PRL導讀-2018年120卷23期

序

普通物理：統計與量子物理

用旋轉磁場對量子氣體中的

偶極-偶極相互作用進行調製

Tang等人通過快速旋轉原子偶極子的取向演示了對鏑玻色-愛因斯坦凝聚物內的磁偶極子偶極相互作用（DDI）的調製。在飛行時間（ time-of-flight ）擴展後，偶極平均場能量的可調製性表現為氣體縱橫比的修正。作者證明，DDI的大小和符號都可以使用這種技術來調製。特別地，作者發現了一個神奇的旋轉角，在該旋轉角上可以消除平均場DDI。並且在這個角度上，他們觀察到凝聚物的膨脹動力學與對非偶極氣體的預測相近。DDI強度的可調製性為奇異孤子、渦旋態、異常量子晶格相以及Weyl超流體的形成開闢了新的途徑。（馬宇翰）

Tuning the Dipole-Dipole Interaction in a Quantum Gas with a Rotating Magnetic Field

Yijun Tang, Wil Kao, et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 230401 (2018)

強么正性與重疊不確定性關係：

理論與實驗

Bong等人推導並在實驗上研究了一個適用於任何n維么正算符的強不確定性關係。這一結果表明標準不確定性關係和其他一些不確定關係只是一些特殊的例子。另外，該結果也可以用幾何相位來表示。這一強不確定性關係被任意n維量子系統的每個純態所飽和。對於任意n＋1維純態的躍遷幾率而言，它能生成一個緊緻的重疊不確定關係，並給出了非時間關聯函數的上界。作者使用光子偏振量子比特，通過對廣義幾何相位的干涉測量，測試這些不確定關係以及重疊不確定關係下的最小不確定態。（馬宇翰）

Strong Unitary and Overlap Uncertainty Relations: Theory and Experiment

Kok-Wei Bong, Nora Tischler, et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 230402 (2018)

飛行時間測量是觀察

任意子統計的一種可能方法

Umucalılar等人提出了一種標準的飛行時間實驗，用以觀察超冷原子的分數量子霍爾態中準空穴的任意子統計。利用局域勢囚禁準空穴並測量自由膨脹雲半徑平方的期望，可以穩定的製備出準空穴態。它與初態的平均總角動量有關，為統計相位提供了直接特徵。對於包含相當數量粒子的具有 ν=1/2 和 1/3的分數量子霍爾液體，作者用蒙特卡洛計算驗證了他們提出的方法。本文還對在光量子霍爾液體和非阿貝爾任意子中的推廣進行了簡要討論。（馬宇翰）

Time-of-Flight Measurements as a Possible Method to Observe Anyonic Statistics

R. Umucalılar, E. Macaluso, et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 230403 (2018)

掩蔽量子信息是不可能的

編碼在複合量子態中的經典信息可以被完全的隱藏在約化的子系統中，並且只可能在關聯中被發現。對量子信息而言也是如此嗎？如果量子信息被隱藏在子系統上並通過量子關聯擴散，我們可以稱之為量子信息的掩蔽。Modi等人證明，除了某些受限的非正交量子態，掩蔽量子信息對於任意量子態來說是不可能的。這一結果表明，一種更強版本的量子比特承諾（quantum bitcommitment）——“量子量子比特承諾”(quantumqubit commitment)一般來說是不可能實現的。本文的發現可能在密鑰共享和未來的量子通信協議中具有潛在的應用。（馬宇翰）

Masking Quantum Information is Impossible

Kavan Modi, Arun Kumar Pati, et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 230501 (2018)

面向有光子損耗的可擴展玻色採樣

玻色採樣是一個定義明確的任務。這一對經典計算機而言非常棘手的問題，可以用一個特定的量子模擬器來有效的解決。然而，大規模玻色採樣實驗遇到的一個突出問題是其可擴展性。在本文中，Wang等人完成了一個具有光子損耗的玻色採樣實驗。他們的實驗表明，伴隨少量光子損失的玻色採樣具有較高的採樣率。作者在實驗中使用量子點微柱（quantum-dot-micropillar）單光子源多路解編成具有七個輸入端口的16×16模超低損耗光子電路，他們檢測了三，四和五倍符合計數。作者實現並驗證了有一個和兩個光子丟失的有損玻色子採樣。進一步，他們測得在有兩個光子丟失的情況下對五、六和七個光子玻色採樣率分別為187、13.6和0.78 kHz。這些結果分別是相應的標準玻色採樣率的9.4、13.9和18倍。本文報道的實驗結果表明，該研究所提出的方法可以顯著地提高多光子玻色採樣的採樣率。（馬宇翰）

Toward Scalable Boson Sampling with Photon Loss

Hui Wang, Wei Li, et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 230502 (2018)

用精確的維度見證

證明不可約1024維光子態

Aguilar等人報告了一類基於量子隨機存取碼的新型維度見證（Dimension Witnesses）。量子隨機存取碼是所記錄統計數據的函數，它對於高維物理系統所有可能的分解具有不同的邊界。因此，它可以證明系統的維度，並具有識別高維繫統是否可以在低維子系統中分解的顯著特徵。為了展示該技術的實用性，作者使用它在實驗上證明了不可約1024維光量子態的產生。因此，證明了該狀態不是多個部分的或是使用單光子的多個非耦合自由度進行編碼的。作者發展的協議可以廣泛的用於現代量子信息實驗，以解決高維量子系統的產生，這種情形下量子層析成像可能變得棘手。（馬宇翰）

Certifying an Irreducible 1024-Dimensional Photonic State Using Refined Dimension Witnesses

Edgar A. Aguilar, et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 230503 (2018)

