PRL导读-2018年121卷04期
2018/8/6 14:59:15 中科院物理所
序
言
我们本着服务于中国物理学者和物理专业研究生的宗旨，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
责编：郭文安
量子转子的转动摩擦和扩散
Stickler等人提出用马尔可夫量子主方程来描述与热环境接触的平面、线性和非对称转子的旋转退相干、摩擦、扩散和热化。该方程描述了一个任意的初始旋转态如何退相干和演化成吉布斯类型的热系综，正如作者对线性和平面陀螺的数值描述说明的那样，它产生了半经典极限中，布朗运动的旋转福克-普朗克方程。(崔石峰)
Rotational Friction and Diffusion of Quantum Rotors
Benjamin A. Stickler, et al
Phys. Rev. Lett. 121, 040401(2018)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.121.040401
原子干涉仪中的
有效绝热自旋依赖冲击
Jaffe等人提出了一种新的原子干涉测量技术，其中分束器被分成两个独立的操作。在光学绝热通道由空间上分离该叠加的臂之前，微波脉冲首先产生自旋态叠加。尽管是在小(600微米)的干涉测量光束中使用热原子取样，这个过程的动量分离效率为99%每?k。利用这种效率，作者首先展示了干涉测量高达16?k的动量分裂和惯性运动极限的讯问时间。然后他们又实现了单源梯度仪，其中两个干涉仪测量来自同一原子波函数的相对相位。最后，他们展示了一个具有超过100个绝热通道的共振干涉仪，因此有超过400 ?k的总动量传递。(崔石峰)
Efficient Adiabatic Spin-Dependent Kicks in an Atom Interferomete
Matt Jaffe, et al
Phys. Rev. Lett. 121 040402(2018)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.121.040402
单模声子线
光子和电子传输信息以形成复杂的系统和网络。而声子是机械运动量子，通常被认为是热能的载体。尽管如此，它们的流也可以在制造的纳米级电路中成型。通过对硅芯片表面图案化，Patel等人设计和实验演示了声子线路。他们的装置消除了除声子传导以外的所有通道，允许相干声子在毫米尺度上传输。通过将声子线强耦合到光机械换能器，他们从光学上表征声子线。声子线能够用新方法在芯片上操纵信息和能量。他们的结果是实现芯片上声子网络的重要步骤，其中量子信息通过声子在节点之间传输。(崔石峰)
Single-Mode Phononic Wire
Rishi N. Patel, et al
Phys. Rev. Lett. 121 040501(2018)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.121.040501
量子生成对抗的机器学习
生成对抗网络是经典机器学习中一种强大的工具。生成对抗网络里包括一个试图模仿真实数据统计行为的生成器，和一个试图能鉴别真实数据和生成器产生的虚假模仿数据的鉴别器。在学习过程中，生成器和鉴别器可以被看成是在做一种对抗游戏。一个合理的假设是，当生成器产生的数据与真实数据的统计行为相同且鉴别器不能鉴别真实数据和生成器模仿的数据时，就是对抗游戏的结束点。这篇文章介绍了量子对抗生成网络的概念，在这个网络中的数据可以是量子态也可以是经典的数据，并且生成器和鉴别器中都装有量子信息处理器。作者发现在生成器产生的数据与真实数据的统计行为相同时，量子对抗游戏中也存在唯一的一个游戏结束点。生成器和鉴别器都不进行量子断层摄影。线性规划可以使生成器和鉴别器达到最优化。由于量子系统的本质是概率的，对量子情形的检测不同于且简单于经典情形。作者还发现，当数据样本是在高维空间测量获得时，量子对抗网络的效率成指数优于经典对抗网络。(邓泽辉)
Quantum Generative Adversarial Learning
Seth Lloyd and Christian Weedbrook
Phys. Rev. Lett. 121, 040502(2018)
https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.121.040502
利用经过相变点的慢淬火来验证
Dicke模型的多离子模拟器
Safavi-Naini等人在外部横场下使用约70个离子的自组装二维库仑晶体来设计Dicke 哈密顿量的模拟器. Dicke模型是量子光学中的标志性模型，可以描述超辐射(铁磁)和正常(顺磁)相之间的相变。作者实验实现了慢淬火过量子临界点，并对模拟器的动力学和性能进行基准测试：广泛的理论实验对比表现出极好的一致性。在完全可控的陷获离子阵列中实现Dicke模型可以为高度纠缠态制备开辟一条路径，该状态可用于增强计量和观察多体系统中的扰乱和量子混沌。(朱文静)
Verification of a Many-Ion Simulator of the Dicke Model Through Slow Quenches across a Phase Transition
A. Safavi-Naini, et al.
Phys.Rev. Lett. 121, 040503 (2018)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.121.040503
量子信息的有条件解耦合
量子信息理论告诉我们，基于量子熵的关联测量是揭示多粒子态纠缠结构的根本工具。在这个精神下，Groisman等人[Phys. Rev. A 72, 032317 (2005)]指出，量子交互信息I(A;B)量化了擦除量子系统AB中二分态的关联所需的最小噪声值。在这篇文章中，Berta等人研究了三分系统ABE中的关联。为了擦除已经得到系统E信息的A和B之间的关联，使得边缘BE只有可忽略的扰动，特别的，作者对于能够应用到这样的系统AE所需的最小噪声值感兴趣。他们展示了两个这样的有条件解耦合模型，称之为三分态ABE的解构与有条件擦除代价。主要结果是这两者都等价于有条件量子交互信息I(A;B|E)，使之成为一个可操作的对三分量子纠缠的测量。(陈波)
Conditional Decoupling of Quantum Information
Mario Berta, et al.
