序

普通物理：统计与量子物理

责编：郭文安

单向EPR steering的决定性实验证明

[编辑推荐语]一种新的光子源被用于实现单向EPR引导，不受测量类型和对量子态假设的限制。

EPR steering是一种量子现象：通过对纠缠态的一半进行测量，使得一部分影响或引导远方的另一部分，这种引导是可分离态不能实现的。这种量子非局域性类型通过其不对称设置而完成，甚至允许一方可以引导另一方但反之则不正确的情况。过去，一系列实验证明了单向引导，但都是基于显著的限制性假设。这些包括对允许测量类型的限制或关于手头量子态的假设，通过映射到特定的状态族并分析理想的目标态而不是真实的实验态。在这里，作者等人提出了第一个没有这些假设的单向引导实验演示。作者等人使用新的实现非引导(nonsteerability)的充分条件和极高品质的光子Werner态的新光源（尽管分析并不需要）来实现这一目标。（朱文静）

Conclusive Experimental Demonstration of One-Way Einstein-Podolsky-Rosen Steering

Nora Tischler, et al.

Phys. Rev. Lett. 121, 100401 (2018)

二维量子行走中具有消失陈数的

拓扑保护束缚态的实验观测

量子行走作为一种量子模拟器提供了一种强大的工具来研究和理解拓扑相变。使用这种量子模拟器，一些拓扑现象已经被讨论。然而，至今所有的关于量子行走的拓扑现象实验观测都被局限于一维的演化。由于缺乏对位置空间的完全控制，现有的二维实验平台无法应用于研究拓扑现象。因此，一些二维量子行走特有，而一维量子行走不具有的有趣的拓扑现象，例如边缘态增强输运现象，还没有被实验验证。Bo Wang 等人报告的实验利用空间位置和光的轨道角动量来实现二维量子行走。基于他们构架的实验平台，他们观测到具有消失的陈数的二维拓扑束缚态，并证实了这些束缚态对扰动和和无序具有鲁棒性，这超出了静态系统中已知的并且是周期性驱动所特有的。他们的研究不仅代表了拓扑相变的研究的重要进展，而且为探索多维量子行走的拓扑性质开辟了新的途径。(崔石峰)

Experimental Observation of Topologically Protected Bound States with Vanishing Chern Numbers in a Two-Dimensional Quantum Walk

Bo Wang, et al

Phys. Rev. Lett. 121, 100501 (2018)

光子二维量子行走中

拓扑保护边缘态的观测

周期性驱动的系统呈现出各种各样，与静态系统完全不同的迷人的现象，它丰富了物质的量子相分类并触发了人们广泛的研究兴趣。这里，Chao Chen 等人利用离散时间量子行走研究了二维周期性驱动的系统中独特的非平庸拓扑效应：手性边缘态可存在于陈数消失的Floquet绝缘体的界面处。得益于节能和灵活的光纤环路架构，他们在有效的局部参量可调的51×51的晶格中实现了最高可达25步的非均匀的二维量子行走。他们在两个不同的量子行走域的边界处观测到自旋极化的手性边缘态。他们的实验结果有助于建立一个可以良好控制的实验平台，用于探索非平庸的拓扑相。（刘玉海）

Observation of Topologically Protected Edge States in a Photonic Two-Dimensional Quantum Walk

Chao Chen, et al

Phys. Rev. Lett. 121, 100502 (2018)

Harris-Barghathi-Vojta判据的违背

1974年，哈里斯提出了他著名的判据：当dν> 2时，d维系统中的连续相变对淬火空间无序是稳定的，其中ν是纯净系统中关联长度的临界指数。四十年后，由于某些晶格违反哈里斯判据，例如随机点云的Voronoi-Delaunay三角剖分，Barghathi和Vojta提出了拓扑无序系统的修正判据：aν > 1，其中a是无序衰减指数，它测量配位数涨落随着长度尺度的增加而衰减的速度。在这里，Schrauth等人提出一种拓扑无序的晶格，其配位数涨落与传统的非关联无序一样缓慢地衰减，但是该系统保持了纯净系统的普适行为，因此违反了修正后的判据。（朱文静）

