序
言
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普通物理：統計與量子物理
庫侖氣體靜電學控制
Kardar-Parisi-Zhang方程的大漲落
Corwin等人建立了Kardar-Parisi-Zhang (KPZ)方程的大偏差理論，給出在窄楔形初始條件下高度分佈函數的左尾部的精確控制。他們探究了在KPZ單點分佈和艾裡(Airy)點過程之間的精確聯繫。他們發展了對於艾裡點過程的大偏差理論，並且用它去計算在靜電學問題中KPZ大偏差的速率函數。這種方法也可用在半空間KPZ方程，結果顯示它的速率函數是全空間速率函數的一半。除了這些長時估算，他們還嚴格給出了在KPZ分佈上有限時間尾部邊界。由此演示了由指數3（較淺的左尾部）到5/2（較深的左尾部）的指數衰減的過渡。本文得到的全空間KPZ速率函數與Sasorov等人[J. Stat. Mech.(2017) 063203]對非局域、非線性積分微分方程（推廣的Painlevé II方程）進行WKB近似分析計算出的結果一致。（劉寧）
Coulomb-Gas Electrostatics Controls Large Fluctuations of the Kardar-Parisi-Zhang Equation
Ivan Corwin, Promit Ghosal et al
Phys. Rev. Lett. 121, 060201(2018)
金剛石中自旋量子比特的
可控非馬爾科夫性
Haase等人提出了一種靈活的方案來實現單電子自旋量子比特的非馬爾科夫動力學。在該方案中，他們利用金剛石的NV-center上的固有氮自旋作為動力學的調節器。他們發現可以通過改變氮自旋的數量來平穩地調整電子自旋動力學的非馬爾科夫性。此外，他們考察了由自旋浴引發的退相干動力學，從而排除了非馬爾科夫性的其他來源。作者用貝葉斯數據分析使得收集到的觀測數據保持在最小水平。這允許對描述動力學所需參數和對預測未觀測到的數據點所需的參數進行精確的量化。（劉寧）
Controllable Non-Markovianity for a Spin Qubit in Diamond
J. F. Haase, P. J. Vetter et al.
Phys. Rev. Lett. 121, 060401 (2018)
拓撲色碼中量子比特損耗的孿生滲流
Vodola等人通過研究二維拓撲色碼中的量子比特損耗問題，建立並探索了量子信息理論與經典統計力學之間的一種新聯繫。本文引入一個協議來處理量子比特損失，這一協議基於從代碼中識別和移除雙量子比特，並且保證恢復有效的三可著色和三價重構色碼。此外，作者還發現，確定相應的量子比特損失的誤差閾值等價於一個新的廣義經典滲流問題。針對兩組二維色碼，他們得到相關的量子比特損失閾值的數值為p=0.461±0.005，這很接近由不可克隆定理所給出的基本極限50%。作者的發現揭示了拓撲色碼與滲流理論之間的新聯繫，顯示了色碼對量子比特損失的高魯棒性，並且直接與在各種物理平臺上實現拓撲量子糾錯的相關。(馬宇翰)
Twins Percolation for Qubit Losses in Topological Color Codes
Davide Vodola, et al.
Phys. Rev. Lett. 121, 060501 (2018)
超導量子比特
快速無條件全微波段重置
主動量子比特重置是許多量子算法，特別是量子糾錯中的關鍵操作。在本文中，Magnard等人在實驗上用一個與大寬帶諧振器耦合的三能級傳輸子（transmon）人造原子演示了一種重置方案。這種重置協議使用耦合傳輸子-諧振器系統|f,0>態和|g,1>態間的微波誘導相互作用。其中|g>和|f>表示傳輸子的基態和第二激發態，|0>和|1>表示諧振器的光子Fock態。作者表徵了重置過程，並演示了在小於500納秒和0.2%剩餘激勵的情況下，重新初始化傳輸子-諧振器系統到基態的過程。本文給出的協議是有實際意義的，因為除了需要快速高效的單次讀出傳輸子，它沒有額外的架構要求，並且不需要反饋。(馬宇翰)
Fast and Unconditional All-Microwave Reset of a Superconducting Qubit
P. Magnard, P. Kurpiers, et al.
Phys. Rev. Lett. 121, 060502 (2018)
控制宇稱的光與物質相互作用
宇稱的概念描述了系統的反演對稱性，它與標準模型、量子信息處理和場論有著基本相關性。在量子電動力學中，宇稱是守恆的，並且需要大的場梯度來設計光與物質相互作用算符的奇偶性。在這項工作中，Goetz等人專門構造了超導磁通量子比特來代表被設計的類鉀人造原子。作者用諧振器提供的有效軌道動量控制人造原子的波函數的宇稱。用具有一定空間構型的微波場照射人造原子，可以選擇原位相互作用宇稱。通過這種方式，本文觀察到了單態躍遷過程中的偶極和四極選擇定則，並通過縱向耦合誘導透明度。這項工作將可調諧人造多級原子的設計推進到一個新的水平，這使得近期利用超導電路進行的量子化學模擬成為可能。(馬宇翰)
