普通物理：统计与量子物理

责编：郭文安

离散标度对称性的量子气体中的

动力学分形

受分形Weierstrass函数与具有离散标度对称性的量子系统之间相似性的启发，Chao Gao等人建立了一个普遍条件，在这个条件下量子系统的动力学将在时域中展现出分形结构。作为一个例子，作者讨论了Loschmidt振幅和零动量占据的单粒子在标度不变势1/r2下运动的动力学。为了表明这些条件可以在超冷原子气体中实现，他们用实际的实验参数进行数值模拟，结果表明动力学分形可以在真实的时间尺度中观察到。该预测结果可以直接在当前的冷原子实验中得到证实。（崔石峰）

Dynamical Fractal in Quantum Gases with Discrete Scaling Symmetry

Chao Gao, et al

Phys. Rev. Lett. 122, 203402（2019）

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.230402

用变分量子本征解算器

进行电子跃迁的量子计算

We develop an extension of the variational quantum eigensolver（VQE）algorithm—multistate contracted VQE（MC-VQE）—that allows for the efficient computation of the transition energies between the ground state and several low-lying excited states of a molecule, as well as the oscillator strengths associated with these transitions. We numerically simulate MC-VQE by computing the absorption spectrum of an ab initio

 exciton model of an 18-chromophore light-harvesting complex from purple photosynthetic bacteria.

Quantum Computation of Electronic Transitions Using a Variational Quantum Eigensolver

Robert M. Parrish et al.

Phys. Rev. Lett. 122, 230401（2019）

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.230401

高维有限速率量子超图乘积代码

Weilei Zeng等人描述了一个量子误差校正码的系列，它概括了由Tillich和Zemor的量子超图乘积代码以及m维超立方晶格上的所有toric code族。所构造的代码的参数，包括最小距离，可以用构造中使用的那些矩阵相关的二进制代码明确给出。（刘玉海）

Higher-Dimensional Quantum Hypergraph-Product Codes with Finite Rates

Weilei Zeng and L. Pryadko

Phys. Rev. Lett. 122, 230501（2019）

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.230501

周期性驱动系统中

涨落和熵产生的操作上可实现的边界

For periodically driven systems, we derive a family of inequalities that relate entropy production with experimentally accessible data for the mean, its dependence on driving frequency, and the variance of a large class of observables. With one of these relations, overall entropy production can be bounded by just observing the time spent in a set of states. Among further consequences, the thermodynamic efficiency both of isothermal cyclic engines like molecular motors under a periodic load and of cyclic heat engines can be bounded using experimental data without requiring knowledge of the specific interactions within the system. We illustrate these results for a driven three-level system and for a colloidal Stirling engine.

Operationally Accessible Bounds on Fluctuations and Entropy Production in Periodically Driven Systems

Timur Koyuk et al.

Phys. Rev. Lett. 122, 230601（2019）

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.230601

非高斯电流的普适首次通过时间分布

作者研究了通过导体的传输电荷达到给定阈值之前所经历时间的涨落。他们在库仑阻塞区域测量了在两个金属岛之间转移电子的净数量的首次通过时间分布，实验结果与基于描述任何非平衡静态马尔可夫过程的精确首次通过时间分布的最新理论的数值结果十分一致。他们还针对首次通过时间分布推导了一个简单的解析近似，这个近似考虑了电子输运的非高斯统计，并表明它能在很高精度上描述实验分布。这种普适的近似描述了一大类随机过程，并且可以用于介观电荷输运以外的领域。此外，他们还在实验上验证了正、负阈值的首次通过时间分布之间的涨落关系。（侯迪莎）

Universal First-Passage-Time Distribution of Non-Gaussian Currents

Shilpi Singh, et al.

Phys. Rev. Lett. 122, 230602（2019）

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.230602

引力与天体物理

导读：郭敏勇；责编：高思杰

临界坍缩的全息特征

引力坍缩中的临界现象表现出自相似性，临界尺度和裸奇点的普遍特征。作者研究了AdS空间中的临界坍缩，重点关注全息场理论中的可观测量。他们证明了响应时间，临界指数和裸奇点特性都可以从全息应力张量中提取出来。

Holographic Signatures of Critical Collapse

Paul M. Chesler1 and Benson Way

Phys. Rev. Lett. 122, 231101（2019）

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.231101

低温爱因斯坦望远镜的镜面涂层解决方案

与高级 LIGO相比，计划中的低温引力波探测器需要改进涂层，使应变热噪声降低25倍。作者提出用掺杂SiO2的HfO2作为未来探测器的新涂层材料。他们的测量结果表明，在10 K时，消光系数为k = 6×10-6，机械损耗为φ= 3.8×10-4，这是目前使用的低折射率涂层材料SiO2的2倍。这些特性使得掺杂有SiO2的HfO2非常适合作为低折射率材料，与多材料涂层下部的a-Si一起配合使用。基于这些结果，他们提出了一种多材料涂层设计，首次能够同时满足低温爱因斯坦望远镜的光学吸收和热噪声的严格要求。

Mirror Coating Solution for the Cryogenic Einstein Telescope

Kieran Craig, et al.

