快测量以及K3C60薄膜泵浦探针光谱方面的最新进展提供了将相互作用费米子系统快速淬灭到有限温超流相变点的可能性。然而，由于标准的平衡态技术不再适用，确定一个瞬态是否果真接近二阶临界点是很困难的。这个工作中，Lemonik和Mitra 指出瞬态向超流体临界点的靠近有可能是可以通过对光电导率等输运性质进行时间分辨测量观测的。当淬火到临界点附近时系统会产生高度时间依赖的超流体涨落密度，这会以两种方式影响电导率。其一是通过费米子和涨落之间的非弹性散射，其二是涨落以提供低电阻载流通道的方式直接参与导电过程。这两种效应之间的竞争导致时间分辨光电导率的非单调行为，这提供了临界瞬态的特征。（李松）
Model Predictions for Time-Resolved Transport Measurements Made near the Superfluid Critical Points of Cold Atoms and K3C60 Films
Yonah Lemonik and Aditi Mitra
Phys. Rev. Lett. 121, 067001 (2018)
非孪晶BaFe2As2中的自旋波
理解高温超导体的母体化合物中的磁相互作用是确定它们对超导机制作用的基础。对于铁磷酸盐超导体的母体化合物，如AFe2As2 (A=Ba, Ca, Sr)，尽管整个布里渊区的自旋激发谱已经被绘制出来，但是这方面的相关测量都是在孪晶样品获得，并不能给出自旋动力学的结论性信息。在这个工作中，鲁兴业等人使用非弹性中子散射绘制出100%非孪晶BaFe2As2的完整自旋激发谱。通过将观察到的光谱与理论计算进行比较，作者得出结论：当考虑适度的电子强关联效应时，自旋激发可以用巡游模型很好地描述。（李松）
Spin Waves in Detwinned BaFe2As2
Xingye Lu et al.
Phys. Rev. Lett. 121, 067002 (2018)
具有阻挫横向交换的量子自旋冰
量子自旋冰材料是一种具有Ising和横向交换相互作用的烧绿石磁体，其作为量子自旋液体基态的候选材料已被广泛研究。特别地，在具有阻挫激发态的三维量子自旋冰体系中，自旋冰可被U(1)规范理论描述。然而，在具有阻挫横向交换相互作用的自旋冰体系中，对基态性质的理解还不清晰。本文中，作者通过对基于Pr的烧绿石进行量子化学计算，提出该体系中存在着阻挫的横向交换相互作用。接着，利用变分计算、精确对角化、数值链簇和级数展开的组合方法，作者发现U(1)量子自旋液体转变到具有SU(2)高对称性的向列量子自旋液体相。（刘钱）
Quantum Spin Icewith Frustrated Transverse Exchange: From a π-Flux Phase to a Nematic Quantum Spin Liquid
O. Benton et al.
Phys. Rev. Lett. 121, 067201 (2018)
Dy2Ti
2O7自旋冰中的Pauling熵、亚稳态和平衡
对于热力学第三定律，确定经典自旋冰材料Dy2Ti2O7中Pauling熵已经成为理解冰规则态存在和稳定性的重要测试案例。自旋冰的标准模型-偶极自旋冰模型 -预测了在T≈0.15K的有序转换，但Pomaranski等最近的实验暗示在高达0.5K温度长时间尺度下的熵恢复，比理论预测太高而不相符。Giblin等在低温和长时间尺度(分别为0.35K/106s和0.5K/105s)下使用中子散射和比热测量研究了几个同位素富集样本，并没发现证据表明冰规则关联性或自旋熵的减少。中子结构因子的高分辨率模拟表明，偶极自旋冰模型在所有温度下仍然可以很好地描述自旋关联。此外，通过仔细考虑超精细贡献，他们得出，Ramirez等人原始的熵测量基本是正确的：由于贡献相消，该研究中使用的短时弛豫方法对平衡自旋冰熵给出了合理准确的估计。（方子明）
Pauling Entropy, Metastability,and Equilibrium in Dy2Ti2O7Spin Ice
S. R. Giblin et al.
Phys. Rev. Lett. 121, 067202 (2018)
凝聚阈值以下量子化极化子的生成
高质量半导体微腔中的激子极化子由于其超轻有效质量而可以行进长的宏观距离(>100μm)。极化子在由光泵浦的激子储层中形成，并被储层排斥; 然而，它们的空间动力学并不像点状粒子预期的那样。相反，Cristofolini 等表明发射到波导中的极化子，甚至在它们形成玻色凝聚前，会垂直于排斥势梯度行进，且只有将它们当作宏观非局域量子化粒子发射才能被解释。（方子明）
Generation of Quantized Polaritons below the Condensation Threshold
Peter Cristofolini, et al.
Phys. Rev. Lett. 121, 067401 (2018)
晶格能量学以及关联驱动的
金属绝缘体相变： Ca2RuO4案例研究
本文使用密度泛函、动力学平均场和朗道理论方法来阐明莫特金属 - 绝缘体相变中电子和结构能量学的相互影响，提出了包括电子能量、电子态与局部畸变的耦合以及局部畸变与长波应变的耦合的朗道理论自由能。作者采用该理论讨论了Ca2RuO4的情形，发现金属 -绝缘体相变过程中晶格能量的变化与电子能量的变化相当。这会导致一系列后果，比如强一阶相变、相界对压力的敏感性以及衬底上的外延生长相关的面内晶格参数的几何约束会显著改变晶格能量学，以至于完全消除金属绝缘体相变。（李松）
Lattice Energetics and Correlation-Driven Metal-Insulator Transitions: The Case of Ca2RuO4
Qiang Han and Andrew Millis
Phys. Rev. Lett. 121, 067601 (2018)
超氧化物La2 −xSrxCuO4+y中
向列性和电荷序
在本文中，Zhang等人报道了电子相分离斜方晶系La2CuO4+y在1/8组分掺杂下的带状电荷序的共振X射线散射测量。这个电荷序与共振（001）峰的消失相关，这可以通过不同共振能下CuO平面中呈现的低温四方结构倾斜图案或向列结构识别。作者从而提供了证据表明结构钉扎对于静电荷条纹的形成不是必需的，并且电荷向列性和条纹之间的关系可能并不简单。（李松）
Nematicity and Charge Order in Superoxygenated La2−xSrxCuO4+y
Zhiwei Zhang et al.