Phys. Rev. Lett. 121, 040504(2018)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.121.040504
双振子有效超强耦合的论证
当两个量子系统的耦合频率变得和自身特征频率等大时，其动力学过程会受到显著影响，甚至系统的基态性质也受影响。理论和实验上已经研究了一个量子比特在超强耦合区域与谐振子的耦合。本文探索了双谐振子的超强耦合，但是在自然实现中探索其基态性质仍然遥不可及。因此，作者实现了类似于该耦合系统的量子模拟，一种通过双频泵浦一个非线性超导电路，泵幅振幅直接调节有效耦合率。观察了刻画这种超强耦合的模式杂化的谱特征。通过观察模拟真空涨落下辐射场的单双模压缩，实验上说明了该超强耦合基态的关键性质。(尚志平)
Demonstration of an Effective Ultrastrong Coupling between Two Oscillators
D. Markovi?, et al.
Phys. Rev. Lett. 121, 040505(2018)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.121.040505
用响应函数刻画非马尔科夫性
量子非马尔科夫性与动力学映射的研究密切相关，动力学映射通常是由初始因式化的系统热浴态导出的。Strasberg和Esposito证明除了对于初始的关联态 (通常是纠缠态)，线性响应理论也提供了一种方法来导出动力学映射。重要的是，这些映射始终是时间平移不变的，而且与以前的方法相比，允许对非马尔科夫性进行更简单的量化。他们将该理论应用于Caldeira-Leggett模型，解析地给出响应函数的表达式，他们发现该响应函数在非线性响应区也是有效的。他们还发现，一个与欧姆浴耦合的经典布朗粒子已经可以表现出非马尔可夫行为，即一种与初始状态的准备过程有关的现象。此外，对于一个包含峰值的谱密度，他们发现响应函数与系统和热浴之间的耦合强度、峰值的锐度或热浴中的共振频率之间没有单调的关系。(刘玉海)
Response Functions as Quantifiers of Non-Markovianity.
P. Strasberg and M. Esposito
Phys. Rev. Lett. 121, 040601 (2018)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.121.040601
量子热力学的路径积分方法
功是热力学中最基本的概念之一, 然而在量子系统中，尤其是开放量子系统中，功并没有被很好的理解。通过引入独特的费曼路径上的功泛函的新概念，Funo和全海涛发明了一种研究量子热力学的新方法。通过使用功泛函，他们推导了功统计量的路径积分展开。通过对?进行展开，他们解析的得到了功作为统计量的量子经典对应。此外，他们得到了经典涨落功的量子修正。他们将该方法应用到一个由量子布朗运动描述的强耦合的开放量子系统中。该方法利用各种路径积分技术，为开放量子系统中的功的计算提供了一种有效的方法。作为一个例子，作者计算了在孤立和开放量子系统中受牵引力驱动的谐振子的功的统计性质。(刘玉海)
Path Integral Approach to Quantum Thermodynamics
Ken Funo and H. T. Quan
Phys. Rev. Lett. 121, 040602 (2018)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.121.040602
动力学约束引起的
量子慢弛豫和亚稳定性
引起经典玻璃相的缓慢协同弛豫特征的一般机制之一是在动力学中存在动能约束。在这里，Zhihao Lan等人表明，动力学约束可以类似地导致在平移不变性量子多体系统中慢热化和亚稳态。他们通过考虑两个简单模型来说明这个一般概念：(i)经典约束格子气体的一维量子类比，其中激发跳跃受到相邻位置状态的约束，类似稠密流体的体积排斥作用;(ii)正方晶格上的完全填充的量子二聚体。两种模型都有一个Rokhsar-Kivelson(RK)点，在该点上动能和势能常数相等。在动能主导的RK点的一侧，热化很快。在势能主导的一侧，热化缓慢，初始条件的记忆持续很长时间，并且时间尺度的分离导致在最终热化之前有明显的亚稳态。此外，与经典玻璃的弛豫中发生的情况类比，慢热化状态显示出动态异质性，表现在空间隔离的纠缠生长。(朱文静)
Quantum Slow Relaxation and Metastability due to Dynamical Constraints
Zhihao Lan, etal.