Parity-Engineered Light-Matter Interaction
J. Goetz, F. Deppe, et al.
Phys. Rev. Lett. 121, 060503 (2018)
任意形式的內部糾纏與外部關聯相互制約
Camalet給出了任何形式的糾纏和關聯之間的關係。二體系統的內部糾纏及其與另一系統的關聯相互制約。在局域操作下，用任意方式度量的關聯都不會增加。例如，糾纏單調(monotone)、刻畫總關聯的互信息、以及經典關聯的Henderson-Vedral度量。用這種方式度量的外部關聯為內部糾纏設置了一個緊上限。內部的糾纏會隨著外部關聯的增強而減少，量子失諧也是如此。(馬宇翰)
Internal Entanglement and External Correlations of Any Form Limit Each Other
S. Camalet
Phys. Rev. Lett. 121, 060504 (2018)
量子舒爾採樣電路可被強模擬
置換量子計算(PQC) [Quantum Inf. Comput., 10, 470 (2010)] 是一種天然的量子計算模型，它被猜測可以用於捕獲量子計算的非經典方面的特徵。如下的發現支持這一猜想：對具有Young正交形式的Sn不可約表示矩陣的矩陣元估算，不存在有效的經典算法。這類矩陣對應於一大類PQC電路的躍遷振幅。用PQC機器可以在多項式時間內解決這個問題，但到目前為止，尚無有效的經典算法來處理這個問題。在本文中，作者給出了經典算法在多項式精度上有效地逼近躍遷振幅，從而解決了這個問題。此外，他們進一步拓展了討論，表明更大一類量子電路——量子舒爾採樣電路的躍遷振幅，也可以被有效的進行經典處理。（劉寧）
Quantum Schur Sampling Circuits can be Strongly Simulated
V. Havlíček and S. Strelchuk
Phys. Rev. Lett. 121, 060505 (2018)
利用單光子投影測量
獲得海森堡標度的精度
一般認為量子疊加和非線性相互作用是量子計量的重要資源，可是迄今為止，還沒有很好地理解這兩種資源在增強精度方面扮演的不同角色。Chen等人在實驗上展示了一種海森堡標度計量方法，來測量支配不同光學模之間非線性耦合的參數。通過正比於平均光子數的非線性相互作用強度，n個（超過106個）光子的強模（intense mode）顯示了精度增強效應。單個光子的弱模(weak mode)的疊加態導致了線性哈密頓量和測量精度的標度。通過恰當地製備單光子的初態，並進行光子計數投影測量，所提取的經典Fisher信息可以達到耦合後聯合態所包含的量子Fisher信息相同的標度(~n2) ，其精度約為1.2/n。在不使用糾纏的情況下，他們的工作為在只包含線性哈密頓量的情況下實現海森堡標度的精度方面提供了思路。（劉寧）
Achieving Heisenberg-Scaling Precision with Projective Measurement on Single Photons
Geng Chen, Lijian Zhang et al
Phys. Rev. Lett. 121, 060506 (2018)
空間上擴展的混沌量子多體系統的譜統計
Chan等人使用沒有時間反演對稱性簡單格點Floquet模型研究了空間上擴展的混沌量子多體系統中的譜統計。通過解析和數值計算譜形式因子K(t)，作者證明了，在時間長於多體Thouless時間（tTh）的情況下，它遵循隨機矩陣理論（RMT）。作者還發現tTh對空間維度和系統的尺度有顯著的依賴性。對於d>1的系統，tTh在熱力學極限下是有限的並且由格點間耦合強度決定。相比之下，在一維繫統中，tTh會隨著系統尺寸的變化而不同。對於大系統，存在一個譜關聯不是RMT形式的寬窗口。最後，本文給出的Floquet模型展示了多體局域化相變，作者討論了譜形狀因子在局域相中的行為。(馬宇翰)
Spectral Statistics in Spatially Extended Chaotic Quantum Many-Body Systems
Amos Chan, et al
Phys. Rev. Lett. 121, 060601 (2018)
引力與天體物理
類比浴缸排水渦流得到的黑洞準結合態
準正模式是一組阻尼共振，描述處於激發態的開放系統如何被驅動回到平衡狀態。在引力物理學中，這些模式可以用來表徵被擾動的黑洞的衰蕩，如雙黑洞合併後的過程。仔細分析衰蕩譜可以瞭解黑洞的特性，如黑洞的角動量和質量。在更復雜的引力系統中，頻譜可能依賴於更多的參數，因此我們可以用來發現新的物理。文章中，作者提出對旋轉黑洞的流體動力學進行類比，闡述了額外結構的存在如何影響準正模式譜。這個類比是通過在浴缸排水渦流上考慮波散射獲得的。他們發現，由於背景流存在渦度，得到的場論對應於有效彎曲時空上的標量場，而且它獲取了渦核中的局域質量。獲得的準正模式譜表現出長期的陷獲模式，通常被稱作準結合態。他們的研究成果可以在未來通過實驗檢驗，而這些實驗可以用最近已經成功模擬出旋轉黑洞的實驗為基礎構建。
Black Hole Quasibound States from a Draining Bathtub Vortex Flow
Sam Patrick, et al.
Phys. Rev. Lett. 121, 061101 (2018)
用引力波探測器搜尋暗光子暗物質
如果暗物質來自的背景是由非常輕的規範玻色子構成的，那麼這種規範玻色子將會對引力波探測器中的測試粒子有力的作用，從而導致產生由規範玻色子質量決定的特徵頻率的位移。如果假設暗光子是U(1)B或U(1)B-L的規範玻色子，文章中作者概述了一種新的搜尋這種暗物質的方法。他們表明，基於地面和未來的基於空間的引力波探測器都有能力在未探測的參數範圍裡做到5σ的觀測發現。
Searching for Dark Photon Dark Matter with Gravitational-Wave Detectors
A. Pierce, K. Riles and Yue Zhao
Phys. Rev. Lett. 121, 061102 (2018)
基本粒子與場論
(3+1)維時空中Borromean環的編織
環狀激發周圍纏繞粒子激發因而產生著名的Aharonov-Bohm相，作者在沒有這種相互纏繞的情況下發現一種獨特的編織相。他們提出了一種特殊的粒子-環-環編織過程，並稱其為Borromean環編織或者更一般的Brunnian鏈。由於粒子的徑跡不會與任何環纏繞，產生的編織相與Aharonov-Bohm相完全不同。作者根據潛在的Milnor三重鏈接數得出編織相的明確表達式。作者還提出了拓撲量子場論，其包含實現編織統計的AAB-類拓撲項。
Braiding with Borromean Rings in (3+1)-Dimensional Spacetime
AtMa P.O. Chan, et al.