Reimann考慮了孤立量子多體系統微正則能量殼內的所有初始狀態構成的集合，它對於某些給定的可觀測量A表現出任意但固定的非平衡期望值。在這一集合不太小的條件下，作者利用動力學典型性方法證明了大多數這樣的初始狀態都表現出熱化，當且僅當A滿足所謂的弱本徵態熱化假設（wETH）。在這裡，熱化意味著在初始的瞬態消失後，A的期望值大部分時間都接近微正則值。wETH意味著，在能量殼層中，相關係統哈密頓量的大多數本徵態表現出與A非常相似的期望值。（馬宇翰）

Dynamical Typicality Approach to Eigenstate Thermalization

Peter Reimann

Phys. Rev. Lett. 120, 230601 (2018)

量子庫控制實現的非保守力

Vuglar等人設計了一種沿著預定軌跡操控量子波包來控制耗散環境的系統方法。這種方法在以下幾個例子中得以展示：環境輔助隧穿、囚禁、有效質量測定和贗相對論行為。作者發現非保守隨機力並不必然導致退相干，系統仍舊能夠很好地保證純度。這些發現凸顯了由非平衡量子開系統動力學給出的靈活性。（劉寧）

Shanon L. Vuglar, et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 230404 (2018)

馬約拉納時間晶體中非阿貝爾分枝的模擬

離散時間晶體已經吸引了相當多的理論和實驗研究，但是它們潛在的應用仍然還沒有被髮掘。Bomantara和Gong在一個適應於兩個不同種類拓撲邊緣模的週期驅動的超導線中發現了一種特定的離散時間晶體，名為“馬約拉納時間晶體”。進而作者證明，可以在時間晶體中操縱不同的馬約拉納邊緣模並使之分離，這導致了一種對於拓撲保護門操作模仿分枝未曾預見的情況。他們提議的方案也可產生一個神奇的態，這個態對於一般量子計算是重要的。此項研究進一步推進了對離散時間晶體的量子控制，並且揭示了它們由於時域性質帶來的巨大潛能。（劉寧）

Simulation of Non-Abelian Braiding in Majorana Time Crystals

R. Bomantara and Jiangbin Gong

Phys. Rev. Lett. 120, 230405 (2018)

在玻色-哈伯德三聚物中由於量子態製備

所帶來的介觀動力學的差異

傳統觀點認為量子效應將伴隨體系粒子數量的增加而趨於消失，與此同時，系統的演化將會越來越接近平均場經典方程描述的行為。在這篇文章中，Olsen等人結合最新的理論和實驗技術提出並分析了一個實驗，這個實驗使用玻色-哈伯德三聚物，出現了與之相反的情況。作者發現中空三聚物的製備差異很容易導致後續動力學的可觀測差異，這種差異隨著系統尺寸增加而增加。重要的是，這些差異可以由對原子數的簡單測量來探測。（劉寧）

Mesoscopic Dynamical Differences from Quantum State Preparation in a Bose-Hubbard Trimer

M.K. Olsen, T.W. Neely et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 230406 (2018)

相干性的魯棒性具有的

可觀測性與可操作性的實驗證明

對於各種各樣的量子技術而言，量子相干是一種非常重要的物理資源。相干性的魯棒性（ROC）作為量化相干性的一種真實度量，不僅具有數學上的嚴格性，而且具有物理意義。Zheng等人在實驗上證明了多量子比特核磁共振系統中ROC具有可操作和見證可觀測的特徵。在一次實驗中，作者通過檢測量子系統的布居數，實現了見證測量。這種方法也可以應用到與系綜或者非破壞性測量相一致的物理系統。此外，本文從實驗上展示了ROC可以量化量子態在相位識別中帶來的優勢。（劉寧）

Experimental Demonstration of Observability and Operability of Robustness of Coherence

Wenqiang Zheng, Zhihao Ma et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 230504 (2018)

引力與天體物理

天體物理引力波背景角功率譜的

首次預測

文章中，Cusin等人給出了對天體物理引力波背景的角功率譜的首次預測，其中引力波背景包括已經解決的和尚未解決的所有天體物理源的輻射。形狀和幅度由星系尺度的天體物理學特性和宇宙學特性兩方面共同決定。他們指出，角功率譜在大尺度上表現為C_l~1/_l，信號的相對波動在100Hz時為30%。他們還介紹了天體物理引力波背景與弱透鏡和星系分佈的聯繫。另外，這些數值結果為廣義相對論、天體物理學和宇宙學之間的交叉研究鋪平了道路。

First Predictions of the Angular Power Spectrum of the Astrophysical Gravitational Wave Background

Giulia Cusin, et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 231101 (2018)

原初黑洞周圍的超輻射雲中

受激軸粒子衰變

超輻射不穩定性可以導致在轉動黑洞的周圍產生極密的軸粒子云。Rosa和Kephart發現，儘管量子色動力學軸粒子比自發衰變光子對的壽命長，但是受激衰變明顯高於最小的軸粒子密度，因此會產生非常明亮的激光。激光閾值可以達到軸粒子質量μ>~10^-8eV，意味著發生超輻射不穩定性的原初黑洞質量約小於等於0.01太陽質量。雖然後者在形成中被預期沒有旋轉，但是後續的合併會產生大量的轉動黑洞。他們進一步說明，激光可以通過Schwinger對產生進行淬火，在軸粒子云中產生臨界電子-正電子等離子體。一旦通過湮滅將等離子體密度降低到足夠程度，激光仍然可以重新啟動，最終導致多次激光爆發，直到黑洞轉速降低到足以抵消超輻射不穩定性。特別地，當軸子質量為~10^-5eV，原初黑洞質量為~10²⁴kg，這時可以解釋為宇宙的所有暗物質，並導致在GHz射頻範圍內產生毫秒爆發，峰值亮度為~10