Phys. Rev. Lett. 122, 231102（2019）

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.231102

无碰撞物质的类球体坍缩支持宇宙监督假设

作者在完整的广义相对论框架下研究无碰撞粒子的类球体塌缩。Shapiro和Teukolsky最先考虑了这种设定，发现具有足够大的半长轴的扁长结构可以引起曲率发散，但没有表观视界。这被视为形成裸奇点，违反宇宙监督假设的证据。他们使用不同的坐标和切片重新考虑这样的结构，并考虑一定范围内的半长轴值和初始物质分布的偏心率，发现在所有研究的情况下，最终状态是黑洞以及引力辐射。虽然最初是变形的，但是所发现的表观视界的固有周长并没有显著超过猜想的界限。具有较大半长轴的结构可以产生强引力辐射，发光度可达PGW ∼ 2 × 10−3c5/G。

Cosmic Censorship Upheld in Spheroidal Collapse of Collisionless Matter

William E. East

Phys. Rev. Lett. 122, 231103（2019）

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.231103

质量低至10-23 eV/c2的

类轴子暗物质约束

We analyzed a 6.7-yr span of data from a rotating torsion-pendulum containing ≈1023 polarized electrons to search for the “wind” arising from ultralight, axionlike dark matter with masses between 10−23 and 10−18 eV/c2. Over much of this range we set a 95% confidence limit Fa/Ce > 2 × 1015 eV on the axionlike decay constant.

Constraints on Axionlike Dark Matter with Masses Down to 10− 23 eV/c2

W. A. Terrano, et al.

Phys. Rev. Lett. 122, 231301（2019）

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.231301

量子计算作为引力理论

We formulate Nielsen’s geometric approach to circuit complexity in the context of two-dimensional conformal field theories, where series of conformal transformations are interpreted as “unitary circuits”built from energy-momentum tensor gates. We show that the complexity functionalin this setup can be written as the Polyakov action of two-dimensional gravityor, equivalently, as the geometric action on the coadjoint orbits of the Virasoro group. This way, we argue that gravity sets the rules for optimal quantum computation in conformal field theories.

Quantum Computation as Gravity

Paweł Caputa and J. Magan

Phys. Rev. Lett. 122, 231302（2019）

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.231302

基本粒子与场论

责编：晁伟、刘晓辉

N=4超对称杨米尔斯理论中

八边形形状因子的行列式

本文展示了八边形形状因子的闭合表达式，它在Coronado最近考虑的N = 4超对称杨-米尔斯理论中作为一类四点关联函数的构建块。对于所有圈图级，八边形形状因子表示为半无限矩阵的行列式。作者通过在弱耦合时做微扰计算发现这个矩阵是梯形函数与简单有理系数的线性组合。

Determinant Formula for the Octagon Form Factor in N=4 Supersymmetric Yang-Mills Theory

Ivan Kostov, et al.

Phys. Rev. Lett. 122, 231601（2019）

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.231601

反常超对称

本文表明，在N=1的带反常R宇称的超共形场论（SCFTs）中超对称是反常的。该反常最初发现于强耦合的全息SCFTs。作者表明这一反常是普遍存在的并且在超共形Wess-Zumino模型中通过单圈计算来展示这一点。反常首次出现在带两个R流或者一个R流和一个能动量张量的两个超流的四点关联函数中。实际上，Wess-Zumino一致性条件和标准R宇称反常意味着反常的存在。作者罗列出了这种反常的含义。

Anomalous Supersymmetry

Georgios Katsianis, et al.,

Phys. Rev. Lett. 122, 231602（2019）

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.231602

全耦合的有限温度共形场结果：

2+1维的O（N）模型

一个著名的引力-规范对偶性的例子是，强耦合N = 4超对称Yang-Mills理论在大N四维时空中的熵密度恰好是史蒂芬-玻尔兹曼极限的3/4。在本文中，作者重新审视了2 + 1维的无质量O（N）模型，其可以在有限温度T下对于大N极限内的所有耦合λ进行解析求解。作者发现熵密度从λ= 0时的史蒂芬-玻尔兹曼极限单调减小到λ=∞时史蒂芬-玻尔兹曼极限的4/5。在λ=∞处计算标量道的延迟能动量张量关联函数，作者发现它有两个对数分支切割，起源于ω=±4Tln（1 +√5/ 2），但在整个复频率平面上没有奇点。作者表明，在2 + 1维的一大类玻色子共形场理论中，比率4/5和分支点的位置是普适的。

Finite-Temperature Conformal Field Theory Results for All Couplings：O（N）Model in 2+1 Dimensions

Paul Romatschke

Phys. Rev. Lett. 122, 231603（2019）

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.231603

ATLAS实验对希格斯

到不可见衰变的联合搜素

如果暗物质如果足够轻的话，它可以从希格斯的衰变中产生。本文展示了希格斯到不可见末态衰变搜索的统计组合，其中希格斯是通过标准模型矢量玻色子的融合产生的，所分析的数据来自于ATLAS探测器在质心能13TeV处收集的积分亮度为36.1fb-1的样本。与质心能在7和8TeV处的结果相结合，H到不可见衰变的分支比的排除限在95%的置信水平下为0.26（0.17+0.07-0.05）。

Combination of Searches for Invisible Higgs Boson Decays with the ATLAS Experiment

M. Aaboud et al.

（ATLAS Collaboration）

Phys. Rev. Lett. 122, 231801（2019）

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.231801

中性粲介子质量差的测量

本文报告了中性粲介子本征态之间的质量差的测量结果，测量中使用了新方案以增强对该参数的灵敏度。分析中使用了在2011年和2012年通过LHCb实验收集的质子-质子碰撞数据重建的2.3×106 个D0→K0Sπ+π-衰变。考虑到混合中的CP破坏以及混合与衰变之间的干涉，我们测量CP平均归一化的质量差为xCP =[2.7±1.6（stat）±0.4（syst）]×10-3，CP破坏参数为Δx= [-0.53±0.70（stat）±0.22（syst）]×10-3。该结果与CP对称性一致。这些测量是单次实验中最精确的，并结合当前的世界平均结果，得出了中性粲介子本征态的质量不同的第一个证据。

Combination of Searches for Invisible Higgs Boson Decays with the ATLAS Experiment