Phys. Rev. Lett. 121, 040603 (2018)https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.121.040603
基本粒子与场论
责编：晁伟、刘晓辉
三维QED中单个无质量
狄拉克费米子的宇称反常消除
本文使用格点重叠研究了具有单个双组分无质量费米子的三维非紧凑QED和两个携带半数电荷的无穷大质量的正规化费米子。宇称反常预计会在无质量和正规化费米子之间完全相消，但是这种相消在类似于格点手征规范理论的格点上是不精确的。作者非微扰地表明，在任何有限体积的连续极限中，宇称破坏项完全消失。作者提出了数值验证证据，证明所得到的宇称不变理论在无限体积的极限下自发地破缺宇称。
Parity Anomaly Cancellation in Three-Dimensional QED with a Single Massless Dirac Fermion
N. Karthik and R. Narayanan
Phys. Rev. Lett. 121, 041602(2018)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.121.041602
2D玻色化的3D大质量
Thirring模型与MCS模型的对偶性
玻色化技术是量子场论中重要的非微扰工具。在三维时空中，他们与拓扑有序的系统有着有趣的联系，并最终让人们观察到意义深刻的对偶。在该工作中，作者利用量子线形式来展示如何将三维时空中的大质量Thirring模型的低能区域与Maxwell-Chern-Simons模型相关的费米子-玻色子映射从两维时空中的玻色化中获得。
Duality Between 3D Massive Thirring and Maxwell-Chern-Simons Models from 2D Bosonization
C. Hernaski and P. Gomes
Phys. Rev. Lett. 121, 041601(2018)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.121.041601
利用 gg→γγ约束胶子的
四次规范耦合算符
双胶子到双光子的散射过程为在LHC中探查标准模型有效场论中的八维有效算符提供了强有力的工具，在该理论中电场和磁场强度张量都是二次的，就像在标准模型的Born-Infeld扩展中的情况一样。作者利用13TeV的ATLAS数据生成孤立的的光子对来给出八维有效算符能标的下限为M?1TeV，并讨论未来可能的强子对撞机的预期灵敏度。
Constraining Gluonic Quartic Gauge Coupling Operators with gg→γγ
JohnEllis and Shao-Feng Ge
Phys. Rev. Lett. 121, 041801 (2018)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.121.041801
轻子束流转储实验中
探测轻暗物质的新方法
本文提出了一种利用GeV电子(正电子)撞击厚靶(束流)的实验来产生和检测轻暗物质的新方法。电磁喷淋产生的富含正电子的环境使得我们能够通过非共振和共振的正电子与原子中电子的湮灭来产生A'。对于某些特定的运动学，后一种机制导致相对于通常使用的A' -拉伸所得到的极限的更大灵敏度。这个想法应用于束流转储实验和活跃的束流转储实验，将现有的限制降低了一个数量级。
Novel Way to Search for Light Dark Matter in Lepton Beam-Dump Experiments
L. Marsicano, et al.
Phys. Rev. Lett. 121, 041802 (2018)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.121.041802
原子核物理
责编：耿立升
质心系能量16-50 keV的T(t,2n)α反应中
存在的不一般的中子谱的实验证据
关于末态是3体系统的6个核子参与的反应的理论计算一直以来都是非常困难的。Gatu Johnson等人利用OMEGA激光设施测量了离子温度从4到18 keV(等同于质心系能量Ec.m.从16到50 keV)的惯性约束聚变实验里的T(t,2n) α (TT)反应的中子谱。他们发现，Ec.m.为16 keV和Ec.m.为50 keV的TT反应的中子谱形状有明显的区别，并且高质心系能量下的中子能量为8.6 MeV的5He基态共振峰要远比低质心系能量下的强。该实验结果为质心系能量从16 keV到50 keV处TT反应中存在一个不一般的的中子谱提供了确凿的证据。与早期的实验数据相比，此次实验结果表明该反应(TT)的反应机制必须要考虑共振和/或者轨道角动量大于0分波的贡献。该发现为涉及该过程以及其它的6个核子参与的反应，比如太阳中的 3He(3He,2p) α反应，的理论计算提供了重要的实验约束。(肖杨)
Experimental Evidence of a Variant Neutron Spectrum from the T(t,2n) α
Reaction at Center-of-Mass Energies in the Range of 16–50 keV
M. Gatu Johnson et al.
Phys. Rev. Lett. 121, 042701 (2018)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.121.042501
7Be(n,p)7Li反应以及宇宙中锂丰度问题：
利用欧洲核子中心的中子飞行时间谱仪
测量中子能量从0.0253eV到325keV的
7Be(n,p)7Li反应的反应截面
Damone等人利用欧洲核子中心(CERN)的中子飞行时间质谱仪(n_TOF)测量了高通量区的中子束流能量从热中子(0.0253eV)到大约325 keV 的7Be(n,p)7Li反应的反应截面。在标准宇宙学模型里的大爆炸核合成假说中，该过程对解释原始的锂丰度问题具有重要意义。关于该过程，先前仅有的两次基于飞行时间的(直接)测量并没有包括大爆炸核合成假说所感兴趣的能量区域，并且两次测量的结果非常不一致。此次测量是利用硅望远镜探测装置以及在欧洲核子中心的在线同位素质量分离装置(ISOLDE)上通过7Be 离子束的植入产生的高纯度的(靶)样品完成的。尽管他们发现在大爆炸核合成假说所感兴趣的低能区域，7Be(n,p)7Li反应的反应截面要远大于当前的估计，但仍旧与通过7Li(n,p)7Be 反应的时间反演所推断得到的数值一致，因此该实验结果对所谓的宇宙中的锂丰度问题(大爆炸核合成假说预言的原始的锂丰度要比从缺金属星的观测结果推断得到的丰度大三倍)的理论解释改善有限。他们还讨论了该实验结果与p + 7Li反应中近阈处中子产生的相关性。(肖杨)
7Be(n,p)7Li Reaction and the Cosmological Lithium Problem:
Measurement of the Cross Section in a Wide Energy Range at n_TOF at CERN
L. Damone et al.
Phys. Rev. Lett. 121, 042701 (2018)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.121.042701
原子、分子与光学
导读：宋新秀；责编：严运安
囚禁离子光频梳光照产生的声子激光
本文展示了如何使用倍频光频梳来加载、冷却和结晶囚禁的原子离子使其成为紫外(UV)甚至深紫外连续波激光器的一种替代方法。作者发现在蓝色失谐的梳齿驱动下阱中原子振荡的多普勒频移会带来额外的冷却和放大，从而在阱中产生了离子谐波运动的稳态声子激光。声子激光器的增益饱和度使光频梳不受限制地不断增加能量。这种保护就允许直接用光频梳展示热离子的加载和结晶，就无需再使用连续波冷却激光器，这种技术可以扩展到深紫外线。
Phonon Lasing from Optical Frequency Comb Illumination of Trapped Ions
Michael Ip, et al.