Phys. Rev. Lett. 121, 061601 (2018)
中子星探測重子的暗衰變
質量大於一個太陽質量的中子星的觀測對能夠解釋中子壽命疑惑的中子衰變模式給出嚴格的限制。如果中子可以衰變成穩定的、弱作用暗費米子，則中子星的最大可能質量為0.7M⊙，而所有測量到的中子星的質量都超過1M⊙。2 M⊙中子星的存在進一步表明，任何中子壽命疑惑的超出標準模型的解釋都要求暗物質是具有高度約束相互作用的多粒子暗物質的一部分。作者指出中子星可以獨特而有效地探測那些通過重子數破壞過程耦合到標準模型的GeV量級的暗物質。
Testing Dark Decays of Baryons in Neutron Stars
Gordon Baym, et al.
Phys. Rev. Lett. 121, 061801 (2018)
中子星排除輕暗重子
帶重子數且具有核子質量量級的奇異粒子由於各種原因而被提出，這些原因包括：重子生成、暗物質、鏡子世界和中子壽命疑惑，等等。作者證明質量大於0.7M⊙的中子星的存在嚴格地限制了這些粒子的存在，要求它們重於1.2 GeV，或者具有較強的排斥相互作用。
Neutron Stars Exclude Light Dark Baryons
David McKeen, et al.
Phys. Rev. Lett. 121, 061802 (2018)
SENSEI：地表運行中
對亞GeV暗物質的首次直接探測限制
Sub-Electron-Noise Skipper CCD實驗儀器(SENSEI)使用最近開發的Skipper-CCD技術，從亞GeV暗物質粒子與硅中電子的相互作用中搜索電子反衝。合作組首先報告了原型SENSEI探測器的結果，該探測器在費米國家加速器實驗室收集了0.019克天的地上調試數據。這些調試數據足以為質量介於~500 keV和4 MeV之間的暗物質粒子設置新的直接檢測限制。這些數據是在地表獲得，因此它們不利於先前的強相互作用的且質量介於～500KeV和幾百MeV之間的暗物質粒子。作者討論了這些數據對幾種暗物質候選者的影響，包括一種用於解釋EDGES 合作組觀察到的異常的21cm信號的暗物質模型。SENSEI是第一個致力於尋找暗物質電子反衝的實驗，這些結果證明了Skipper-CCD技術在暗物質搜索中的強大功能。
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)
觀察到Υ(4S)→η′Υ(1S)
Bell合作組報告了第一次觀測到強子轉換Υ(4S)→η′Υ(1S)，其使用了探測器在KEKB非對稱能量e+e-對撞機上在Υ(4S)共振態能量處採集的亮度為496 fb-1的數據。他們通過η'衰變到ρ0γ、π+π-η且η→γγ來重建η'，並最終測量到BR(Υ(4S)→η′Υ(1S))= [3.43±0.88(統計誤差)±0.21(系統誤差)]×10-5，其顯著性為5.7σ。
Observation of Υ(4S)→η′Υ(1S)
E. Guido et al. (Belle Collaboration)
Phys. Rev. Lett. 121, 062001 (2018)
用質子-質子和質子- 鉛對撞中的Dijets
限制核子中膠子的分佈
本文在質子-鉛和質子-質子碰撞中測量dijets的贗快度分佈作為它們的平均橫動量函數。樣本來自於CMS實驗在LHC收集的核子-核子的對撞質心能為5.02 TeV的數據。所有的 paveT間隔中均觀察到pPb譜相對於pp譜的顯著偏離。作者在次領頭階微擾量子色動力學計算中比較了pPb和pp分佈的比值。這些結果表明鉛離子中膠子的PDF在大Bjorken x處相對於未結合核子中的PDF被強烈壓制。
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)
測量單舉衰變Λ+c→Λ+X的絕對分支比
基於BESIII探測器在質心能4.6GeV處獲得的567fb-1積分亮度的e+e-數據樣本，Ablikim等人使用雙標記方法測量到了單舉衰變Λ+c→Λ+X的分支比為BR(Λ+c→Λ+X)=(38.2+2.8−2.2±0.9)%，其中X指任何可能的末態粒子。此外，合作組在這種單舉衰變的電荷不對稱中搜索直接CP破壞的證據，並得到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)%, 一個統計上有限的結果，沒有CP破壞的直接證據。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
從中子幻數50到82的錫同位素
偶偶核的新奇的形狀演化
Togashi等人利用最新的蒙特卡洛殼模型研究了質量數從100到138的錫同位素偶偶核的形狀演化[實驗上原子核的形狀可以通過B(E2;01 +→21+)提取]。在他們的計算中，質子和中子的模型空間包含了8個單粒子軌道(1g9/2,7/2, 2d5/2,3/2, 3s1/2, 1h11,2, 2f7/2, 3p3/2)，並且哈密頓量和有效電荷都是固定的，其中1g9/2軌道上的質子是完全活躍的。在110Sn附近，錫的偶偶核的B(E2;01+→21
+)隨著中子數的變化有一個顯著的增強。這一現象困擾了人們達數十年之久。他們的計算表明，這一增強是由於質子從1g9/2軌道激發所引起的錫同位素的形狀的變化。他們還發現在N=66附近的錫的偶偶核中，存在一個從形變相到球形配對相的二級量子相變。他們的計算描述了這些錫同位素偶偶核的形狀和殼層的演變，包括100Sn的Gamow-Teller衰變，以及雙幻核132Sn的增強的幻數特性。（肖楊）Novel Shape Evolution in Sn Isotopes from Magic Numbers 50 to 82
Tomoaki Togashi et al.