Stimulated Axion Decay in Superradiant Clouds around Primordial Black Holes

J. Rosa and Thomas W. Kephart

Phys. Rev. Lett. 120, 231102 (2018)

旋轉黑洞時空的有質量矢量場：

可分離性和準正模

文章中，作者證明了任意維一般Kerr-NUT-AdS黑洞時空的有質量矢量(Proca)場方程具有可分離性，填補了長期存在的文獻空白。對於四維克爾幾何，他們對得到的分離方程進行了更詳盡的研究，計算了相應的準正模。在分離假定下，Proca場三個獨立極化模式中的兩個來自可分離形式，這個結果與最近被發現的數值結果高度一致，而且在該數值計算中，使用的是全耦合的偏微分方程，並沒有藉助可分離性質。

Massive Vector Fields in Rotating Black-Hole Spacetimes: Separability and Quasinormal Modes

Valeri P. Frolov, et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 231103 (2018)

粒子物理

從流體動力學得到的黑洞擾動

作者主張用來抽取有全息對偶的強耦合量子理論中的擾動率的引力激波直接與探測系統的流體動力學的聲模有聯繫。從激波中還原的信息可以通過在具有一定性質的單邊黑洞視界處的純粹的類擴散的線性化引力波重建。在兩重微分的體理論中，這種視界擴散可以通過一種簡單的關係與更晚時間的動量擴散相關聯，這種關係在更高階微分理論中則會失效。作者證明了同樣值的虛頻率與動量滿足流體動力學聲模的色散關係。頻率、動量以及群速度給出了全息Lyapunov指數以及蝴蝶速度。另外，在該特殊點並沿著聲模色散關係曲線，延遲徑向的兩點張力-能量張量函數為零。這建立了在解析沿拓，虛動量處的流體動力學聲模以及全息蝴蝶效應間的直接聯繫。進一步地，作者的結果暗示了無窮強耦合，大N_C的全息理論有著與經典稀疏氣體類似的性質。在那裡，更晚時間的平衡和更早時間的擾動被同樣的動力學所左右。

BlackHole Scrambling from Hydrodynamics

Sašo Grozdanov, et al

Phys. Rev. Lett. 120, 231601 (2018)

緻密QCD媒質中噴注的類真空碎裂

作者研究了在緻密的夸克-膠子等離子體中傳播的噴注的碎裂。通過使用量子色動力學中領頭雙對數近似，作者首次計算了媒質對於多重類真空輻射的影響。作者證實了由於與等離子體散射，在媒質中的部分子簇射與在真空中的簇射有兩個重要的區別：簇射的相空間減小了並且第一個在媒質外的輻射可以違反角度順序。作者計算了噴注的碎裂函數並發現其結果與LHC的測量定性吻合。

Vacuumlike Jet Fragmentation in a Dense QCD Medium

P. Caucal, et al

Phys. Rev. Lett. 120, 232001 (2018)

在歐洲核子中心的NA64實驗中尋找

假想的

文章報道了首個直接搜索16.7MeV規範玻色子（X）的結果。該玻色子可以解釋在激發⁸Be^∗衰變中觀測到的e⁺e^-的反常超出現象。由於該粒子與電子耦合，X可以通過將100GeV的e^-束流打在N64活性靶過程中的軔致輻射e^-Z→e^-ZX機制產生，並通過X衰變到e⁺e^-來觀測。通過對5.4×10¹⁰個電子觀測，沒有發現存在X的證據。實驗因此可以對X-e^-耦合做出首個限制為1.3×10⁻⁴≲ε_e≲4.2×10⁻

Searchfor a Hypothetical 16.7 MeV Gauge Boson and Dark Photons in the NA64 Experimentat CERN

D. Banerjee et al. (NA64 Collaboration)

Phys. Rev. Lett. 120, 231802 (2018)

觀測到正反頂夸克

與希格斯粒子伴隨產生

本文報道了在質心能量為7、8以及13TeV，積分亮度為5.1、19.7以及35.9fb-1的質子質子對撞的聯合分析中，觀測到希格斯粒子與正反頂夸克對的伴隨產生。數據由CERN LHC的CMS探測器收集。分析將希格斯伴隨正反頂夸克對的產生並衰變到W，Z，光子，τ輕子或者底夸克噴注的統計獨立的結果合併起來，從而最大化靈敏度。在5.2標準誤差的顯著偏差，實驗發現了對於只存在背景假設的事例的超出。對應的，對於質量為125.09GeV的標準模型希格斯粒子來說該期望顯著度為4.2標準差。合併後對歸一化到標準模型的信號強度最好的擬合結果為1.26

Observationof t ¯ t H Production

A. Sirunyan et al. (CMS Collaboration)

Phys. Rev. Lett. 120, 231801 (2018)

從奇點以及規範不變性

得到散射振幅的定域以及么正性

Nima等人猜測膠子與引力子的領頭雙微分樹圖振幅可以通過規範不變性以及對他們奇點結構進行略微的假設得到。假設定域的成立，作者證明了在n-1粒子中的規範不變性加上最小power counting唯一地確定了振幅。因子化形式中的么正性由定域性以及規範不變性得到。作者還對一個更強的假設給出了證據：假設奇點僅僅在外動量在殼時候出現，作者通過非平凡的例子顯示了規範不變性以及power counting對圖的奇點有要求。對Goldstone玻色子的理論，如非線性sigma模型以及Dirac-Born-Infeld理論，通過把規範不變條件用在軟極限下適當的自由度消失來替換，則同樣的結論依然適用。