Phys. Rev. Lett. 121, 043201 (2018)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.121.043201
任意电场和磁场中
扭转电子束的相对论量子动力学
本文报道首次构建了扭曲(漩涡)狄拉克粒子在任意电场和磁场中的相对论量子动力学。当把非相对论近似用于相对论扭曲电子时就能够改变一直以来都有争议的一些情形。文中还推导出了相对论哈密顿量和Foldy-Wouthuysen表示的运动方程。最后，本文还提出了一种验证所得结果的关键实验方法，并预测了扭转电子束在磁场中的辐射轨道极化的新的重要影响，从而将导致本征轨道角动量在场方向上的非零平均投影。
Relativistic Quantum Dynamics of Twisted Electron Beams in Arbitrary Electric and Magnetic Fields
Alexander J. Silenko, etal.
Phys. Rev. Lett. 121, 043202 (2018)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.121.043202
二元混合物中纠缠诱导的相互作用
本文建立了一个用于识别和表征二元混合物中诱导相互作用的概念框架，并揭示它们与混合物的组分或种类之间纠缠的复杂关系。利用两个组分之间纠缠强度的膨胀，作者就能够推导出有效的单种类描述。通过这种方式，作者自然地结合了种类的相互反馈，并获得了两个种类的诱导的相互作用，它们有效存在于同类型的粒子中。重要的是，作者的方法结合了少体和非均匀系统，扩展了诱导的相互作用的范围到两个粒子通过玻色子热库式环境相互作用的情形。以一维超冷Bose-Fermi混合物为例，作者获得诱导的Bose-Bose和Fermi-Fermi相互作用具有短程吸引力和长程排斥力。有基于此，本文展示了如何通过诱导的相互作用来理解在两体相关函数中可见的超越种类平均场物理。
Entanglement Induced Interactions in Binary Mixtures
J. Chen, et al.
Phys. Rev. Lett. 121, 043401, (2018)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.121.043401
对非传统光子阻塞的报道
[高亮文章]两个不同的研究组都展示了可用于产生实际单光子发射器的声子阻塞效应。
本文报道了量子点腔QED中的非传统光子阻塞效应，与传统的光子阻塞相反，它反而是在弱耦合状态下工作。单个量子点跃迁同时被耦合到两个正交偏振光学腔模式并且通过微调偏振的输入和输出态，就可以观察到非常规光子阻塞效应。作者找到一个最小二阶相关g(2)(0)≈0.37，当对探测器抖动进行校正时该值对应于g(2)(0)≈0.005，并观察到预期的偏振依赖性和光子聚束和反聚束;在参数空间中靠近，则显示出从相位到振幅压缩的突变。
Observation of the Unconventional Photon Blockade
H. J. Snijders, et al.
Phys. Rev. Lett. 121, 043601 (2018)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.121.043601
微波域中非传统光子阻塞的报道
[高亮文章]两个不同的研究组都展示了可用于产生实际单光子发射器的声子阻塞效应。
作者利用两个耦合超导谐振器观察到微波光子的非传统光子阻塞效应。与传统的阻塞相反，这其中仅需要用到弱非线性谐振器。文中提到可以通过测量两个谐振器之一内的微波场的二阶相关函数g(2)(t)来揭示这种阻塞效应。对于大约含10-2个光子的谐振器群，g(2)(0)的最低测量值是0.4。g(2)(t)的时间演化表现出了振荡行为，这是非传统光子阻塞效应的特征。
Observation of the Unconventional Photon Blockade in the Microwave Domain
Cyril Vaneph, et al.
Phys. Rev. Lett. 121, 043602 (2018)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.121.043602
用微波谐振器研究强驱动量子点
电荷量子比特的Floquet光谱
本文通过实验研究了一个强驱动下与超导微波谐振器弱耦合的GaAs双量子点电荷量子比特。通过跟踪量子比特-谐振器共振情况来探测从强驱动中出现的Floquet态。借由这种方式，作者探测到以绝热、非绝热或中间速率驱动的量子比特的共振现象，显示出多光子过程的不同量子特性和类似于Landau-Zener-Stückelberg干涉的条纹模式。作者的谐振检测方案可以在驱动频率与谐振器频率相当时用来研究新特性。基于绝热近似、旋转波近似和Floquet理论的模型解释了作者的这些实验观察。
Floquet Spectroscopy of a Strongly Driven Quantum Dot Charge Qubit with a Microwave Resonator
J. V. Koski, et al.
Phys. Rev. Lett. 121, 043603 (2018)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.121.043603
具有线性网络和可分离输入的
分布式量子计量
本文利用任意非经典但未纠缠的输入态推倒出线性-光学网络限制去估计独立相移的线性组合，从而阐明了使用多端口干涉仪获得海森堡极限所需的量子资源。这个限制揭示虽然线性网络可以产生高度纠缠态，但是为了计量的目的，它们不能有效地组合多个模式中良好分布的量子资源：在这个意义上，具有良好分布量子资源的线性网络表现出经典特性。与之相反，这一限制表明，当输入光子集中在少量输入模式时线性网络可以实现分布式计量的海森堡极限，并且作者还提出了这样做的一个明确方案。
Distributed Quantum Metrology with Linear Networks and Separable Inputs
Wenchao Ge, et al.