M. Aaboud et al.

（ATLAS Collaboration）

Phys. Rev. Lett. 122,231801（2019）

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.231801

从非共振产生中提取顶夸克宽度

在基本粒子标准模型的框架下，顶夸克质量和衰变宽度之间的关系已经被精确计算。然而，当前直接测量宽度的不确定性接近50%。本文提出了一种利用远离共振峰的事件直接测量顶夸克衰变宽度的新方法。通过将正交数据集用于传统的顶夸克宽度提取，该新方案可以在方法组合中显著改善实验的灵敏度。将其应用于最近的ATLAS微分截面的测量，我们发现Γt= 1.28±0.30 GeV（预期为1.33±0.29 GeV），这提供了最精确的宽度直接测量结果。

Extracting the Top-Quark Width from Nonresonant Production

C. Herwig, T. Ježo, B. Nachman

Phys. Rev. Lett. 122, 231803（2019）

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.231803

观察到一个B+C激发态

使用通过LHCb实验在质心能7,8和13 TeV处记录的积分亮度为8.5 fb-1的质子-质子碰撞数据，本文报道了在B+cπ+π−不变质量普中观察到激发态B+c。观察到的峰的质量为6841.2±0.6（stat）±0.1（syst）±0.8（B+c）MeV/c2，其中最后的不确定性是由于对B+c质量的了解有限。这与B*c（23S1）+态的预测一致，其中B*c（23S1）+→B*c（13S1）+π+π-→B+cγ，接着B*c（13S1）+→B+cγ。观察到的第二种态的全局（局部）统计显着性为2.2σ（3.2σ），质量为6872.1±1.3（stat）±0.1（syst）±0.8（B+c）MeV /c2，这与 Bc（21S0）+态一致。这些质量测量是迄今为止最精确的。

Observation of an Excited B+c State

R. Aaij et al.（LHCb Collaboration）

Phys. Rev. Lett. 122, 232001（2019）

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.232001

e+e−→γωJ/ψ的研究

和 X（3872）→ωJ/ψ的观察结果

使用BESCII探测器在BEPCII存储环上从质心能4.008GeV到4.600GeV处采集的积分亮度为11.6 fb-1的e+e-湮灭数据，我们研究了e+e-→γωJ/ψ过程。在ωJ/ψ系统中首次观察到X（3872）共振，其显着性大于5σ。测得X（3872）→ωJ/ψ和π+π-J /ψ的相对衰变比值为R =1.6+ 0.4-0.3±0.2，其中第一个不确定性是统计的，第二个是系统的（以下相同）。本文还测量和研究了e+e-→γX（3872）的质心能依赖截面，其可以通过单个Breit-Wigner共振来描述，称为Y（4200），质量为4200.6+7.9-13.3±3.0MeV/c2，宽度115+38-26±12MeV。此外，为了描述3.9 GeV/c2以上的ωJ/ψ质量分布，我们在拟合中需要至少有一个额外的Breit-Wigner共振，标记为X（3915）。X（3915）的质量和宽度是确定的。X（3915）的共振参数与B→KωJ/ψ中的Y（3940）和γγ→ωJ/ψ中的X（3915）的共振参数一致，这些由Belle和BABAR实验在误差内观察到。

Study of e+e−→γωJ/ψ and Observation of X（3872）→ωJ/ψ

M. Ablikim et al.

（BESIII Collaboration）

Phys. Rev. Lett. 122, 232002（2019）

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.232002

原子核物理

责编：耿立升

韩国中微子振荡反应堆实验（RENO）

燃料组成依赖的反应堆反中微子产量

韩国中微子振荡反应堆实验（RENO）合作组利用位于韩国 Yonggwang 的汉比特核电站的6个2.8吉瓦兆卡反应堆测量了燃料依赖的反应堆电子反中微子产量。分析使用了2.0%背景的850666个电子反中微子候选者事件，这些事件通过近探测器的逆β衰变（IBD）相互作用从2011年8月至2018年2月的1807.9个实验日获得。基于多燃料循环，他们发现测量的IBD产量的变化依赖于燃料235U，其斜率为（1.51 ± 0.23）×10-43cm2每裂变。他们还测量了总平均IBD产量，其值为（5.84 ± 0.13）×10-43cm2每裂变。在6.6σ置信度排除了燃料无关的IBD产量假设。观测到的IBD产量变化与235U同位素裂变比例的比值与 Huber-Mueller （HM）的预言在1.3σ以内没有明显的区别。 RENO 合作组测量了主要燃料为同位素235U和239Pu时IBD 产量的变化，其值分别为（6.15 ± 0.19）×10-43cm2每裂变以及（4.18 ± 0.26）×10-43cm2每裂变。相比较于HM的预言，测得的每235U裂变IBD产量的亏损最多（比HM的预言值小6.0%）。他们认为，对每235U裂变IBD产量的重新估计很可能解决反应堆反中微子异常（RAA），但并未完全排除239Pu作为异常的可能解释。RENO合作组还发现了5 MeV过剩的比值变化与反应堆燃料中235U同位素占比之间存在2.9σ的关联。（肖杨）

Fuel-Composition Dependent Reactor Antineutrino Yield at RENO

G. Bak et al.（RENO Collaboration）

Phys. Rev. Lett. 122, 232501（2019）

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.232501

基于贝叶斯和频率论方法

量化核反应不确定性的直接比较

直到最近，量化低能核理论中的不确定性通常基于频率论方法。然而，在过去几年中，该领域已经转向贝叶斯统计方法以评估置信区间。虽然统计学上人们更倾向贝叶斯方法，但还没有直接比较两种方法的研究。在本文中，G. B. King等人系统地直接比较了利用频率论和贝叶斯方法量化直接核反应中的不确定性。从相同的初始假设开始，他们用这两种方法确定了弹性和转移过程相关的置信区间，并且通过经验覆盖概率与数据进行对比。正如期待的那样，在探索参数空间方面，频率论方法不像贝叶斯方法那样灵活，并且通常会得到不同的极小值。他们还发现这两种方法会给出显著不同的相关性。最后，对所考虑的可观测量，频率论方法得到的不确定性明显窄于贝叶斯方法。他们的研究表明贝叶斯方法给出的不确定性比标准频率论方法给出的更窄的不确定性能够更准确地反应现实。（肖杨）