Localityand Unitarity of Scattering Amplitudes from Singularities and Gauge Invariance

Nima Arkani-Hamed, et al

Phys. Rev. Lett. 120, 231602 (2018)

原子核物理

對含頂夸克的夸克膠子

等離子體的時間結構的探究

夸克膠子等離子體是從高能核碰撞過程中產生的，它的壽命只有幾個 fm/c，它一旦產生後馬上就會經歷一個快速膨脹以及冷卻的過程。儘管一些間接的探測，如噴射淬火和夸克偶素抑制等，揭示了夸克膠子等離子體隨時間演化的部分信息，而流體力學模型對夸克膠子等離子體隨時間演化的性質也給出了很好的描述，該體系隨時間演化的直接測量依舊是一個難題。Apolinário等人指出對 W 玻色子的強衰變過程，尤其是衰變成頂夸克和反頂夸克對的過程，進行研究，可以為理解夸克膠子等離子體的時間結構提供新的信息。這是由於高能核碰撞的瞬間與W 玻色子的衰變產物開始和介質發生相互作用的時刻存在時間上的延遲。此外，時間延遲的長度可以通過選擇重建特定的頂夸克的動量來約束。作者通過蒙特卡羅可行性分析發現歐洲核子中心的大強子對撞機（LHC）有望給出第一個有限的夸克膠子等離子體時間結構信息。LHC重離子亮度的大幅增強或者未來更高能量的加速器都將為更多的擴展研究提供難得的機會。（肖楊）

Probing the Time Structure of the Quark-Gluon Plasma with Top Quarks

Liliana Apolinário, et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 232301 (2018)

^58-63Cr質量的精確測量：

朝著N=40反轉島的原子核集體性

ISOLDE裝置首次產生並測量了豐中子同位素^58-63Cr的質量。相比原有數據，新的數據精確了300倍並且暗示了顯著不同的原子核結構。在這個質子和中子的中間殼區域，形變逐漸開始出現，這是N=40附近第二個反轉島的通道。除了與密度泛函理論和大規模殼模型計算進行比較，他們還展示了基於介質相似重整化群價空間表示的從頭計算方法的預言，這是開殼鉻同位素的首次該類結果。(王亞坤)

Precision Mass Measurements of ^58-63Cr: Nuclear Collectivity Towards the N=40 Island of Inversion

M. Mougeot et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 232501 (2018)

利用CUPID-0得到的⁸²Se

零中微子雙beta衰變的首次結果

Azzolini等人報道了利用CUPIND-0得到的⁸²Se零中微子雙beta衰變的研究結果，CUPIND-0是第一個大的閃爍Zn⁸²Se低溫熱量計陣列，用於粒子鑑別。在1.83 kg yr暴露的情況下他們沒有觀測到信號，但得到了⁸²Se零中微子雙beta衰變最嚴格的下限，半衰期T⁰ⁿ_1/2>2.4´10²⁴yr（90%的置信區間）。這對應Majorana中微子質量+1.9_-1.4)´10-3個/(kev kg yr)，此本底是這項技術所到達的最好水平。(王亞坤)

First Result on the Neutrinoless Double-beta Decay of ⁸²Se with CUPID-0

O. Azzolini et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 232502 (2018)

通過激光光譜學探測

鍩同位素核的尺寸和形狀

直到最近，最重原子核的基態原子核多極矩也只能從原子核光譜中推斷得到，而這依賴模型假設。現在，激光光譜學結合現代原子結構計算可以直接探測這些矩，這是一個全面且模型無關的方法。本文中，Raeder等人報道了獨特的獲取^252,253,254No微分均方根電荷半徑的方法，因此也獲取了得到原子核尺寸和形狀改變的方法。先進的密度泛函計算很好地描述了重錒系元素的原子核電荷半徑的改變，結果表明在^252,254No同位素形變的質子密度分佈中存在一個很明顯的中心凹陷。最後，他們估計了²⁵³No的超精細劈裂，給出了關於其（四極）形變的一個補充測量，也通過原子核自旋和磁矩深刻理解了中子單粒子波函數。(王亞坤)

Probing Sizes and Shapes of Nobelium Isotopes by Laser Spectroscopy

S. Raeder et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 232503 (2018)

原子、分子與光學

強場雙電離過程中

電子相干和阿秒電離延遲的選擇性

本文主要介紹了對氙中由強場雙電離引起的相干電子動力學進行實時探測的一系列實驗。阿秒瞬態吸收測量可以對電子相干性以及在Xe⁺和Xe²⁺的多個電子態下的相對電離時間進行表徵。作者在Xe²⁺的³P⁰₂-³P⁰₀之間觀察到了高度的相干性，g = 0.4，而對於其他可能的電子態對，其相干性則由於低於實驗的檢測極限而未能檢測到。將實驗結果與基於不相關電子發射模型的數值模擬進行對比表明了，強場雙電離產生的相干性比預測的更具選擇性。同時文中實驗也也分別針對Xe

Selectivity of Electronic Coherence and Attosecond Ionization Delays in Strong-Field Double Ionization

Yuki Kobayashi, et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 233201 (2018)

強場離子化非對稱三原子模型分子

光電子譜中分子的電子結構特徵

本文主要研究強場電離的三原子模型系統的光電子角分佈中的圓二色光譜。繼作者最近關於這種效應的其他工作之後，本文展示瞭如何將該系統的對稱性和電子結構印記到光電子動量分佈中去，並利用經典軌跡來揭示光電子動量分佈中三重模式的起源，最後說明了三原子體系的非對稱核結構是如何影響光電子譜的。

Imprints of the Molecular Electronic Structure in the Photoelectron Spectra of Strong-Field Ionized Asymmetric Triatomic Model Molecules