Phys. Rev. Lett. 121, 062501 (2018)
核理論和實驗約束的中子星的潮汐形變
Lim和Holt對比了基於引力波事件GW170817的觀測數據與描述冷中子星狀態方程的微觀模型。他們提出了一個貝葉斯統計框架以便他們可以利用原子核實驗數據以及最先進的手徵有效場論方法限制中子星的狀態方程。通過假設中子星由質子、中子、電子和μ子組成，他們
利用後驗概率分佈（條件概率分佈）構建了能量密度泛函並應用其計算了中子星從內核到外殼的狀態方程。與先前的研究相比，他們發現，對於一個質量為1.4倍太陽質量的中子星，利用手徵有效場論預言得到的中子星的潮汐形變參數在95%置信區間內為136 < Λ < 519，該結論與根據引力波事件GW170817的觀測數據所推斷的潮汐形變參數的上限（Λ < 800）相符。然而，他們發現中子星的潮汐形變參數的下限對描述緻密物質狀態方程的模型有很強的限制。此外，他們指出，具有1.4倍太陽質量的中子星的潮汐形變參數與兩倍飽和密度處的β平衡物質的壓強之間存在很強的關聯。（肖楊）Neutron Star Tidal Deformabilities Constrained by Nuclear Theory and Experiment
Y. Lim and J. Holt
Phys. Rev. Lett. 121, 062701 (2018)
原子、分子與光學
具有電偶極矩的超冷稀土磁性原子
本文提出了一種製備超冷鏑原子的電偶和磁偶極氣體的新方法。相對奇偶性的這對近簡併能級（在電子角動量J = 10時為17513.33 cm
-1，在J = 9時為17514.50 cm-1）可與外部電場疊加，從而產生了一個在實驗室架構中的電偶極矩。對於與當前實驗相關的場振幅，即5kV/cm的電場，本文預測到了可達13個玻爾磁子的磁偶極矩，以及可達0.22D的電偶極矩。當磁場存在時，作者證明了感應電偶極矩強烈依賴於各場之間的角度。場混合能級的壽命在於毫秒範圍內，因此就允許了適當的實驗檢測和操作。Ultracold Rare-Earth Magnetic Atoms with an Electric Dipole Moment
Maxence Lepers, et al.
Phys. Rev. Lett. 121, 063201 (2018)
稀有氣體團簇強場電離中的低能電子發射
團簇和納米顆粒已經得到人們廣泛的研究用以確定等離子體近場是如何影響有限系統中強場誘導的高能電子發射。而本文作者則關注的是相反的情況，即慢電子，並討論了在強近紅外激光脈衝中稀有氣體團簇的光發射光譜中迄今尚未確認的低能結構（LES）。對於Ar和Kr團簇，本文發現，除了場驅動的快電子之外，還有一個強大且幾乎各向同性的電子發射，其動能小於4eV並在總產量中占主導地位。分子動力學模擬揭示了一個在非平衡納米等離子體中涉及準自由電子和多激發離子的相關的少體衰變過程，這就導致了主要的LES特徵。作者的研究結果表明，LES發射發生在顯著的納米等離子擴張後，並且它是強激光納米等離子體相互作用中的一種普遍現象，這就可能影響高電荷離子的形成。
Low-Energy Electron Emission in the Strong-Field Ionization of Rare Gas Clusters
Bernd Schütte, et al.
Phys. Rev. Lett. 121, 063202 (2018)
量子同步和糾纏生成研究
本文主要研究由可能是最小的自持振盪器（spin-1振盪器）構建的雙節點網絡中的同步過程。作者首次證明了量子振盪器之間的鎖相是可以實現的，即使對於不能與外部半經典信號同步的極限環也是如此。在對系統解析分析的基礎上，作者闡明瞭量子同步與糾纏生成之間的關係。這些發現將成為基於自旋架構理解複雜量子網絡中同步的很有前途的平臺。
Quantum Synchronization and Entanglement Generation
A. Roulet and C. Bruder
Phys. Rev. Lett. 121, 063601 (2018)
利用自由落體納米粒子來感應靜力
微型機械傳感器依賴於諧振操作方案，這不適合去檢測靜力。本文展示了一種基於真空中光阱俘獲的納米粒子來測量靜力的納米機械傳感器。作者的技術取決於粒子與弱靜力之間的非共振相互作用，以及由這種相互作用引起的位移的共振讀數。另外，作者還證明了對靜引力和靜電力的測量達到10 aN的靈敏度。本文的工作為短程力的更深入研究提供了工具，成為用宏觀物體實現物質-波干涉測量的重要一步。
Sensing Static Forces with Free-Falling Nanoparticles
Erik Hebestreit, et al.
Phys. Rev. Lett. 121, 063602 (2018)
非線性動力學和流體力學
通過波前成形實現對無序腔內
多個非合作物體的精確定位
無序空腔中波的複雜多徑軌跡使得傳統光線跟蹤方法很難定位目標。然而，眾所周知，關於物體位置的信息被編碼在格林函數中。在校準步驟之後，傳統的時間反轉方法從寬帶脈衝響應測量中檢索源的位置。這裡，del Hougne等人展示了非發射物體對混響介質的散射貢獻足以定位物體。他們通過用從波前整形獲得的空間自由度替換寬帶測量的時間自由度來進一步簡化該方案。空腔內簡單的電子可重構反射陣列動態調製空腔邊界的一部分，從而提供空間自由度。所展示的利用單頻方案定位多個非合作物體的能力對於智能家庭中的傳感器可能具有重要的應用。（張聰）
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)
克爾微諧振器頻率梳中的
熱和非線性耗散孤子動力學
Stone等人探索耗散克爾孤子對泵浦功率和失諧變化的動態響應，並展示熱和非線性過程如何將這些參數耦合到頻率梳自由度。他們的實驗是通過一種Pound-Drever-Hall (PDH)穩定方法來實現的，該方法提供了頻率梳的按需射頻控制。PDH鎖定不僅引導來自冷微諧振器的克爾孤子形成，還打開了一條重複頻率和載波包絡頻率的去偶合路徑。特別是，作者展示了克爾梳兩個自由度的相位穩定，頻率精度低於10-16，與光學時間保持技術兼容。此外，他們研究了殘餘激光諧振腔失諧噪聲在克爾梳微波產生光譜純度中的基本作用。（胡婧）
Thermal and Nonlinear Dissipative-Soliton Dynamics in Kerr-Microresonator Frequency Combs
Jordan R. Stone, et al.