Direct Comparison between Bayesian and Frequentist Uncertainty Quantification for Nuclear Reactions

G. B. King et al.

Phys. Rev. Lett. 122, 232502（2019）

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.232502

抑制冷聚变反应中超重元素产量的机制

超重元素产生于受到快速非平衡过程压低的聚变反应。为了量化压低程度，K. Banerjee等人在束流能量从低于势垒到高于势垒25%的范围内，测量了48Ga、 50Ti和54Cr与208Pb反应的质量角分布和反应截面。发现炮弹核从48Ga换成54Cr会导致对称裂变产量急剧下降。这反映在测量的质量角分布上。互相竞争的快速非平衡深度非弹和准裂变过程的存在是导致复合核形成概率PCN（通过对称峰裂变截面测量得到）降低的主要原因。与48Ga相比，50Ti的PCN降低了2.5倍，而54Cr则降低了15倍。PCN的能量依赖表明冷聚变反应（涉及208Pb）不是由扩散过程主导的。（肖杨）

Mechanisms Suppressing Superheavy Element Yields in Cold Fusion Reactions

K. Banerjee et al.

Phys. Rev. Lett. 122, 232503（2019）

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.232503

原子、分子与光学

导读：孙双琳；责编：严运安

分子俄歇干涉测量

本文介绍并提出了一种干涉测量分子中正常俄歇衰变寿命的理论。分子俄歇干涉测量基于双色（ω/2ω）激光场中俄歇动力学的相干相位控制。本文表明，与原子相反，在某些特定点群的定向分子中ω/2ω相对相位总能调节电离产率。本文推导出一种简单的解析公式，从分子俄歇干涉图中提取俄歇活性态的寿命，从而避免了高分辨或阿秒光谱的使用。本文演示了在CH3F中使用内价衰减进行俄歇干涉寿命测量的原理。

Molecular Auger Interferometry

M. A. Khokhlova, et al

Phys. Rev. Lett. 122, 233001（2019）

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.233001

利用强激光场、康普顿尺度X射线

和重核产生正-负电子对

存在稳态的库仑电荷Z（-e）时，强激光脉冲与能量小于1MeV的X射线光子间的对心碰撞可以用来产生正-负电子对。本文采用库仑校正的Volkov状态开展分析，并不局限于对Z的Born近似。随着Z的增加，散射截面和产率急剧增加，使得我们可能用拍瓦激光获得可观的产率并对强场QED开展敏感测试。

Pair Creation with Strong Laser Fields, Compton Scale X Rays, and Heavy Nuclei

B. Hafizi, et al

Phys. Rev. Lett. 122, 233201（2019）

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.233201

在超低温下调控激发态相互作用

利用最近发展的精确控制碰撞能量的方法，作者观察到在低碰撞能量下原子与离子（Ca + Yb+）间的非弹性碰撞存在着强烈抑制。当激发态的自发发射寿命与碰撞复合寿命相当或更短时，就会出现这种抑制现象，这应该是一种普适现象。作者开发了一种技术来消除这种抑制，同时调控激发态相互作用。使用强催化剂激光对系统进行修整，在特定的原子-离子距离下，很大一部分碰撞复合物可以被激发。该技术使得我们即使在超低温下也可以研究激发态碰撞，并且提供了调控超冷激发态相互作用的通用方法。

Engineering Excited-State Interactions at Ultracold Temperatures

Michael Mills, et al

Phys. Rev. Lett. 122, 233401（2019）

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.233401

使用超冷原子的高阶量子幽灵成像

幽灵成像是一种量子光学技术，它基于两个光束之间的相互关联，利用与被成像物体无相互作用的光子来重建图像。通常使用成对（二阶）关联来构建幽灵图像，我们可以利用更高阶关联来改善性能。本文中作者演示了使用来自s波碰撞晕的纠缠超冷亚稳态氦原子的高阶原子幽灵成像。作者构造了高达五阶的幽灵成像，显示使用高阶关联可以在不影响分辨率的情况下提高图像的可视性。本文首次演示有质量粒子的高阶幽灵成像，并且是第一个使用任何类型量子源的高阶幽灵成像协议。

Higher-Order Quantum Ghost Imaging with Ultracold Atoms

S. S. Hodgman, et al

Phys. Rev. Lett. 122, 233601（2019）

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.233601

低于标准量子极限的

量子相位的连续实时跟踪

本文提出了一种连续测量由N个伪自旋组成的集体自旋的演化量子相位的方案。利用与原子系综相互作用的损耗腔模的量子非破坏测量可以直接探测集体原子自旋的相位，而不用将其转换为布居差异。与传统的Ramsey测量序列不同，本文提出的方案允许实时跟踪时变信号。作为额外的优点，自旋压缩态演化合理，提供了比标准量子极限ΔφSQL= 1/√N rad更为精确的实时相位估计。

Continuous Real-Time Tracking of a Quantum Phase Below the Standard Quantum Limit