Matthias Paul, et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 233202(2018)

基於頻梳的雙量子二維譜鑑定

偶極偶極相互作用引起的

原子蒸氣中的集體超精細共振

基於頻梳的多維相干光譜學是一種新穎的光學方法，可以在很短的採集時間內實現高分辨率測量；該方法的分辨率使得多維相干光譜學可以用來研究具有窄共振的原子系統。本文使用雙量子多維相干光譜來揭示100℃銣蒸氣中由偶極偶極相互作用引起的集體超精細共振。另外，本文還觀察到了雙量子二維光譜中的傾斜和拉長的線形，這在多普勒展寬系統中從未被報道過。拉長的線形表明信號主要來自具有接近零相對速度的相互作用原子。

Frequency-Comb Based Double-Quantum Two-Dimensional Spectrum Identifies Collective Hyperfine Resonances in Atomic Vapor Induced by Dipole-DipoleInteractions

Bachana Lomsadze and Steven T. Cundiff

Phys. Rev. Lett. 120, 233401 (2018)

雙色泵浦探測測量

本文提出並展示了一種多功能技術，即雙色泵浦探測拉曼散射和光譜分辨的時間相關光子計數，並利用該方法測量了單聲子Fock態的壽命。在脈衝激光激發之後，n = 1的聲子Fock態是通過單個Stokes光子的投影測量來概率性的製備的。由第二個時間延遲激光脈衝產生的反Stokes光子則用來檢測在亞皮秒時間分辨率的聲子布居。作者觀察到了強的非經典Stokes-反Strokes相關性，其衰變映射了單聲子動力學。本文的實驗方案可以被應用於任何拉曼活性振動模式。通過製備和檢測雙模糾纏振動態，就可以對該實驗方法進行修改以測量n≥1個Fock態的壽命或聲子量子相干性。

Two-Color Pump-Probe Measurement of Photonic Quantum Correlations Mediated by a Single Phonon

Mitchell D. Anderson et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 233601 (2018)

使用非干涉法來測量幾何相位

本文提出了一種用於探測結構化高斯光束的幾何相位的簡單非干涉測量方法。如果在初始平面覆蓋了一部分光束，則可以從模式變換後的強度分佈來確定Gouy和Pancharatnam-Berry相位。此外，由這些變換後得到的強度分佈的質心所描述的軌跡類似於光線光學的軌跡，這樣就揭示了與幾何相位變化相關的Ehrenfest定理的光學類似物。

Measuring Geometric Phase without Interferometry

T. Malhotra, et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 233602 (2018)

非線性動力學和流體力學

漸變折射率多模波導中光輸運過程

對彎曲變形的魯棒性

通過多模光波導的光在波導彎曲變形時會發生變化，Flaes等人表明具有完美拋物線折射率分佈的光波導幾乎不受彎曲的影響，保留了傳播不變模的結構。此外，還表明，由於彎曲導致的拋物線指數光纖傳輸矩陣的變化可以僅用兩個自由參數表示，而不管特定變形有多複雜。Flaes等人詳細分析了市售漸變折射率光纖以及具有非常可靠拋物線折射率分佈的梯度折射率棒狀透鏡的實驗測量透射矩陣。儘管具有足夠精確折射率分佈的拋物線指數光纖並不在通常可以獲取的範圍內，分析表明，在相同條件下，使用標準市售漸變折射率光纖的成像性能受彎曲變形的影響要小於階躍折射率類型。因此，本工作預測，超精密拋物線指數光纖的應用將使具有伸縮探頭內窺鏡具有可行性，並且不存在很複雜的計算挑戰。(王詩旖)

Robustness of Light-Transport Processes to Bending Deformations in Graded-Index Multimode Waveguides

Dirk E. Boonzajer Flaes, et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 233901 (2018)

量子棘輪中的多體量子混沌與糾纏

Valdez等人揭示了一個在環形阱中基於玻色-愛因斯坦凝聚體的量子棘輪多體動力學中量子混沌的特徵。提出了包括糾纏，凝聚體耗盡和在多體希爾伯特空間固定基上的散佈等量度識別量子混沌多體動力學發生區域的方法，其中隨機矩陣理論作用有限或不能適用。通過這些工具，發現許多量子混沌在希爾伯特空間中既沒有高度糾纏也沒有離域，這與量子混沌的傳統預期特徵相反。(王詩旖)

Many-Body Quantum Chaos and Entanglement in a Quantum Ratchet

Marc Andrew Valdez, et al.

phys. Rev. Lett. 120, 234101 (2018)

高密度比的三元自由能

熵格點玻爾茲曼模型

利用熵格點玻爾茲曼技術，Wöhrwag等人提出並實現了一種氣體和兩種液體組分構成的流體流動的熱力學上自洽的自由能模型。該模型允許液相和氣相之間的密度比高達O(10

Ternary Free-Energy Entropic Lattice Boltzmann Model with a High Density Ratio

M. Wöhrwag, et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 234501 (2018)

凝聚態物理：結構

自由空間中原子混合物的

自束縛量子液滴

自束縛量子液滴是在超冷原子的背景下發現的一種新的相。Semeghini等人遵循了彼得羅夫最初的建議[Phys. Rev. Lett.115, 155302 (2015)]，使用了一種有吸引力的玻色混合物，在本文中報告了自束縛量子液滴的實驗實現。在這個系統中，吸引力和排斥力的競爭平衡導致了球狀液滴的形成，吸引力和排斥力分別來自於接近坍縮閾值的平均場能量和量子漲落的一階修正。由於光學懸浮勢的殘留限制可忽略，Semeghini等人觀察到自由空間中的自束縛液滴，並描述了它們形成的條件以及大小和組成。此項工作中從測量量子液滴特殊的激發光譜到對其超流體性質的探索，奠定了為未來研究關於量子液滴的基礎。（劉瑞）