Violation of the Harris-Barghathi-Vojta Criterion

M. Schrauth, J. Portela, F. Goth

引力与天体物理

导读：郭敏勇；责编：高思杰

银河核中的黑洞盘

环绕超大质量黑洞物体的引力矩会驱动核星团在轨道平面上快速重新定向(NSCs)，被称为矢量共振弛豫过程。在本文中，作者研究了带有质量分布、半轴和偏心率的统计平衡系统。他们将相互作用在近日点进动时间上做了平均，并构建了蒙特卡洛马尔可夫链对NSC微正则系综进行采样。他们研究了由16个恒星阵列或球状星团下落形成的NSCs的情况。他们发现大质量的恒星和恒星质量的黑洞会形成卷曲的圆盘，而低质量恒星则具有类似于球形分布的结构，而且可能带有整体的旋转。这解释了银河系中心顺时针旋转圆盘的起源，并且预言了存在大量黑洞(BHs)同样带有这种结构。大质量恒星的合并率、黑洞对大质量恒星的潮汐扰动事件，以及黑洞之间的合并，大大增加了这类圆盘的产生。前两个或许可以解释观测到的G1和G2云团的起源，而最后一个对于LIGO和VIRGO的引力波观测可能会很重要。更一般地说，在由包括球状星团在内的小系统合并而成的，所有致密球形恒星系统中，黑洞应该最终会变成圆盘结构。

Black Hole Disks in Galactic Nuclei

Ákos Szölgyén and Bence Kocsis

Phys. Rev. Lett. 121, 101101 (2018)

带电黑洞的自发标量化

最近有人认为在扩展标量张量Gauss-Bonnet（ESTGB）引力中，会表现出真空黑洞(BHs）的自发标量化现象。而类似的现象应该可以在更大类的模型中找到，比如爱因斯坦-麦克斯韦标量（EMS）模型。在EMS模型中不存在更高的曲率修正，ESTGB模型上的技术简化使我们可以在两个新方向上完全非线性地研究BH标量化。首先，球对称的数值模拟显示RN BHs可以动态演变成一种微扰稳定的标量化BH。其次，他们计算了从RN黑洞分叉的静态标量化黑洞的非球形区域。标量化的BH会形成无限多（可数）的分支，并且在多重结构上具有很大的自由度。与电真空的情况不同，EMS模型允许存在静态的，渐近平坦的，在视界上内外正规的BHs，可以没有球对称，甚至空间不等距，其在热力学上优于电真空态。他们给这些非球形标量化BH推测了一种可能的动力学角色。

Spontaneous Scalarization of Charged Black Holes

Carlos A. R. Herdeiro, et al.

Phys. Rev. Lett. 121, 101102 (2018)

原初非高斯性和大尺度结构的零偏差跟踪

在本文中，作者提出一种新办法，可以使用大尺度结构的非聚集跟踪对局域的原初非高斯性进行约束。他们发现，在低噪音的极限，与标准办法相比，零偏差追踪因为采样方差为0，所以会有很大的改善。他们提出了一种简单的技术可以构造出这样的追踪，先使用从原始样本中得到的环境信息，然后用N体模拟验证他们的方法。他们的结果表明，仅使用单个足够高数密度追踪的信息就可以达到σ(fNLloc)≃ 1。

Primordial Non-Gaussianities and Zero-Bias Tracers of the Large-Scale Structure

Emanuele Castorina, et al.

Phys. Rev. Lett. 121, 101301 (2018)

基本粒子与场论

责编：晁伟、刘晓辉

黑格斯有效场论的两圈

解析振幅和最大超越性原则

本文首次获得了黑格斯有效场论中含有量纲-7算符的黑格斯粒子加三胶子的两圈振幅。这为LHC中黑格斯粒子加单喷柱的产生过程提供了顶夸克质量修正的S矩阵元。该计算利用了在壳幺正性方法和分部积分方法相结合的新思路。具体计算采用了传统维数正规化和MSbar重正化方案。由振幅紫外发散所提取的两圈反常量纲表现出算符混合效应。红外发散部分则和Catani所预言的一般性结构相符合。振幅的有限部分具有惊人的简单性。其最大超越度部分和N=4超对称杨-米尔斯结果相等，这提供了最大超越性原则的一个新例证。不仅如此，超越度较低的结果很大程度上也可以由N=4来得到。(由原作者提供)

Analytic Two-Loop Higgs Amplitudes in Effective Field Theory and the Maximal Transcendentality Principle

Qingjun Jin and Gang Yang

Phys. Rev. Lett. 121, 101603 (2018)

反德西特空间中的圈

本文在没求助于任何共形场论的知识的情形下得到相互作用标量场在四维欧几里得反德西特空间中的单圈四点振幅。对于两点函数，作者提供了双圈的解析表达式。此外，作者辩称关联函数在反德西特空间的共形边界附近的标准指数为重整化条件提供了必要的数据，因此可以代替通常的在壳条件。