Athreya Shankar, et al

Phys. Rev. Lett. 122, 233602（2019）

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.233602

非线性动力学和流体力学

责编：兰岳恒

光子石墨烯中
线性波包拓扑缺陷的类粒子行为
拓扑缺陷（例如量子涡旋）决定了量子流体的性质。一直以来对它们的研究是固体和BEC领域的核心课题。同时，通过奇异光学研究具有复杂相位模式的线性波包的非平凡行为。在这里，Zhang等人研究了光子石墨烯中Dirac点处波包中光学涡旋的形成，演化和相互作用。并且证明了虽然它们的确切行为超出狄拉克方程，需要充分考虑晶格特性，但是仍然可以通过将相位奇点视为“粒子”的有效理论来近似描述。这些粒子能够相互作用，其轨迹符合动力学定律。（柴咪莎）

Particlelike Behavior of Topological Defects in Linear Wave Packets in Photonic Graphene

Zhaoyang Zhang, et al

Phys. Rev. Lett. 122, 233905（2019）

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.233905

 

拓扑优化的拓扑绝缘体

使用拓扑优化（一种免费材料逆设计方法）合成声学拓扑绝缘体（TI）。TI在优化过程中自发出现，对TI界面边缘的伪自旋-1/2态或拓扑相的陈数没有明确要求。由此产生的TI是无源的，由放置在空气背景中的声学硬件构成，并且具有大约12.5％的操作带宽，显示出高透射率。进一步的分析表明，TI内超过99％的总场强限制在TI界面的最多六个晶格常数范围内。因此，所提出的设计优于最新文献中关于能量传输、场限制和操作带宽的参考值。（柴咪莎）

Topological Insulators by Topology Optimization

R. Christiansen, et al.

Phys. Rev. Lett. 122, 234502（2019）

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.234502

等离子体纳米腔中

分子链的电驱动单光子超辐射

Yang Luo等人展示了人工构建的非键合锌酞菁分子链的单光子超辐射，链长最多可达12个分子。他们通过等离子体纳米腔中的电子隧穿来激发该系统，并定量研究局域等离子体与偶极 - 偶极耦合产生的单激子超辐射状态的相互作用。通过亚纳米分辨光谱成像获得的哑铃状图案揭示了与超辐射状态相关的耦合相干特性，而二阶光子关联测量显示了单光子发射。空间分辨光谱测量与理论考虑的结合表明纳米腔等离子体显著改变了分子链发光的线宽和强度，但它们并没有决定超辐射状态的内在相干性。他们的研究揭示了分子集体态的光学性质及其与纳米级局域等离子体的相互作用。（江柯缙）

Electrically Driven Single-Photon Superradiance from Molecular Chains in a Plasmonic Nanocavity

Yang Luo, et al.

Phys. Rev. Lett. 122, 233901（2019）

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.233901

自由悬浮液膜中的Marangoni流

We demonstrate controlled material transport driven by temperature differences in thin freely suspended smectic films. Films with submicrometer thicknesses and lateral extensions of several millimeters were studied in microgravity during suborbital rocket flights. In-plane temperature differences cause two specific Marangoni effects, directed flow and convection patterns. At low gradients, practically thresholdless, flow transports material with a normal（negative）temperature coefficient of the surface tension dσ/dT < 0 from the hot to the cold film edge, it accumulates at the cold film edge. In materials with dσ/dT > 0, the reverse transport from the cold to the hot edge isobserved. We present a model that describes the effect quantitatively. It predicts that not the temperature gradient in the film plane but the temperature difference between the thermopads is relevant for the effect.（江柯缙）

Marangoni Flow in Freely Suspended Liquid Films

T. Trittel, et al.

Phys. Rev. Lett. 122, 234501（2019）

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.234501

二阶拓扑光子晶体板角态的直接观察

最近，在电子绝缘体中引入了不遵守通常体边缘对应原理的高阶拓扑相，并将其引入具有能隙角态或铰链态的经典系统中。在文章中，使用近场扫描测量，Xiao-Dong Chen等人展示了在完美导电体上由周期性介质棒组成的二阶拓扑光子晶体板中角态的直接观察。基于广义二维Su-Schrieffer-Heeger模型，他们证明角态的出现起源于非零边缘偶极极化而非非零体四极极化。Chen等人通过调整两个相邻杆之间的单胞内距离来展示光子晶体板的二维Zak相拓扑转变。他们还直接观察了微波区域内的一维边态和零维角态。他们的工作表明，光子晶体板是直接观察拓扑状态的有力平台，为研究高阶光子拓扑绝缘体铺平了道路。（江柯缙）

Direct Observation of Corner States in Second-Order Topological Photonic Crystal Slabs

Xiao-Dong Chen, et al.

Phys Rev Lett. 122, 233902（2019）

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.233902

二维介质光子晶体中

高阶拓扑绝缘相的可视化

物质拓扑相的研究已经从凝聚态物理学发展到光子系统，从而产生了引人入胜的光子器件设计型态。近来，高阶拓扑绝缘体作为物质的新拓扑相被仔细研究，其超越常规的体边界对应关系。先前对高阶拓扑绝缘体的研究主要集中在拓扑多极系统上，而且晶格位点之间存在负耦合。在这篇文章中，Bi-Ye Xie等人通过实验证明在二维光子晶体中可以实现没有负耦合的二阶拓扑绝缘相。他们通过使用近场扫描技术可视化一维拓扑边缘态和零维拓扑角态。他们的结果为光子拓扑相开辟了新的研究前沿，并为分层光操作提供了新的机制。（江柯缙）

Visualization of Higher-Order Topological Insulating Phases in Two-Dimensional Dielectric Photonic Crystals

Bi-Ye Xie, et al.