Self-Bound Quantum Droplets of Atomic Mixtures in Free Space

G. Semeghini, G. Ferioli et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 235301 (2018).

相互作用玻色子中的

楊氏單極子和演生三維拓撲缺陷

在多個物理領域中楊氏單極子被公認為屬於零維的拓撲缺陷。而對於楊氏單極子相互作用的理解目前仍然不失為一個非常有趣的研究方向。作者的研究表明許多大量相互作用玻色子集體運動導致了奇異的拓撲缺陷，這和由單粒子看到的楊氏單極子完全不同。然而相互作用可能在參數空間中分配楊氏單極子或者把它們粘在一個巨大的多重電荷態上。三維拓撲缺陷也可能來自連續的多元退化多體本徵態。它們的低維投影將導致打結的節點線和節點環。作者的結果暗示著超冷玻色子原子可能被用以創造演生拓撲缺陷並能夠直接測量在固體中不容易獲得的拓撲不變量。(曹錦)

Yang Monopoles and Emergent Three-Dimensional Topological Defects

in Interacting Bosons

Yangqian Yan and Qi Zhou

Phys. Rev. Lett. 120, 235302 (2018)

(2+1)維O(3)量子臨界點的

工程表面臨界行為

在系統體態發生相變時，系統表面物理量也會表現出奇異性，這稱為表面臨界現象。表面臨界現象與體態臨界性質密切相關，甚至更加豐富。本文作者通過調控(2+1)維O(3)相變的二聚態海森堡模型的表面位形，實現了三種不同的表面臨界現象普適類。當表面在無序相中有能隙時，在相變點處發生正常轉變；而無能隙表面態則對應特殊轉變的普適類——這一表面臨界現象普適類僅出現在這類量子模型中，在三維經典O(3)模型的相變中不可能發生。在交錯海森堡模型中，由於表面具有亞鐵磁長程序，在相變點中表現出非常規轉變普適類。數值計算發現這一模型的表面臨界指數與此前的標度理論預言不符，表明現有的非常規轉變理論需要修正。（原作者提供）

Engineering Surface Critical Behavior of (2+1)-Dimensional O(3) Quantum Critical Points

Chengxiang Ding, Long Zhang and Wenan Guo

Phys. Rev. Lett. 120, 235701(2018)

利用非彈性X射線散射光譜

研究外延ScN薄膜中的聲子壽命

聲子-聲子散射在非金屬材料的熱性能方面占主導地位，並且在實際應用中直接影響器件性能。目前，大家一直在用計算方法來理解聲子-聲子散射機制，而且對具有動量依賴性的聲子模式的直接、系統地觀測也是令人期待的。作者通過非彈性X射線散射的測量方法報道了在外延生長的ScN薄膜上的聲子色散曲線和壽命的實驗數據。他們根據聲子譜寬度來估測具有動量依賴性的光學支聲子的壽命，並且發現區域中心附近的最高能量聲子模具有0.21ps的短壽命。通過與第一性原理計算比較，他們的數據表明可以通過三體聲子-聲子相互作用來定量地解釋觀測到的聲子壽命。（毛慧燦）

Phonon Lifetime Observation in Epitaxial ScN Filmwith Inelastic X-Ray Scattering Spectroscopy

H. Uchiyama, Y. Oshima et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 235901 (2018).

凝聚態物理：電子性質

4-ε維中的失相災變：各態歷經

(多體非局域)相一種可能的不穩定性

在二維中，由浴庫(bath)造成的失相阻斷了Anderson局域化，否則其會發生在存在無序的費米子的任意能量密度處。對於一個短程相互作用的孤立系統，該系統可以是自己的浴庫，表現出擴散（非馬爾可夫）的熱密度漲落。Liao等人將弱局域化的失相歸因於擴散浴庫作為自相互作用的多聚物環路。他們研究了d=4-ε維度下環路的臨界行為，並找出一個非平庸的不動點，對應於失相時間發散的溫度T*~ε>0。假設這個不動點存活至ε=2，他們將它與各態歷經相的一種可能的不穩定性關聯起來。他們的方法可能為處理d> 1空間維度中各態歷經到多體局域的相變問題打開一條新的道路。(方子明)

Dephasing Catastrophe in 4−ε Dimensions: A Possible Instability of the Ergodic (Many-Body-Delocalized) Phase

Yunxiang Liao and Matthew S. Foster

Phys. Rev. Lett. 120, 236601 (2018)

遠距離量子點之間通過腔介導的相干耦合

量子信息技術中可擴展的架構要求我們可以在有選擇性的將長距離的量子比特耦合的同時抑制環境噪音和串擾。在半導體材料中，量子點中單個自旋和包含費米模式的腔的相干耦合能夠為這個技術挑戰提供新的解決方案。本文中Nicolí等人採用了一種基於二維電子氣中迴音壁模式的電學腔設計成功實現了兩個空間分離量子點之間的相干耦合。這種由腔介導的長距離耦合有效地降低了我們不希望看到的量子點之間直接串擾，並定義了一種完全以電子半導體為基礎的可擴展量子信息處理架構。（李松）

Cavity-Mediated Coherent Coupling between Distant Quantum Dots

Giorgio Nicolí et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 236801（2018）