Phys. Rev. Lett. 121, 043604 (2018)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.121.043604
非线性动力学和流体力学
责编：兰岳恒
色散和有耗介质中的光学手性
最近在色散和无损介质中重新检验了电磁波的几种动力学特性，例如能量、动量、角动量和光学螺旋性。Enrique等人讨论光学手性的替代推导，扩展它以包括耗散效应。为此，首先详细阐述光学手性最完整的守恒定律形式，且对介质的性质没有任何限制。因此，在无损和有损色散介质中找到了光学手性密度的一般表达式。Enrique等人的定义与最初为自由空间中的电磁场引入的定义完全一致，并且适用于任何物质系统，包括电介质、等离子体纳米结构和左旋功能材料。(王娟娟)
Optical Chirality in Dispersive and Lossy Media
J. Enrique Vázquez-Lozano, et al.
Phys. Rev. Lett. 121, 044501 (2018)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.121.044501
柔性纤维揭示了湍流的两点统计特性
Marco等人研究了在三维充分发展的湍流场中自由移动柔性纤维的动力学，并提出了一种现象学理论来描述纤维弹性和湍流之间的相互作用。该理论可以识别两种截然不同的区间，并在纤维动力学的高分辨数值模拟中得到了验证。Marco等人分析的主要结果是识别翼摆区间，其中具有弹性的纤维为湍流波动所役使。在此区间，纤维可用于测量湍流的两点统计可观测量，包括速度结构函数的标度指数，能量级联的符号和湍流的能量通量，以及惰性尺度范围内涡旋的特征时间。Marco等人的结果预计将对实验湍流研究产生深远的影响，将作为一种新的方法，准确有效地测量湍流的两点或更一般的多点统计。(王娟娟)
Flexible Fiber Reveals the Two-Point Statistical Properties of Turbulence
Marco Edoardo Rosti, et al.
Phys. Rev. Lett. 121, 043901 (2018)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.121.043901
微流系统中的粘性波破碎和流带形成
微系统中粘性材料的快速分层涵盖一系列流体动力学不稳定性，这些不稳定性促进了粘度差异大的流体的混合和乳化过程。Hu等人通过实验研究了方形微通道中的混溶和不混溶流体形成高粘度分层的稳定性，并描述了界面波的传播动力学，包括中等雷诺数下波峰的破裂和粘性流带夹锁。在大粘度差异条件下，平行流体流获取了非常不同的速度，提供了一个简单的模型系统来探讨分层微流相关的屈折不稳定性，并联系经典无粘稳定性理论。存在或不存在界面张力的情况下，Hu等人发现崭新粘性波区间并分析了其色散关系。对波速的详细研究表明，对于被动干扰的混溶流体以及在小尺度下连续发散的低粘和高粘流体，存在最佳操作条件。(王娟娟)
Viscous Wave Breaking and Ligament Formation in Microfluidic Systems
Xiaoyi Hu and Thomas Cubaud
Phys. Rev. Lett. 121, 044502 (2018)
https://journals.aps.org/prl/pdf/10.1103/PhysRevLett.121.044502
等离子体与束物理
责编：陈少永
具有飞秒分辨率的线性相干光源中
电子束纵向相空间的模型独立控制演示
自由电子激光器和等离子体尾场加速器中强电子束的动力学受到复杂的集体效应的支配，如：尾场，空间电荷，相干同步辐射和随时间不可预测的漂移等，因此，使用基于模型的方法来控制和调整光束特性十分困难。Scheinker等人首次提出了一种自动的模型独立反馈与神经网络相结合的方法，该方法仅基于横向偏转腔测量，可用于控制具有飞秒分辨率的相对论电子束的纵向相空间。(牟茂淋)
Demonstration of Model-Independent Control of the Longitudinal Phase Spaceof Electron Beams in the Linac-Coherent Light Source with Femtosecond Resolution
Alexander Scheinker, et al
Phys. Rev. Lett. 121, 044801 (2018)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.121.044801
凝聚态物理：结构
责编：马天星
处于纳米通道中
手性p波超流的自发螺旋序
有利于手性p波配对的强相互作用，通过受限边界与强配对破缺相结合，会导致具有不同对称性破缺的新平衡态。基于Ginzburg-Landau理论的强耦合推广(准确解释了超流3He体相的热力学和相图)，在自发破坏旋转和平移对称性并具有宇称和时间反演对称性的受限几何结构中，作者预测了超流3He的新相。其中一个新预测相显示出独特的手性和螺旋序，它在半径接近库伯对相干长度(R~100nm)的圆柱形通道中能量稳定。除了具有明显自旋和轨道旋转对称性破缺的三个平移不变相之外，自由能的精确数值最小化产生了随着压力和温度变化的宽螺旋相稳定区。螺旋相在高压和低压下都是稳定的，并且受到强配对破缺边界的支持。作者将横向核磁共振频移随射频脉冲倾斜角，磁场方向和温度变化的计算结果作为这些对称相破缺的特征。(黄通昀)
Spontaneous Helical Order of a Chiral p-Wave Superfluid Confined in Nanoscale Channels
J. J. Wiman and J. A. Sauls
Phys. Rev. Lett.121, 045301 (2018)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.121.045301
V2O3材料Mott转变中的
动力学调幅不稳定性：
来自磁滞标度和耗散相位序的证据
当温度扫描速率在一次热力学突变附近时，作者给出了强关联电子体系中热磁滞标度行为第一次系统的观察结果。他们的工作表明，三氧化二钒(V2O3)中的过冷和过热深度随温度淬火速率的变化而变化。动力学标度指数接近平均场预测结果的2/3。这些观察结果，以及与“淬火—保持”实验中所见的纯耗散连续排序，一致表明经典成核理论向与临界动力学相关的无障碍相序的偏移。在热致突变相变中对类似临界特征和标度行为的观察结果表明，类似条幅不稳定性的存在不只是平均场理论的伪影，也存在于真实系统的转换动力学中，并与涨落共存。(王婧瑶)
Kinetic Spinodal Instabilities in the Mott Transition in V2O3: Evidence from Hysteresis Scaling and Dissipative Phase Ordering
Tapas Bar, et al.