Phys. Rev. Lett. 122, 233903（2019）

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.233903

布洛赫波调制光子晶体中

光的反常量子霍尔效应

Effective magnetic fields have enabled unprecedented manipulation of neutral particles including photons. In most studied cases, the effective gauge fields are defined through the phase of mode coupling between spatially discrete elements, such as optical resonators and waveguides in the case for photons. Here, in the paradigm of Bloch-wave modulated photonic crystals, we show the creation of effective magnetic fields for photons in conventional dielectric continua for the first time, via Floquet band engineering. By controlling the phase and wave vector of Bloch waves, we demonstrated the anomalous quantum Hall effect for light with distinct topological band features due to delocalized wave interference. Based on a cavity-free architecture, in which Bloch-wave modulations can be enhanced using guided resonances in photonic crystals, the study here opens the door to the realization of effective magnetic fields at large scales for optical beam steering and topological light-matter phases with broken time-reversal symmetry.（江柯缙）

Anomalous Quantum Hall Effect of Light in Bloch-Wave Modulated Photonic Crystals

Kejie Fang, et al.

Phys. Rev. Lett. 122, 233904（2019）

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.233904

等离子体与束物理

责编：陈少永，牟茂淋

在恒星内部温度条件下

系统性的研究L-壳层不透明度

关于恒星内部温度下的不透明度与原子序数关系的首次系统研究，被用于评估实验测量与模拟计算得到的铁不透明度之间的差异[J. E. Bailey et al., Nature（London）517, 56（2015）]。Nagayama等人使用与之前的铁实验中相同的方法测量高温（> 180eV）铬和镍的不透明度，测量结果不确定度为±6％-10％，其中，10％-20％的实验重现性证明了该实验的可靠性。总体上，模拟计算与测量数据的差异比铁要小。然而，系统的研究揭示了理论模型在密度效应、激发态和开放L-壳层结构等方面的不足。作者们在温度高于180eV的铁实验中观测到的准连续短波长的不透明度比理论值高了30%-45%。因此，要么是不透明度理论缺少了依赖于束缚电子数量的非单调物理，要么是在180eV以上的温度下对铁不透明度的测量存在特定的实验缺陷。（牟茂淋）

Systematic Study of L-Shell Opacity at Stellar Interior Temperatures

T. Nagayama, et al.

Phys. Rev. Lett. 122, 235001（2019）

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.235001

凝聚态物理：结构

责编：殷志平

最低朗道能级上的玻色超流体

作者开发了一个零温下最低朗道能级上的二维玻色子超流体的低能量有效场理论，并确定了可以控制粗粒超流体自由度动力学的Berry项。对于无限涡旋晶体，作者计算了Berry项如何影响软集体Tkachenko震荡的低能谱以及粒子数电流和应力张量的非耗散霍尔响应。Berry项在霍尔电导率中产生了动量的二次项，但不产生非耗散的霍尔粘度。（毛慧灿）

Bosonic Superfluid on the Lowest Landau Level

Sergej Moroz and Dam Thanh Son

Phys. Rev. Lett. 122, 235301（2019）

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.235301

远离平衡态的混合序对称破缺量子相变

Puel等人研究了与磁热储层耦合的横场伊辛链的载流稳态，并且得到了有关储层磁化势的非平衡相图。他们观察到在磁化强度的偏置增大时磁序参量有一个不连续的跳变，这个跳变与相关长度的发散一致。对于电导非零的稳态，零温下纠缠熵与偏置呈对数关系，这种关系违反了面积定律，与众所周知的平衡态情况不同。他们的发现表明非平衡条件允许平衡条件不存在的新的临界现象。（刘瑞）

Mixed-Order Symmetry-Breaking Quantum Phase Transition Far from Equilibrium

T. O. Puel, S. Chesi et al.

Phys. Rev. Lett. 122, 235701（2019）

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.235701

凝聚态物理：电子性质

责编：袁喆，马锋杰，沈卡

具有混合配对的二阶拓扑超导体

Zhu发现具有Rashba自旋轨道耦合的二维半导体在引入混合配对态时可以进入二阶拓扑超导相。本文所考虑的超导序只包含偶宇称分量且破坏时间反演对称性。因此处于二阶非平庸相的正方形Rashba半导体的每个顶角都会有一个单独的马约拉纳零能模式。作者从边缘处的物理出发能够准确地确定相边界，并通过考虑费米面和超导序参数节点间的相对位置给出一个简单的二阶相判据。作者还提出了两种能把混合配对态引入到Rashba半导体中的实验系统，并讨论了这两种平台的实际可行性。（李松）

Second-Order Topological Superconductors with Mixed Pairing

Xiaoyu Zhu

Phys. Rev. Lett. 122, 236401（2019）

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.236401

半激子绝缘体：单自旋玻色爱因斯坦凝聚

第一性原理计算发现了单层1T-MX2（M=Co,Ni，X=Cl,Br）中的非寻常电子态（被称作半激子绝缘体）。其中一个自旋通道在激子不稳定的影响下具有多体基态，而另一个自旋通道则具有常规绝缘体能隙。这种差异来源于不同轨道占据造成的能带带隙和激子结合能之间的竞争具有自旋依赖。作者提出可以用光吸收实验或者角度分辨光电子谱来观察这种态。该理论不仅为研究磁性材料中的激子凝聚提供了新的思路，也表明在许多强关联材料可能是激子绝缘体的备选材料。（李松）

Half-Excitonic Insulator：A Single-Spin Bose-Einstein Condensate

Zeyu Jiang et al.