石墨烯上的液膜生長與潤溼不穩定性理論

Sengupta 等通過Dzyaloshinskii-Lifshitz-Pitaevskii理論研究了靠近石墨烯的氫氣、氦氣和氮氣三種不同幾何構型輕氣體的潤溼現象，其中石墨烯貼附、掩蓋或懸空在絕緣體襯底上。他們發現石墨烯的存在對所有構型都有顯著的影響。當放置在基底上時，石墨烯的極化性可以將表面附近總範德瓦爾斯力的強度增加2倍，從而增強了潤溼的傾向。對於二維材料特有的懸空幾何構型，石墨烯可以只潤溼一側，液膜在臨界厚度時生長停滯，這可能觸發表面不穩定性和圖案形成，類似於旋節線去溼。這種具有厚度可調的介觀臨界薄膜的存在為研究連續潤溼轉變以及定製的液體塗層工程提供了平臺。這些現象對於一些機械形變仍然穩定，並且普遍存在於摻雜石墨烯和其他的例如單層二硫族化合物的二維材料中。(方子明)

Theory of Liquid Film Growth and Wetting Instabilities on Graphene

Sanghita Sengupta et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 236802 (2018)

FeSe/SrTiO₃光電發射中複製能帶起源的

電聲耦合和光電子能量損失

Electron Phonon Coupling versus Photoelectron Energy Loss at the Origin of Replica Bands in Photoemission of FeSe on SrTiO₃

Fengmiao Li and G. Sawatzky

Phys. Rev. Lett. 120, 237001 (2018)

Nb摻雜SrTiO₃中

單能隙超導性和超流密度的穹頂

乾淨的SrTiO₃處於絕緣態，如果通過摻雜引入電荷載流子以後，SrTiO₃將轉變到有著費米液體行為的金屬態，從而展現出許多新奇的性質，比如超導性。然而，超導性隨著載流子濃度的變化關係卻不十分明確。本文中，Thiemann等人使用頻率範圍2至23 GHz的微波帶狀諧振器在低至0.02 K的溫度下探測電荷載流子濃度在0.3—2.2×10

Single-Gap Superconductivity and Dome of Superfluid Density in Nb-Doped SrTiO₃

Markus Thiemann et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 237002 (2018)

時域太赫茲光譜測量Mn₂Au中

奈爾自旋軌道耦合力矩驅動的反鐵磁共振

本文中，作者在反鐵磁金屬Mn₂Au中觀測到由奈爾自旋軌道耦合力矩效應(Néel spin-orbit torques,NSOT）驅動的太赫茲頻率範圍內的集體模式的激發。依賴於溫度的太赫茲光譜顯示：以1 THz為中心的強吸收模式，在從4K加熱到450K時會軟化並失去強度。通過與估計的本徵模頻率比較，揭示了觀察到的模式是面內反鐵磁共振（AFMR）模式。結果顯示該AFMR吸收強度比由THz的磁場驅動的反鐵磁絕緣體吸收強度大了3個數量級。作者基於這一點與理論模型比較，推測此模式的驅動機制是電流誘導的NSOT導致，太赫茲脈衝的電場分量驅動金屬中的交變電流，隨後驅動AFMR。這種在高頻條件下的驅動機制對奈爾序參數的電操縱手段使Mn

Néel Spin-Orbit Torque Driven Antiferromagnetic Resonance in Mn₂Au Probed by Time-Domain THz Spectroscopy

N. Bhattacharjee et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 237201 (2018)

受壓下Kitaev碘酸鹽

β-Li₂IrO₃中磁有序的破壞

Kitaev模型因其為量子自旋液體提供了一個解析解且包含了與拓撲量子計算相關的分數激發效應而在量子自旋領域有著重要的地位。本文中Majumder等人使用磁化強度、熱膨脹、磁致伸縮、μ子自旋轉動測、壓力下單晶x光衍射以及第一性原理計算研究了Kitaev超蜂巢碘酸鹽β-Li₂IrO₃的溫度-壓力相圖。隨著壓強增大，β-Li₂IrO

Breakdown of Magnetic Order in the Pressurized Kitaev Iridate β-Li₂IrO₃

M. Majumder et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 237202 (2018)

受內稟磁振子驅動的斯格明子

Psaroudaki 和Loss研究了磁場梯度隨時間振盪的情況下磁性絕緣納米線中斯格明子的動力學。這些交變場通過他們自己內稟的磁性激發以淨驅動力的形式作用於斯格明子上。作者使用微觀量子場論方法並考慮了不可避免且會造成斯格明子時間依賴耗散的磁振子與外場的耦合，發現磁性交變場會對斯格明子耗散核函數誘導出超歐姆到歐姆機制的過渡行為。除了週期性有界運動以外，這種在共振時對磁振子庫的交變驅動也會引起斯格明子的單向螺旋傳播。（李松）

Skyrmions Driven by Intrinsic Magnons

Christina Psaroudaki and Daniel Loss

Phys. Rev. Lett. 120, 237203（2018）

5d⁴雙鈣鈦礦Ba₂YIrO₆中的磁性起源

一般來說，由於Ir⁵⁺(5d⁴）離子的自旋和軌道角動量的強耦合作用，預期這種材料是非磁性的。然而,有爭議的實驗結果顯示在低溫時，該材料可以顯示出具有靜態有序的強反鐵磁序或弱順磁序特徵，這引起了對5d⁴結構的強自旋軌道基態和新奇磁性態的討論。本文中，Fuchs等人藉助電子自旋共振（electron spin resonance, ESR）光譜實驗揭示雙鈣鈦礦Ba₂YIrO₆中的磁性起源。作者通過分析頻率和溫度相關的ESR數據指出，該材料的磁性僅僅是由於幾個百分點的Ir⁴⁺和Ir