Phys. Rev. Lett. 121, 045701 (2018)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.121.045701
分子和宏观体系内的声子极化激元
介导的热辐射与热传递：
介观尺度下的非局域电磁响应
热辐射现象在红外频率会受到声子和长程电磁场耦合的强烈影响。通常情况下，采用热涨落的宏观理论描述热辐射时，会忽略在纳米级尺度上关联的原子效应。另一方面，用纯粹的微观处理方法中，忽略了与长程、几何性质相关的电磁效应。作者在宏观处理方式中利用密度泛函理论处理原子效应，得到电子和振动涨落；在微观处理方式中用电磁散射的连续描述理论进行补充，将这二者相结合提出了一个介观模型，用于模拟宏观物体附近的分子之间的热涨落现象。这些效应的相互作用在介观尺度上变得尤为重要，其中物体有限尺寸效应，形状，以及非局域或多体电磁涨落响应等，都会极大影响到声子极化。本工作表明，即使在很小但是细长的低维分子链中，类似的效应可以通过改变量级尺度和引入与局域化的、偶极子或者成对时的不同的定性行为，来调制热辐射和热传递。(张陆峰)
Phonon-Polariton Mediated Thermal Radiation and Heat Transfer among Molecules and Macroscopic Bodies: Nonlocal Electromagnetic Response at Mesoscopic Scales
Prashanth S. Venkataram, et al.
Phys. Rev. Lett. 121, 045901 (2018)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.121.045901
非线性超表面上的不对称自由空间光传输
不对称光传输极大地促进了基础科学的发展，并在各方面彻底革新了先进技术，如单向光子器件，光学二极管和隔离器。虽然超表面使用超薄平面光学元件可以随意模制波前，但是包括线性超表面在内的任何线性系统都不能从根本上实现光的不对称传输。本工作给出了在传输和反射时非线性表面上自由空间光的不对称传输。此外，作者理论上推导出非线性广义Snell定律，这个定律是通过反常非线性折射和反射实验被证实了的。通过反向传播路径的概念揭示了光学薄非线性界面处的不对称传输。这种在表面上的不对称传输为自由空间超薄轻型光学器件(单向操作包括无与伦比的光学阀和二极管)开辟了一个新的范例。(王婧瑶)
Asymmetric Free-Space Light Transport at Nonlinear Metasurfaces
Nir Shitrit etal.
Phys. Rev. Lett. 121, 046101 (2018)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.121.046101
凝聚态物理：电子性质
责编：袁喆、马锋杰、沈卡
三角晶格上团簇Mott绝缘体模型中的
自旋子费米面及其对1T-TaS2的可能应用
1T-TaS2是三角晶格上的团簇Mott绝缘体，其元胞是13个Ta原子形成的 David簇星。He等人推导了一个具有四自旋环交换项的二维XXZ自旋-1/2模型来描述单层1T-TaS2的有效低能物理，其中有效的自旋-1/2自由度来自每个David星上的Kramers简并自旋轨道态。他们对此有效模型进行了大规模密度矩阵重整化群模拟，并发现对中等到大强度的四自旋环交换项，体系处于具有自旋子费米面的无带隙自旋液体相。静态自旋结构因子中所有峰值都位于三角晶格上半填充自旋子的“2kF”表面上。他们还讨论了实验上对1T-TaS2中自旋子费米面相的探测。(方子明)
Spinon Fermi Surface in a Cluster Mott Insulator Model on a Triangular Lattice and Possible Application to 1T?TaS2
Wen-Yu He et al.
Phys. Rev. Lett. 121, 046401 (2018)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.121.046401
利用微波直接测量约瑟夫森结中
Andreev边界态的动力学行为
在介观超导体材料中，由于超导序参数的空间变化，导致电子被相干散射成空穴态，从而使体系实现超导，该类散射也被称为Andreev反射。而在约瑟夫森结中，由于局域性费米子模式的存在，该反射会形成Andreev边界态，这些态所处能量低于超导带隙，有望实现超流效应。本文中，Hays等人在可调门电压的铝化铟约瑟夫森结中，利用电路量子电动力学测量该结中的Andreev边界态。作者展示了相干操纵这些边界态并实时跟踪边界态费米子的宇称。结果显示：由于非平衡准粒子的存在，在160±10微秒的时间尺度下会观测到单独的宇称转换现象。(刘钱)
Direct Microwave Measurement of Andreev-Bound-State Dynamics in a Semiconductor-Nanowire Josephson Junction.