Phys. Rev. Lett. 122, 236402（2019）

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.236402

受驱量子接触中的连续可变纠缠测试

The standard entanglement test using the Clauser-Horne-Shimony-Holt inequality is known to fail in mesoscopic junction sat finite temperatures. Since this is due to the bidirectional particle flow, a similar failure is expected to occur in an ac-driven contact. We develop a continuous-variable entanglement test suitable for electrons and holes that are created by the ac drive. At low enough temperatures the generalized Bell inequality is violated in junctions with low conductance or a small number of transport channels and with ac voltages which create few electron-hole pairs per cycle. Our ac-entanglement test depends on the total number of electron-hole pairs and on the distribution of probabilities of pair creations similar to the Fano factor

Continuous-Variable Entanglement Test in Driven Quantum Contacts

H. Zhan et al.

Phys. Rev. Lett. 122, 236801（2019）

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.236801

分数量子霍尔边缘上

源自排斥相互作用的超导关联性

We consider a fractional quantum Hallbilayer system with an interface between quantum Hall states of filling fractions（νtop, νbottom）=（1,1）and（1/3,2）, motivated by a recent approach to engineering artificial edges [Y. Ronenet al., Nat. Phys. 14, 411（2018）]. We show that random tunneling and strong repulsive interactions within one of the layers will drive the system to a stable fixed point with two counterpropagating charge modes which have attractive interactions. As a result, slowly decaying correlations on the edge become predominantly superconducting. We discuss the resulting observable effects and derive general requirements for electron attraction in Abelian quantum Hall states. The broader interest in fractional quantum Hall edge with quasi-long-range superconducting order lies in the prospects of hosting exotic anyonic boundary excitations, which may serve as a platform for topological quantum computation.

Superconducting Correlations Out of Repulsive Interactions on a Fractional Quantum Hall Edge

Jukka I. Väyrynen et al.

Phys. Rev. Lett. 122, 236802（2019）

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.236802

在微腔中编织马约拉纳费米子

We study the dynamical process of braiding Majorana bound states（MBS）in the presence of the coupling to photons in a microwave cavity. We show theoretically that the π/4 phase associated with the braiding of MBS, as well as the parity of the ground state are imprinted into the photonic field of the cavity, which can be detected by dispersive readout techniques. These manifestations are purely dynamical, they occur in the absence of any splitting of the MBS that are exchanged, and they disappear in the static setups studied previously. Conversely, the cavity can affect the braiding phase, which in turn should allow for cavity controlled braiding.

Braiding of Majorana Fermions in a Cavity

Mircea Trif and Pascal Simon

Phys. Rev. Lett. 122, 236803（2019）

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.236803

在铁电Ba0.8Sr0.2TiO3膜与La2CuO4母体

绝缘化合物界面制备准二维高温超导体

[编辑推荐语]当铁电母体化合物中的载流子浓度增加时，铁电体与其母体化合物界面处的二维电子气可以实现30K以下的超导。

Dmitrii等人报导了由在[001]取向La2CuO4绝缘母体化合物上生长的绝缘铁电膜（Ba0.8Sr0.2TiO3）组成的异质结中超导电性的首次观察。通过磁控溅射在非原子级平坦表面上制备异质结构，其具有1-2nm量级的不均匀性。测得的超导转变温度Tc约为30K。他们表明超导电性被限制在界面区域附近。施加垂直于界面的弱磁场会导致有限电阻的出现。这证实了超导态的准二维性质。这个概念的提出预示了铁电控制的界面超导电性，为新型电子器件设计提供了可能。（方子明）

Fabrication of High-Temperature Quasi-Two-Dimensional Superconductors at the Interface of a Ferroelectric Ba0.8Sr0.2TiO3 Film and an Insulating Parent Compound of La2CuO4

Dmitrii P. Pavlov et al.

Phys. Rev. Lett. 122, 237001（2019）

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.237001

Co/Pd多层结构中Dzyaloshinskii-Moriya

相互作用稳定的Bloch-Néel混合

拓扑自旋纹理的量化

虽然利用Dzyaloshinskii-Moriya相互作用可以稳定纳米尺度下的拓扑自旋纹理结构，但是最终的自旋纹理仍然还受到磁交换、退磁和各向异性能之间微妙竞争的影响。通过直接实验方法对这些自旋纹理进行量化，对于理解与磁序相关的基本物理量，以及制造自旋电子器件都很关键。本文中，作者发展了洛伦兹透射电子显微镜技术，对Co/Pd多层膜结构中，Dzyaloshinskii-Moriya相互作用稳定的Bloch-Néel混合型手性自旋结构进行量化。通过分析不同成像条件下的观测强度，并与微磁学模拟相结合，作者确定出决定复杂自旋结构的稳定性与基本性质的参数，即Bloch-Néel结构的混合度，磁畴壁的宽度，Dzyaloshinskii-Moriya相互作用的强度和交换劲度系数。该方法为定量洛伦兹相显微镜在拓扑自旋系统中的广泛应用奠定了基础。（刘钱）

Quantification of Mixed Bloch-Néel Topological Spin Textures Stabilized by the Dzyaloshinskii-Moriya Interaction in Co/Pd Multilayers

J. A. Garlow et al.

Phys. Rev. Lett. 122, 237201（2019）

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.237201

太赫兹涡旋光束可作为磁激发的光谱探针

[编辑推荐语] 由于螺旋形旋转的光对局部磁场方向很敏感，因此可以用来探测材料中的磁性。

光子和电子的涡旋光束除了携带自旋角动量（spin angular momentum，SAM）外，还携带轨道角动量（orbital angular momentum，OAM）。虽然光学涡旋光束在量子通信、天文学等领域的应用已被证明，但它尚未被应用于研究磁激发光谱。本文中，作者从实验上证明，具有OAM的光束，或涡旋光束，也可以和磁化介质耦合在一起，进而表现出磁二色性。作者发现，在亚铁磁晶体中，共振光吸收与涡旋手性和光束传播方向与样品磁化方向的相对角度密切相关。这种效应超过了圆偏振光的传统二色性，同时也丰富了磁性材料中光谱探针类型。（刘钱）

Terahertz Vortex Beam as a Spectroscopic Probeof Magnetic Excitations

A. A. Sirenko et al.

Phys. Rev. Lett.122, 237401（2019）

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.237401

求解Bethe-Salpeter方程的有限场方法

Ngoc等人提出了一种基于Bethe-Salpeter方程解以及有限场中屏蔽库仑相互作用的计算，来计算分子和固体的光谱和激子结合能的方法。这种方法不需要介电矩阵或虚拟电子态的显式估计，并且应用容易，无需借助于随机相位近似。此外，它采用由二分技术从布洛赫态获得的局部轨道，因此大大降低了计算的复杂性，能够有效地使用杂化泛函来获得单粒子波函数。他们报导了几种分子的激子结合能以及前所未有尺寸的凝聚体系统的吸收光谱，包括有数百个原子的水和冰样品。（方子明）

Finite-Field Approach to Solving the Bethe-Salpeter Equation

Ngoc Linh Nguyen et al.