Unraveling the Nature of Magnetism of the 5d⁴ Double Perovskite Ba₂YIrO₆

S. Fuchs et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 237204 (2018).

高亞波長、超方向性圓柱形納米天線

Arslanagić等用多層圓柱形超材料啟發結構演示了超方向性圓柱形納米天線。針對偶極和更高階模式的特定散射係數，給出了針式輻射的理想極限。通過對一個五層體系的優化示範了對理論方向性界限的逼近。儘管最終的結構可擴展到任意頻率區域，其高亞波長整體尺寸(λ

Highly Subwavelength, Superdirective Cylindrical Nanoantenna

S. Arslanagić and R. Ziolkowski

Phys. Rev. Lett. 120, 237401 (2018)

光子帶隙晶體中態密度的有限尺度標度

無論是光子還是電子，在帶隙中的態密度將會消失，這屬於無限晶體的極限特徵。然而，所有的實驗和器件應用都涉及有限晶體，這就引出了一個問題：當增加晶體的線性尺寸L時，體系態密度接近無限的晶體極限有多快？本文中，作者提出了有限晶體的尺寸標度理論，其中包括由晶體邊界引起的被展寬布洛赫模式。作者在三維光子帶隙晶格中發現由於模式的非零展寬導致了態密度在帶隙內未消失，使用布洛赫模式、洛倫茲和外殼模型計算尺寸標度特徵，結果表明，帶隙內態密度在一維、二維和三維晶體中都具有1/L尺寸標度依賴性。（劉錢）

Finite-size Scaling of the Density of States in Photonic Band Gap Crystals

S. B. Hasan et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 237402 (2018)

應變黑磷中光誘導的非平衡拓撲態

黑磷作為一種基礎半導體因為在平衡條件下具備了大量有趣的電學和光電特性而備受關注。塊體黑磷在激光週期場下的非平衡電子結構至今未被研究，它可能會導致有趣的拓撲光電性質。本文中Liu等人發現在圓偏振光的照射下，黑磷表現出Floquet-Dirac半金屬態，這種半金屬態可以通過改變入射激光的方向、強度和頻率等連續調節。在I型到II型 Floquet-Dirac費米子的拓撲相變邊界會出現一種新型III相，這種新相在很廣的頻率和強度範圍內都存在。此外，在被圓偏振螺旋形鎖定的方向上，拓撲表面態表現出非平衡電子輸運。這些發現不僅加深了我們對黑磷基本特性與拓撲之間關係的理解，也把黑磷光電器件的應用推廣到非平衡情形。（李松）

Photoinduced Nonequilibrium Topological States in Strained Black Phosphorus

Hang Liu et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 237403 (2018)

軟物質與生物物理

液滴界面雙分子

液滴界面雙分子層（DIBs）是通過將兩個或更多脂質單殼包裹的水滴在油中混合而成的。與其它脂質雙層平臺相比，DIBs具有很多優勢。但是，DIBs的穩定性仍然是一個大的問題。本文建立了一個理解DIBs的動態形態和穩定性的理論框架，考慮了單層和雙層結構中的脂質動力學，以及滲透和拉普拉斯壓力不平衡導致的液滴蒸發。本文的理論定量地描述了當DIBs變得不穩定時，在實驗中觀察到的不同路徑。作者發現，當脂質解吸比液滴蒸發更慢時，脂質雙層會生長且液滴接近半球形；然而，當脂質解吸速度很快時，雙層區域會收縮，液滴最終會分離。此外，文中的模型給出了一個臨界尺度，當DIBs小於這個尺度時將變得不穩定，從側面解釋了微型化DIBs的實驗難度。（張昕亞）

Dynamic Morphologies and Stability of Droplet Interface Bilayers

Benjamin Guiselin, et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 238001(2018)

冷活性運動:淬火無序

如何影響自推進粒子的運動

相鄰的規則排列和噪聲導致的消相干之間的競爭使自推進粒子能夠表現出集體行為，然而淬火無序性對這種活性運動的影響仍不清楚。Peruani等人考慮了三種與活性物質相關的淬火無序（隨機扭矩、力和應力），發現即使在沒有外界波動（即“冷活性物質”）的情況下，淬火無序會導致非平凡的在“熱活性物質”中不存在的動態相。特別地，通過分析運動方程呈現哈密頓結構和出現吸引子的時間，作者確定了粒子捕獲發生的條件。本文的結果為理解在自然或合成的無序基質上的自推進粒子活性系統提供了新的思路。（張昕亞）

Cold Active Motion: How Time-Independent Disorder Affects the Motion of Self-Propelled Agents

Fernando Peruani, et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 238101(2018)

改變選擇壓力的空間分佈

能夠調控耐藥性的進化

空間異質性在耐藥性的進化過程中起著重要的作用。最近的研究表明選擇壓力的空間梯度可以加速耐藥性的進化，然而我們對更復雜的空間結構上的耐藥性進化卻知之甚少。De Jong等人採用一種簡單的隨機模型研究了選擇壓力的不同空間分佈對耐藥等位基因的固定時間的影響。作者利用平均首通時間的計算發現，當空間遷移速率相對於突變而言足夠大（較小）時，空間異質性能夠加快（減慢）耐藥性的進化。有趣的是，當遷移速率和突變速率相當時，即使空間平均選擇壓力保持不變，改變選擇壓力的空間分佈仍可以增大或減小耐藥性的固定速率。此外，通過對選擇壓力的空間分佈進行優化，可以顯著地減緩耐藥亞種群的傳播和固定。（張昕亞）

Tuning Spatial Profiles of Selection Pressure to Modulate the Evolution of Drug Resistance

Maxwell G. De Jong, et al.

Phys. Rev. Lett. 120, 238102(2018)

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關鍵字: 宇宙 相對論 物理