M. Hays et al.
Phys. Rev. Lett. 121, 047001 (2018)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.121.047001
由光学性质探测
高压氢化物和金属氢的超导性
Carbotte等人报道了一种测量电子-声子驱动的高压、高临界温度超导氢化物临界温度的新型技术手段。这种技术不需要在样品上连接电极。在高于光学能隙和最大声子能量之和的吸收谱区域，反射率反映了超导序参数随温度的变化。如果光子固定能量值选择合适，反射率的温度依赖性在临界温度以下比临界温度以上快得多。反射率在超导态时随着温度增加而增加，而在正常态时随着温度增加而减少。所以在固定光子能量检测反射率的温度依赖性时，在临界温度处会出现尖点，这提供了测量临界温度的方法。作者指出尽管本文主要针对近期报道的氢原子金属相进行讨论，但这里所展示的技术在其他与高能声子有强耦合的氢化物也是适用的。(李松)
Detecting Superconductivity in the High Pressure Hydrides and Metallic Hydrogen from Optical Properties
J. P. Carbotte et al.
Phys. Rev. Lett. 121, 047002 (2018)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.121.047002
利用能斯特效应探测
超导体-绝缘体相变的量子临界性
超导-绝缘体相变是由量子涨落主导的零温量子相变的绝佳样例。这些量子涨落效应在量子临界点附近非常显著。迄今为止，大多数超导-绝缘体相变实验的关注点都集中在输运性质和遂穿实验，这类研究手段只能在相变点附近给出临界性的间接信息。在本文中，Roy等人报道了一个研究量子临界点中量子涨落演化的独特实验设计。作者利用能斯特效应作为探测超导涨落的有效手段，测量了非晶氧化铟薄膜经历超导-绝缘体相变过程中能斯特系数的变化，在超导区域和绝缘区域都观测到了非常大的信号，峰值出现在临界值附近。从这些测量中提取的横向Peltier系数αxy这一热力学量遵循临界指数ν～0.7和z～1的临界标度。这些指数与2+1维纯净X-Y模型中的结果一致。(李松)
Quantum Criticality at the Superconductor-Insulator Transition Probed by the Nernst Effect
A. Roy et al.
Phys. Rev. Lett. 121, 047003 (2018)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.121.047003
激子-极化子凝聚物的光子数分辨测量
[编辑推荐语]通过统计微腔发射的光子数，研究人员揭示了腔中奇异的准粒子凝聚物的性质。
Klaas等测量了从限制在微柱腔中的微腔激子极化子玻色凝聚体发射出的完整光子数分布。这个统计是通过光子数分辨转变边缘传感器来获得的。他们直接观察到光子数分布随着从几何到准泊松统计的非共振光激发强度进行演化，这对于从热到相干态的转变是正则的。此外，光子数分布还允许人们评估高阶光子关联，有助于进一步阐明极化子凝聚物的相干形成和相变。根据热相干态分析实验数据，从而可以从测量分布中直接获得热和相干组分数。这些结果为充分理解阈值处光物质凝聚物中相互作用在相干累积中的贡献铺平了道路。(方子明)
Photon-Number-Resolved Measurement of an Exciton-Polariton Condensate
M. Klaas et al.
Phys. Rev. Lett. 121, 047401 (2018)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.121.047401
结构缺陷如何影响
单分子线的力学和电学性能
[编辑推荐语]新的实验表明，分子缺陷可以提高石墨烯纳米带的机械灵活性，而不会影响其电学性质。
石墨烯纳米带指的是一维的石墨烯条状结构，除了具有石墨烯的性能外，还具有其本身的特点—可调带隙，这在电子器件设计中是至关重要的。目前关于分子线的输运研究中，普遍认为分子是无缺陷的，没有在单分子层面上讨论结构缺陷对输运性质的影响。本文中，作者利用扫描隧道显微镜和原子力显微镜共同研究单个缺陷如何影响单个石墨烯纳米带的电学和机械性能。结果显示，石墨烯纳米带的表面聚合由协同效应控制，而缺陷可以改变了分子-衬底间的耦合作用，从而可以在不影响其他电学性质的基础上极大地提高石墨烯纳米带的灵活性。(刘钱)
How Structural Defects Affect the Mechanical and Electrical Properties of Single Molecular Wires
M. Koch et al.
Phys. Rev. Lett. 121, 047701 (2018)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.121.047701
Luttinger液体中
电子遂穿和等离激元传播的关联
一维系统中受量子约束的电子表现得像Luttinger液体，但在单壁碳纳米管中明确证明Luttinger液体现象仍具有很大挑战性。在本文中，Zhao等人研究了两个单壁碳纳米管中的Luttinger液体通过点接触连接成的隧道结的电学和光学纳米显微测量，从而把同一Luttinger液体系统中完全不同的物理性质关联起来。单壁碳纳米管隧道结中受抑制的电子隧穿呈现幂次标度率，这表明Luttinger液体相互作用参数与基于近场纳米显微测得的等离激元速度确定的参数定量相符。(李松)
Correlation of Electron Tunneling and Plasmon Propagation in a Luttinger Liquid
Sihan Zhao, et al.
Phys. Rev. Lett. 121, 047702 (2018)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.121.047702
软物质与生物物理
责编：徐留芳
缠结聚合物熔体中链构象与
拉伸应力的关系
非线性拉伸流动在聚合物加工中是常见的，但它们在理论上仍然具有挑战性，因为链的剧烈拉伸使得缠结的聚合物网变形而远离平衡。在本文中，O’Connor等人对Rouse-Weissenberg数WiR = 0.06-52和Hencky应变ε≥6的缠结聚合物熔体进行了拉伸流动的粗粒化模拟。该模拟结果再现了拉伸粘度随时间、速率和分子量等在实验上的变化趋势。基于分子结构的研究表明，WiR数的增加，会影响限制管的伸长和变薄。他们还发现，在平衡缠结长度附近，应力增加与链的熵减少在数量上具有一致性。聚合物粘度与分子量之间的依赖关系同由牛顿极限粘度向高速极限粘度的跨越相关，这两种极限下粘度与聚合物链长度的标度律十分不同。(王赫)
Relating Chain Conformations to Extensional Stress in Entangled Polymer Melts
Thomas C. O’Connor, et al.