Phys. Rev. Lett. 122, 237402（2019）

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.237402

非厄米准晶中的拓扑相变

The discovery of topological phases in non-Hermitian open classical and quantum systems challenges our current understanding of topological order. Non-Hermitian systems exhibit unique features with no counterparts in topological Hermitian models, such as failure of the conventional bulk-boundary correspondence and non-Hermitian skin effect. Advances in the understanding of the topological properties of non-Hermitian lattices with translational invariance have been reported in several recent studies; however little is known about non-Hermitian quasicrystals. Here we disclose topological phases in a quasicrystal with parity-time（PT）symmetry, described by a non-Hermitian extension of the Aubry-André-Harper model. It is shown that the metal-insulating phase transition, observed at the PT symmetry breaking point, is of topological nature and can be expressed in terms of a winding number. A photonic realization of a non-Hermitian quasicrystal is also suggested.

Topological Phase Transition in non-Hermitian Quasicrystals

S. Longhi

Phys. Rev. Lett. 122, 237601（2019）

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.237601

Superinductor中弱钉扎

电荷密度波的微波光谱

A chain of small Josephson junctions（a.k.a. superinductor）emerged recently as a high-inductance, low-loss element of superconducting quantum devices. We notice that the intrinsic parameters of a typical superinductor in fact place it into the Bose glass universality class for which the propagation of waves in a sufficiently long chain is hindered by pinning. Its weakness provides for a broad crossover from the spectrum of well-resolved plasmon standing waves at high frequencies to the low-frequency excitation spectrum of a pinned charge density wave. We relate the scattering amplitude of microwave photons reflected off a superinductor to the dynamics of a Bose glass. The dynamics at long and short scales compared to the Larkin pinning length determines the low- and high-frequency asymptotes of the reflection amplitude.

Microwave Spectroscopy of a Weakly Pinned Charge Density Wave in a Superinductor

Manuel Houzet and L. Glazman

Phys. Rev. Lett. 122, 237701（2019）

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.237701

软物质与交叉科学

责编：徐留芳

由热振荡引起的均聚物共混体系

薄膜中的界面排斥和层状结构

在平衡态下，描述A和B均聚物二元共混体系中AB界面相互作用的界面势在所有距离上都具有吸引力，即使在没有界面曲率的情况下，也会导致共混物形态的粗化。Pigard等人证明了共混不相容性的时间—周期性变化会引起耗散性组装，而后者则会定性地引起以下行为：即对于合适的参数，界面势表现出周期性的空间调制，AB界面会顺应某种定义好的距离。作者研究了界面排斥的振荡周期和振幅，证明了通过改变振荡周期可以在较大范围内控制理想的界面距离。利用基于粒子的模拟，作者明确地证明了这种均聚物共混体系的耗散组装导致薄膜几何结构中具有多个平面界面的层状结构。（王赫）

Interface Repulsion and Lamellar Structures in Thin Films of Homopolymer Blends due to Thermal Oscillations

Louis Pigard and Marcus Müller

Phys. Rev. Lett. 122, 237801（2019）

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.237801

对生物生长进行建模验证

代谢成本与自然选择之间的一般关系

代谢和进化密切相关：若基因突变导致生物体能量的额外消耗，则可认为该生物体存在基线选择劣势，这种劣势或许可通过其他自适应效应进行补偿。一个长期存在但迄今未经证实的假设是，选择劣势和总静止代谢成本的部分消耗等价。Ilker等人通过建立一个普适的生长模型，从物理原理出发对上述结论进行了验证，发现它可以很好地逼近从多种物种中获得的相关实验参数。（何寒梅）

Modeling the Growth of Organisms Validates a General Relation between Metabolic Costs and Natural Selection

E. Ilker and M. Hinczewski

Phys. Rev. Lett. 122, 238101（2019）

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.238101

利用空间阻挫效应克服酶催化循环瓶颈

自然界的酶，由于进化具备了惊人的催化效率。这种高催化效率的实现依赖于其克服酶催化循环中的瓶颈步骤的能力，但相关的物理机制尚未被完全了解。为了探讨这一问题，Li等人建立了一个描述单分子酶催化循环的动态能量面理论，并对代表性的多底物酶的完整催化循环做了分子模拟研究。他们发现自然界的多底物酶可利用空间阻挫效应来促进酶催化循环中的瓶颈步骤，即产物的释放。具体地，在酶促循环过程中，新底物分子倾向于在限速产物释放前结合到活性位点，从而产生底物-产物在相邻位点共存的复合体。由于空间上的不相容性，底物和产物之间产生空间阻挫效应。利用这种空间阻挫效应，酶分子可以通过消耗新底物结合能来降低限速产物的释放能垒，从而实现以“主动”的方式克服催化循环中的瓶颈步骤（产物释放），加速催化循环。（参考新闻网页）

Overcoming the Bottleneck of the Enzymatic Cycle by Steric Frustration

Wenfei Li, Jun Wang, et al.

Phys. Rev. Lett. 122, 238102（2019）

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.238102