Phys. Rev. Lett. 121, 067602 (2018)
范德瓦尔斯自旋阀
[编辑推荐语]石墨烯和铁磁绝缘体的堆叠结构可组成范德瓦尔斯自旋阀。
基于铁磁导体和非磁材料组成的自旋阀结构已被广泛研究。本文中，作者指出在两个铁磁绝缘层之间插入二维非磁性导体，可形成新型的自旋阀。作者在两个铁磁绝缘体之间插入石墨烯双层结构，结果显示，当这两个铁磁层反平行排列时，可在狄拉克点打开一个带隙，而在平行结构中，石墨烯双层仍然导电。同时，借助于密度泛函理论，作者计算了铁磁绝缘体CrI3两个单分子层之间石墨烯双层结构的能带。计算结果与模型一致，仍然在反平行磁结构中发现狄拉克点被打开。理论和密度泛函计算同时都说明，在范德瓦尔斯自旋阀中，绝缘层磁化率的相对取向对二维导体的平面传导性有很强的影响。（刘钱）
Van der Waals Spin Valves
C. Cardoso etal.
Phys. Rev. Lett. 121, 067701 (2018)
双层激子的电储存器
邻近层中具有相等低电子和空穴密度的二维(2D)电子系统的基态是激子流体。Xie等人表明，通过分别接触两层并将化学势差保持在小于空间间接带隙的值，可以建立激子储存器，从而避免在任一层中存在自由载流子。激子流体和接触间的平衡通过涉及中间虚态的过程进行，其中未成对的电子或空穴虚占据了每一2D层中的自由载流子态。当接触化学势与自由载流子带对齐时，他们推导出激子–接触平衡速率和接触与各自2D层间电导间的近似关系，并解释了如何使用电测量来测量激子流体的热力学性质。（方子明）
Electrical Reservoirs for Bilayer Excitons
Ming Xie and A. Mac Donald
Phys. Rev. Lett.121, 067702 (2018)
软物质与生物物理
利用周期性扰动控制障碍物阵列的
流态化、流动性和堵塞
通过障碍物阵列的粒子运动的堵塞效应与过滤器的性能或限制通过无序介质的流量密切相关，因此了解如何避免堵塞形成和如何优化障碍物阵列中的颗粒迁移率非常重要。本文运用数值模拟的方法，考察了在直流漂移和横向纵向交流驱动下通过随机障碍物阵列的颗粒的堵塞与流动。研究发现，流量可以在几个数量级上变化，最佳的频率和驱动幅度能使流量最大化。对于密集的阵列，在低频扰动下，系统出现异质爬行堵塞相；在中频扰动下，系统形成高迁移率流化态；而在高频下，系统重新进入异质冻结堵塞态。这些结果为优化通过无序介质的流动提供了新的技术，该技术也可作为颗粒分离方法的基础。
Controlled Fluidization, Mobility, and Clogging in Obstacle Arrays Using Periodic Perturbations
C. Reichhardt et al
Phys. Rev. Lett. 121, 068001 (2018)
对哈密顿量进行变换来计算热渗透力
若沿流体-固体界面施加热梯度，流体将会受到一个热渗透力作用。在稳定的状态下，这种力被剪应力的梯度所平衡。令人惊讶的是，似乎没有唯一的微观表达可用于计算热渗透力的大小。Ganti等人将流体颗粒的质量作为哈密顿量中的一个张量，通过消除非平衡模拟中的平衡剪切力来计算固-液界面处的热渗透力。作者将测量的非平衡力与基于应力张量梯度计算所估计的热渗透力进行比较，发现经典的微观应力定义无法预测热渗透力，而基于局部焓的热渗透力的表达式更接近真实结果。最后作者还确定了壁应力的贡献。对于结构化表面，由于流体原子相对于固体原子晶格位置的不对称分布，壁结构在热渗透中起到一定作用。
Hamiltonian Transformation to Compute Thermo-osmotic Forces
R. Ganti et al
Phys. Rev. Lett. 121, 068002 (2018)
拉伸的软固体上接触角选择的悖论
关于拉伸的固体上接触角的解释近来引起了争议，相似的实验却在弹性与表面张力之间的耦合方面得出了相反的结论。Snoeijer等人通过变分原理推导出了决定液滴在弹性界面的接触角的方程，得到了接触线的平衡条件，从而解决了这个悖论。具体地，作者发现基底的弹性赋予了一个非平凡的条件，将牵制、迟滞和接触线迁移率与Shuttleworth效应联系起来；并通过动力学实验验证了关于有机硅凝胶液滴理论的预测，发现拉伸基底的确会增强接触线的迁移率。结果还表明，无论是湿润固体还是干燥固体，平衡态需满足固-液和固-气界面的Shuttleworth系数相等的条件，为理解润湿力学的物理化学机理提供了一个新颖的思路。
Paradox of Contact Angle Selection on Stretched Soft Solids
J. H. Snoeijer et al
Phys. Rev. Lett. 121, 068003 (2018)
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