Phys. Rev. Lett. 121, 047801 (2018)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.121.047801
从弹跳到浮动：
水凝胶球体的Leidenfrost效应
当热表面附近的液体或极易升华的固体在其下方产生足够的蒸汽以使其自身升起并漂浮时，会发生Leidenfrost效应。相反，可蒸发的软固体，例如水凝胶，则会进行持久的弹跳运动也即弹性Leidenfrost效应。Waitukaitis等人通过小心地将水凝胶球体朝向热表面趋近，发现水凝胶球体也能漂浮。他们研究发现，从弹跳到浮动的转变可由趋近速度和温度控制，类似于“动态Leidenfrost效应”。他们测量了水凝胶与热接触面几何间隙的幂率标度，并利用一个汽化率与水凝胶球形特征相耦合的模型来解释其浮动机制。结果显示，水凝胶是有望能用形状控制漂浮的Leidenfrost物体。(何寒梅)
From Bouncing to Floating: The Leidenfrost Effect with Hydrogel Spheres
Scott Waitukaitis, et al.
Phys. Rev. Lett. 121. 048001 (2018)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.121.048001
从液体表面分离微粒
从流体界面分离微粒所需做的功取决于液体弯月面的形状，但是，同时对单个微粒的毛细力进行和对液体弯月面形状进行成像的技术亟待解决。为了将二者联系起来，Schellenberger等人将激光扫描共聚焦显微镜与胶体探针装置相结合。在将疏水性微球体(半径5-10μm)移入和移出2-5μm厚的甘油膜时，他们成功地做到了同时测量力并对液体弯月面进行成像。通过这种方式他们验证了用于描述颗粒粘附性的基本方程 [D. F. James, J. FluidMech. 63, 657(1974); A. D. Scheludko, A.D. Nikolov, Colloid Polymer Sci. 253, 396(1975)] 。而研究颗粒粘附性对于研究矿物浮选和纸脱墨以及增强Pickering乳液、泡沫和液体弹珠等的稳定性大有裨益。不过他们将实验结果与理论研究进行对比，发现必须引入后退接触角这一概念来描述，而这个角远低于颗粒跳入后获得的静态接触角。(王赫)
Detaching Microparticles from a Liquid Surface
Frank Schellenberger, et al.
Phys. Rev. Lett. 121, 048002 (2018)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.121.048002
溶剂流体力学增强膜脂的集体扩散
膜脂质在数百纳米和纳秒尺度上的集体运动在细胞膜脂质和蛋白质等亚微米级复合物的形成中起到重要作用。但这些动力学过程由于很难通过实验观测而尚未研究清楚。著名的Saffman-Debrück(SD)理论的结论之一是小于Saffman长度(微米)的脂质扰动不受嵌入溶剂的流体力学的影响。Panzuela等人使用隐式流体动力学的分子动力学和粗粒化模型进行模拟计算后对这一结论持否定态度。他们认为，膜和溶剂之间的流体力学相互作用强烈增强了所有尺寸的脂质的短时间集体扩散。在膜和溶剂之间沿膜法线方向转移的动量(未被SD理论考虑)可以在膜上沿切向传播，包括在脂质之间的长程排斥力也是如此。由此得出，脂质的集体扩散系数正比于扰动波长。他们还在嵌入三维溶剂但局限在平面内运动的胶体中发现了与准二维动力学中预测的异常扩散运动具有定量一致性的规律。(王赫)
Solvent Hydrodynamics Enhances the Collective Diffusion of Membrane Lipids
S. Panzuela and R. Delgado-Buscalioni
Phys. Rev. Lett. 121, 048101 (2018)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.121.048101
广义聚集理论描述
在线极端主义支持的发起
Manrique等人介绍了一种结合了个体异质性的广义聚集理论，它可以解释在2014年后出现并支持ISIS(所谓的伊斯兰国)的在线极端主义团体的异步性、突然出现和增长现象。该理论预测了异质性如何影响其发起次数及发展概况，并表明在线极端主义群体呈现出以同质性为中心的异质性依赖性聚集机制的广泛分布。理论和实证数据之间的良好一致性表明，现有的旨在打败在线极端主义的策略是被误导的，它们都是建立在极端组织是被少数“坏人”驱动的假设下的。更一般地，这种广义理论适用于一系列以异质对象之间聚合为特征的现实世界系统。(何寒梅)
Generalized Gelation Theory Describes Onset of Online Extremist Support
Pedro D. Manrique, et al.
Phys. Rev. Lett. 121, 048301 (2018)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.121.048301
[文字编辑：谢晓芝]来源：京师物理
编辑：太阳骑士07
近期热门文章Top10
↓ 点击标题即可查看 ↓
1. 正版印度神药为何这么贵？研究半世纪，两夺世界第一，出了五位顶级医学奖
2. 吃瓜时节，我们用公式计算告诉你，如何科学地挑选西瓜!
3. 一个64G的手机，装满文件后会变重吗？| No.114
4. 为什么三体不稳定，我们的太阳系如此稳定？
5. 世界杯伪球迷实用装 X 指南
6. 为什么空调吹出的风有一股“空调味”？| No.111
7. 火星上真的有水!“火星快车”探测到直径20千米的液态水湖泊
8. 这道像是奥数题的“填色问题”，至今无人能解决
9. 为什么奥利奥扭开以后，夹心总是粘在其中一面上？
10. 隐藏在这幅画中的17个物理世界
点此查看以往全部热门文章
http://weixin.100md.com
返回 中科院物理所 返回首页 返回百拇医药