Phys. Rev. Lett. 121, 063902 (2018)
彈性珀塞爾效應
在這項工作中，Schmidt等人介紹了珀塞爾效應的彈性模擬，並從理論上表明球形納米粒子可以作為可調諧的魯棒天線，用於修改來自局部彈性源的發射。這種效應可以通過引入熟悉的電磁參數的彈性對應物來定性描述：彈性狀態的局部密度、彈性珀塞爾因子和彈性模式的有效體積。為了解釋理論的框架，Schmidt等人將亞微米金球作為一個普通的彈性GHz天線，發現這種系統中低階剪切和混合模式提供了相當大的彈性珀塞爾因子。這種形式化體系提供了對各種光學機械系統中振動耗散進行擴展控制的途徑，並有助於縮小對彈性納米諧振器中的聲子進行經典和量子處理之間的差距。（張聰）
Elastic Purcell Effect
Mikołaj K. Schmidt, et al.
Phys. Rev. Lett. 121, 064301 (2018)
對數格點上三維不可壓縮
歐拉方程的混沌爆炸
關於三維( 3D )不可壓縮歐拉方程是否在有限時間內產生無限大渦度(膨脹)的爭論不斷擴增，這是由於最新直接數值模擬( DNS )的結果不明確，而現有的簡化模型無法解釋觀測到的結構的內在複雜性和多樣性。在這裡，Campolina等人通過模擬三維對數格點上的微積分，提出了一種形式上與歐拉方程相同的新模型。這個模型澄清了目前在現有數值模擬規模上的爭議，並提供了向爆炸過渡的明確證據，解釋為重整系統中的混沌吸引子。混沌吸引子跨越了異常大的6個數量級的空間尺度。對於原始的歐拉系統，Campolina等人的結果表明，目前(大概相當長的將來)可獲得的現有數值模擬策略不適合這種爆炸的分析，併為解決這個長期存在問題的方法建立了新的基本要求。（張聰）
Chaotic Blowup in the 3D Incompressible Euler Equations on a Logarithmic Lattice
C. Campolina and A. Mailybaev
Phys. Rev. Lett. 121, 064501 (2018)
流體流動使得磁懸浮穩定
Baldwin等人證明了無處不在的實驗室磁力攪拌器提供了一種簡單的被動磁懸浮方法，其中被稱為的“跳蚤”可永久懸浮。作者研究懸浮的起始並刻畫“跳蚤”的運動(垂直振盪、旋轉和“搖擺”的組合)，發現與力學解析模型非常吻合。搖擺運動驅動再循環流動，產生穩定“跳蚤”的向心力。Baldwin等人的發現對人工泳者的運動和雙向微流體泵的發展有著重要的意義，並且為複雜的商業懸浮提供了一種替代方案。（胡婧）
Magnetic Levitation Stabilized by Streaming Fluid Flows
K. A. Baldwin, et al.
Phys. Rev. Lett. 121, 064502 (2018)
動態解耦離子導體的瞬態非線性響應
目前的研究表明，大電場逐漸增強離子系統的導電性，有效範圍直到相當於其結構重新排列的時間尺度。然而，在許多離子材料中，一些被認為是電能存儲應用的候選材料，結構弛豫過程可能比電荷波動慢得多(或者與電荷波動高度分離)。因此，可以採用非線性介電譜來獲得動態去耦的離子導體中的流變學信息，而技術上非常需要的大電功率密度和良好機械穩定性的組合強加了特定的實驗約束，以可靠地確定這種情況下材料的穩態導電率。（張聰）
Transient Nonlinear Response of Dynamically Decoupled Ionic Conductors
Felix Wieland, et al.
Phys. Rev. Lett. 121, 064503 (2018)
等離子體與束物理
高轉換率等離子體尾場加速的發現
粒子束驅動的等離子體尾場加速(PWFA)可實現各種新穎的高梯度技術，為未來的緊湊型光源和高能物理的應用提供了動力。這裡，一個驅動粒子束激發了等離子體介質中的尾場響應，該響應可能會快速地加速一個尾隨的觀測束。Loisch等人測量了觀測束的加速與驅動束的減速的比值，即所謂的轉換率，測量結果顯著超過了基本理論值及迄今為止在PWFA中的實驗極限值2。利用具有傾斜電流剖面的電子束來加速觀測束，在長度約為10釐米的等離子體中轉換率為4.6-0.7+2.2，這也證明了長度在等離子體波長量級的驅動束的穩定傳輸。（陽青程，牟茂淋）
Observation of High Transformer Ratio Plasma Wakefield Acceleration
Gregor Loisch, et al
Phys. Rev. Lett. 121, 064801 (2018)
X射線自由電子激光器中
橫向失配控制激光切片
Yu-Chiu Chao等人通過控制一束電子中不同切片波盪器的匹配，實現了選擇性的片依賴激光。片依賴失配通過在波紋結構中產生的四極尾場來實現。採用一種基於經驗光束傳輸和相空間信息的確定性方法，將選擇的切片輪流匹配到波盪器中的激光，同時保持其他切片不產生激光，以維持其原本狀態。通過橫向偏轉腔測量的時間分辨電子束能量損失，證實了之前預測的行為。（陽青程，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)
等離子體尾場加速器中
驅動束的固有穩定性
驅動束的軟管不穩定性（hose instability）是等離子體尾場加速器穩定運行的主要挑戰。Martinez de la Ossa等人證實，橫向尺寸與等離子體噴射半徑相當的驅動束產生了一個沿束方向變化聚焦的尾場，這導致切片betatron振盪快速失諧並抑制了不穩定性。該固有穩定原理為抑制驅動束的軟管不穩定性提供了一種適用且有效的方案，由此可實現一個穩定的加速過程。（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維相空間測量
Cathey和Cousineau在散裂中子源束流測試設備上，首次完成了加速器中束流的完整六維相位空間測量。測量數據揭示了六維相空間分佈的關聯，這一關聯在低維數據中未被觀測到。測量結果顯示該關聯依賴於束流的強度。（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)
凝聚態物理：結構
超薄聚合物薄膜中高能離子的斷鍵效率
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離子誘導的空間禁閉效應對斷鍵效率的影響。從厚度約5nm的薄膜中提取得到了氧和氯損耗的有效截面，並與基於GEANT-DNA模擬的徑向能量密度分佈的理論估計進行了比較。很大程度上，橫截面與厚度無關，這表明斷鍵主要受短程過程支配。這與最近在類似超薄聚合物薄膜中由高能離子引起縮孔的強約化效率[Phys. Rev. Lett. 114, 118302 (2015)]形成了對比。（黃通昀）
Bond-Breaking Efficiency of High-Energy Ions in Ultrathin Polymer Films
R. Thomaz, et.al
Phys. Rev. Lett.121, 066101 (2018)
凝聚態物理：電子性質
高自旋相干性的螺旋位錯
結構中的自旋軌道耦合作用
[編輯推薦語]理論研究表明: 在半導體中，位錯缺陷可以提供產生自旋流的新途徑。
螺旋位錯是一種廣泛存在於半導體中的一維拓撲缺陷。本文中，作者從理論上證明了在該類拓撲缺陷中存在著新的自旋軌道耦合效應。不同於通常存在於表面或界面上的傳統Rashba-Dresselhaus自旋軌道耦合作用，該類自旋軌道耦合作用是半導體材料中本徵的自旋軌道耦合作用。作者指出，在一維螺旋位錯體系中，該自旋軌道耦合作用的自旋結構與螺旋位錯的固有對稱性有關，其比2D Rashba-Dresselhaus具有更高的自旋相干性。此外，一維螺旋位錯自旋軌道耦合作用可以通過複合半導體的離子性來調節，從而可以理想地抑制自旋弛豫。該發現為操縱半導體的自旋傳輸提供了新途徑。（劉錢）
Ubiquitous Spin-Orbit Coupling in a Screw Dislocation with High Spin Coherency
L. Hu et al.
Phys. Rev. Lett. 121, 066401 (2018)
各向同性應變石墨烯中關聯效應
驅動的二聚化和拓撲能隙的打開
此前忽略電子間關聯效應、碳原子移動或者應力的研究是無法準確預測各向同性拉伸石墨烯相圖的。Sorella等人使用精確非格子量子蒙特卡羅關聯擬設計算了應變石墨烯的基態焓。低應力下無畸變的半金屬石墨烯在應力增加到8.5%~15%之間時，Heitler-London關聯會穩定一個絕緣的類Kekulé二聚態。相對於Peierls態，這種二聚態更接近晶化共振價鍵。二聚化拉伸石墨烯絕緣體在本質上是拓撲性的，其能隙在15％應變附近預計會增長1eV以上，這意味著在一定條件下，一維金屬性界面態位於體態能隙中。（李松）
Correlation-Driven Dimerization and Topological Gap Opening in Isotropically Strained Graphene
Sandro Sorella et al.
Phys. Rev. Lett. 121, 066402 (2018)
強關聯金屬中的霍爾數
基於Drude-Boltzmann理論，非強關聯金屬體系中的霍爾數已被廣泛研究。而實驗上所測的強關聯金屬體系中的霍爾數卻有悖於現有的理論。實驗結果顯示在強關聯體系中，霍爾數的大小以及符號都對溫度有強烈的依賴性。本文中，作者從理論上研究強關聯金屬材料中霍爾數與溫度的關係。結果顯示，對於載流子為非相對論性的費米子或玻色子的強關聯金屬體系，不需要準確定義準粒子就可以得出霍爾數完全依賴於熱力學平衡態的極化率，以及和溫度之間的依賴關係。同時，該理論避免了實時響應函數的數值困難，有望用於解釋強關聯材料中的實驗結果。（劉錢）
Hall Number of Strongly Correlated Metals
Assa Auerbach
Phys. Rev. Lett. 121, 066601 (2018)
鏡像對稱Dirac半金屬中
反向傳播的分數霍爾態
鏡像對稱二維 Dirac半金屬的Landau能帶（例如，ABA石墨烯的奇數層）可以通過它們關於鏡像對稱性的宇稱來識別。這種對稱性有利於一類新的反向傳播霍爾態。 Barlas預測在電荷中性點處存在一種類似Laughlin關聯液體態，具有相反但數值相等的電子和空穴填充因子|v
±| = 1/m（m 為奇數)。該態表現出分數帶電的準粒子-空穴對激發和具有相反宇稱的反向傳播邊緣態。使用玻色化一維邊緣態理論，他們表明分數量子化的雙端縱向電導σxx=2e2/(mh)對短程模間相互作用是穩固的。（方子明）Counterpropagating Fractional Hall States in Mirror-Symmetric Dirac Semimetals
Yafis Barlas
Phys. Rev. Lett. 121, 066602 (2018)
二維Weyl費米子系統中的自旋輸運和累積
在這項工作中，Ong等人展示了在三維拓撲絕緣體表面實現實驗可控的自旋霍爾效應(SHE)的新途徑，其基本上取決於二維 Weyl費米子的自旋軌道耦合(SOC)性質。自旋輸運唯一取決於該系統中的自旋扭矩電流，自旋霍爾效應源自具有勢強度V和尺寸a的非自旋軌道耦合標量雜質的手徵自旋翻轉散射。得到的自旋霍爾角具有固定的符號，其中θSH~O{[V2]/[v
2F/a2](kFa)4}是費米波矢量(kF)和費米速度(vF)的強依賴函數。因此，可以通過調節費米能量或雜質尺寸來調節自旋霍爾效應。（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薄膜的超流體臨界點
附近時間分辨輸運測量的模型預測
冷原子中的超快測量以及K3C60薄膜泵浦探針光譜方面的最新進展提供了將相互作用費米子系統快速淬滅到有限溫超流相變點的可能性。然而，由於標準的平衡態技術不再適用，確定一個瞬態是否果真接近二階臨界點是很困難的。這個工作中，Lemonik和Mitra 指出瞬態向超流體臨界點的靠近有可能是可以通過對光電導率等輸運性質進行時間分辨測量觀測的。當淬火到臨界點附近時系統會產生高度時間依賴的超流體漲落密度，這會以兩種方式影響電導率。其一是通過費米子和漲落之間的非彈性散射，其二是漲落以提供低電阻載流通道的方式直接參與導電過程。這兩種效應之間的競爭導致時間分辨光電導率的非單調行為，這提供了臨界瞬態的特徵。（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)
非孿晶BaFe2As2中的自旋波
理解高溫超導體的母體化合物中的磁相互作用是確定它們對超導機制作用的基礎。對於鐵磷酸鹽超導體的母體化合物，如AFe2As2 (A=Ba, Ca, Sr)，儘管整個布里淵區的自旋激發譜已經被繪製出來，但是這方面的相關測量都是在孿晶樣品獲得，並不能給出自旋動力學的結論性信息。在這個工作中，魯興業等人使用非彈性中子散射繪製出100%非孿晶BaFe2As2的完整自旋激發譜。通過將觀察到的光譜與理論計算進行比較，作者得出結論：當考慮適度的電子強關聯效應時，自旋激發可以用巡遊模型很好地描述。（李松）
Spin Waves in Detwinned BaFe2As2
Xingye Lu et al.
Phys. Rev. Lett. 121, 067002 (2018)
具有阻挫橫向交換的量子自旋冰
量子自旋冰材料是一種具有Ising和橫向交換相互作用的燒綠石磁體，其作為量子自旋液體基態的候選材料已被廣泛研究。特別地，在具有阻挫激發態的三維量子自旋冰體系中，自旋冰可被U(1)規範理論描述。然而，在具有阻挫橫向交換相互作用的自旋冰體系中，對基態性質的理解還不清晰。本文中，作者通過對基於Pr的燒綠石進行量子化學計算，提出該體系中存在著阻挫的橫向交換相互作用。接著，利用變分計算、精確對角化、數值鏈簇和級數展開的組合方法，作者發現U(1)量子自旋液體轉變到具有SU(2)高對稱性的向列量子自旋液體相。（劉錢）
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、亞穩態和平衡
對於熱力學第三定律，確定經典自旋冰材料Dy2Ti2O7中Pauling熵已經成為理解冰規則態存在和穩定性的重要測試案例。自旋冰的標準模型-偶極自旋冰模型 -預測了在T≈0.15K的有序轉換，但Pomaranski等最近的實驗暗示在高達0.5K溫度長時間尺度下的熵恢復，比理論預測太高而不相符。Giblin等在低溫和長時間尺度(分別為0.35K/106s和0.5K/105s)下使用中子散射和比熱測量研究了幾個同位素富集樣本，並沒發現證據表明冰規則關聯性或自旋熵的減少。中子結構因子的高分辨率模擬表明，偶極自旋冰模型在所有溫度下仍然可以很好地描述自旋關聯。此外，通過仔細考慮超精細貢獻，他們得出，Ramirez等人原始的熵測量基本是正確的：由於貢獻相消，該研究中使用的短時弛豫方法對平衡自旋冰熵給出了合理準確的估計。（方子明）
Pauling Entropy, Metastability,and Equilibrium in Dy2Ti2O7Spin Ice
S. R. Giblin et al.
Phys. Rev. Lett. 121, 067202 (2018)
凝聚閾值以下量子化極化子的生成
高質量半導體微腔中的激子極化子由於其超輕有效質量而可以行進長的宏觀距離(>100μm)。極化子在由光泵浦的激子儲層中形成，並被儲層排斥; 然而，它們的空間動力學並不像點狀粒子預期的那樣。相反，Cristofolini 等表明發射到波導中的極化子，甚至在它們形成玻色凝聚前，會垂直於排斥勢梯度行進，且只有將它們當作宏觀非局域量子化粒子發射才能被解釋。（方子明）
Generation of Quantized Polaritons below the Condensation Threshold
Peter Cristofolini, et al.
Phys. Rev. Lett. 121, 067401 (2018)
晶格能量學以及關聯驅動的
金屬絕緣體相變： Ca2RuO4案例研究
本文使用密度泛函、動力學平均場和朗道理論方法來闡明莫特金屬 - 絕緣體相變中電子和結構能量學的相互影響，提出了包括電子能量、電子態與局部畸變的耦合以及局部畸變與長波應變的耦合的朗道理論自由能。作者採用該理論討論了Ca2RuO4的情形，發現金屬 -絕緣體相變過程中晶格能量的變化與電子能量的變化相當。這會導致一系列後果，比如強一階相變、相界對壓力的敏感性以及襯底上的外延生長相關的面內晶格參數的幾何約束會顯著改變晶格能量學，以至於完全消除金屬絕緣體相變。（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
向列性和電荷序
在本文中，Zhang等人報道了電子相分離斜方晶系La2CuO4+y在1/8組分摻雜下的帶狀電荷序的共振X射線散射測量。這個電荷序與共振（001）峰的消失相關，這可以通過不同共振能下CuO平面中呈現的低溫四方結構傾斜圖案或向列結構識別。作者從而提供了證據表明結構釘扎對於靜電荷條紋的形成不是必需的，並且電荷向列性和條紋之間的關係可能並不簡單。（李松）
Nematicity and Charge Order in Superoxygenated La2−xSrxCuO4+y
Zhiwei Zhang et al.
Phys. Rev. Lett. 121, 067602 (2018)
範德瓦爾斯自旋閥
[編輯推薦語]石墨烯和鐵磁絕緣體的堆疊結構可組成範德瓦爾斯自旋閥。
基於鐵磁導體和非磁材料組成的自旋閥結構已被廣泛研究。本文中，作者指出在兩個鐵磁絕緣層之間插入二維非磁性導體，可形成新型的自旋閥。作者在兩個鐵磁絕緣體之間插入石墨烯雙層結構，結果顯示，當這兩個鐵磁層反平行排列時，可在狄拉克點打開一個帶隙，而在平行結構中，石墨烯雙層仍然導電。同時，藉助於密度泛函理論，作者計算了鐵磁絕緣體CrI3兩個單分子層之間石墨烯雙層結構的能帶。計算結果與模型一致，仍然在反平行磁結構中發現狄拉克點被打開。理論和密度泛函計算同時都說明，在範德瓦爾斯自旋閥中，絕緣層磁化率的相對取向對二維導體的平面傳導性有很強的影響。（劉錢）
Van der Waals Spin Valves
C. Cardoso etal.
Phys. Rev. Lett. 121, 067701 (2018)
雙層激子的電儲存器
鄰近層中具有相等低電子和空穴密度的二維(2D)電子系統的基態是激子流體。Xie等人表明，通過分別接觸兩層並將化學勢差保持在小於空間間接帶隙的值，可以建立激子儲存器，從而避免在任一層中存在自由載流子。激子流體和接觸間的平衡通過涉及中間虛態的過程進行，其中未成對的電子或空穴虛佔據了每一2D層中的自由載流子態。當接觸化學勢與自由載流子帶對齊時，他們推導出激子–接觸平衡速率和接觸與各自2D層間電導間的近似關係，並解釋瞭如何使用電測量來測量激子流體的熱力學性質。（方子明）
Electrical Reservoirs for Bilayer Excitons
Ming Xie and A. Mac Donald
Phys. Rev. Lett.121, 067702 (2018)
軟物質與生物物理
利用週期性擾動控制障礙物陣列的
流態化、流動性和堵塞
通過障礙物陣列的粒子運動的堵塞效應與過濾器的性能或限制通過無序介質的流量密切相關，因此瞭解如何避免堵塞形成和如何優化障礙物陣列中的顆粒遷移率非常重要。本文運用數值模擬的方法，考察了在直流漂移和橫向縱向交流驅動下通過隨機障礙物陣列的顆粒的堵塞與流動。研究發現，流量可以在幾個數量級上變化，最佳的頻率和驅動幅度能使流量最大化。對於密集的陣列，在低頻擾動下，系統出現異質爬行堵塞相；在中頻擾動下，系統形成高遷移率流化態；而在高頻下，系統重新進入異質凍結堵塞態。這些結果為優化通過無序介質的流動提供了新的技術，該技術也可作為顆粒分離方法的基礎。
Controlled Fluidization, Mobility, and Clogging in Obstacle Arrays Using Periodic Perturbations
C. Reichhardt et al
Phys. Rev. Lett. 121, 068001 (2018)
對哈密頓量進行變換來計算熱滲透力
若沿流體-固體界面施加熱梯度，流體將會受到一個熱滲透力作用。在穩定的狀態下，這種力被剪應力的梯度所平衡。令人驚訝的是，似乎沒有唯一的微觀表達可用於計算熱滲透力的大小。Ganti等人將流體顆粒的質量作為哈密頓量中的一個張量，通過消除非平衡模擬中的平衡剪切力來計算固-液界面處的熱滲透力。作者將測量的非平衡力與基於應力張量梯度計算所估計的熱滲透力進行比較，發現經典的微觀應力定義無法預測熱滲透力，而基於局部焓的熱滲透力的表達式更接近真實結果。最後作者還確定了壁應力的貢獻。對於結構化表面，由於流體原子相對於固體原子晶格位置的不對稱分佈，壁結構在熱滲透中起到一定作用。
Hamiltonian Transformation to Compute Thermo-osmotic Forces
R. Ganti et al
Phys. Rev. Lett. 121, 068002 (2018)
拉伸的軟固體上接觸角選擇的悖論
關於拉伸的固體上接觸角的解釋近來引起了爭議，相似的實驗卻在彈性與表面張力之間的耦合方面得出了相反的結論。Snoeijer等人通過變分原理推導出了決定液滴在彈性界面的接觸角的方程，得到了接觸線的平衡條件，從而解決了這個悖論。具體地，作者發現基底的彈性賦予了一個非平凡的條件，將牽制、遲滯和接觸線遷移率與Shuttleworth效應聯繫起來；並通過動力學實驗驗證了關於有機硅凝膠液滴理論的預測，發現拉伸基底的確會增強接觸線的遷移率。結果還表明，無論是溼潤固體還是乾燥固體，平衡態需滿足固-液和固-氣界面的Shuttleworth係數相等的條件，為理解潤溼力學的物理化學機理提供了一個新穎的思路。
Paradox of Contact Angle Selection on Stretched Soft Solids
J. H. Snoeijer et al
Phys. Rev. Lett. 121, 068003 (2018)
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