Loops in Anti-de Sitter Space

Igor Bertan and Ivo Sachs

Phys. Rev. Lett. 121, 101601 (2018)

弦几何网络的宇宙学真空选择

本文引入网络科学作为研究弦景观的框架。作者构造了两个大的弦几何网络，其中节点是超维六流形，边界表示他们之间的拓扑过渡。作者证明网络上的标准气泡宇宙学模型具有最大特征向量-(L+D)，其中L和D分别是网络的拉普拉斯和度矩阵，它为弦景观中的真空选择提供了动力学机制。

Vacuum Selection from Cosmology on Networks of String Geometries

Jonathan Carifio, et al.

Phys. Rev. Lett. 121, 101602 (2018)

消除N=4超引力S矩阵中的U(1)反常

N=4的超引力包含U(1)反常，其表现为破坏树图级荷守恒的圈图级非零散射振幅。在本文中，作者提供详尽的证据表明该反常振幅可以通过加入有限定域的抵消项来消除。该抵消项同时可以消除渐变贡献，这些贡献在分析维数正则化引力中紫外发散起重要作用。这些消除项要求重新分析之前在该理论中发现的四圈紫外发散。

Canceling the U(1) Anomaly in the S Matrix of N=4 Supergravity

Z. Bern, J. Parra-Martinez, R. Roiban

Phys. Rev. Lett. 121, 101604 (2018)

通过核子散射电子

直接探测亚GeV暗物质

亚GeV暗物质是弱作用大质量暗物质的有趣候补，但是直接探测这种暗物质是一个挑战。如果暗物质-核子散射导致反冲原子的离子化，则产生的电子可以被探测到，即使核反冲效应不可观测。作者表明该效应可以显著增强亚-GeV暗物质的直接探测灵敏度。现有的实验给出了世界领先的限制，未来的实验可能会探测与热退耦有关的散射截面。

Directly Detecting Sub-GeV Dark Matter with Electrons from Nuclear Scattering

M. Dolan, F. Kahlhoefer, C. McCabe

Phys. Rev. Lett. 121, 101801 (2018)

原子核物理

责编：耿立升

从钙到镉：通过测量100-130Cd的

电荷半径检验对函数

Hammen等人利用镉离子的5s2S1/2→5p2P3/2跃迁和镉原子的5s5p3P2→5s6s3S1跃迁的高分辨率共线激光光谱提取了100-130Cd原子核电荷均方根半径的差异。它们的电荷半径（随着质量数的变化）在几乎整个sdgh壳上是奇偶交错的，但整体展现出一个平滑的上凸抛物线的形状。该结果是对最近提出的新的Fayans 函数（一种对函数）的首次检验。他们在整体趋势以及总的原子核的电荷半径上都能很好的符合。（肖杨）

From Calcium to Cadmium: Testing the Pairing Functional through Charge Radii Measurements of 100−130Cd

M. Hammen et al.

Phys. Rev. Lett. 121, 102501 (2018)

用不含π介子有效场论

解决 Λ 超核的过束缚问题

Contessi等人解决了Λ超核的过束缚问题（许多少体理论计算得到的Λ超子的分离能BΛ(5ΛHe)要比实验测得的的分离能大1-3个MeV）。该问题起源于将各种不同的超子核子相互作用模型应用于少体问题中轻Λ超核中的基态Λ超子的分离能的计算。作者将最近发展起来的不含π介子有效场论应用于少体问题中Λ超核的计算。其中，领头阶ΛN相互作用的低能常数通过ΛN散射长度确定，领头ΛNN相互作用的低能常数通过拟合质量数A≤4的Λ超核中的Λ超子的分离能 (BexpΛ)确定。作者将基于不含π介子有效场论的相互作用应用于随机变分法（SVM）后重复出了5ΛHe的分离能BexpΛ(5ΛHe)=3.12±0.02MeV。并且发现，当截断参数在一个很大范围内变化时，计算结果与实验值的偏差都远小于1MeV。作者还讨论了将该计算延拓到更重的超核以及中子星物质可能带来的影响。（肖杨）

Resolving the Λ Hypernuclear Overbinding Problem in Pionless Effective Field Theory

L. Contessi et al.

Phys. Rev. Lett. 121, 102502 (2018)

由超新星中微子过程合成的

短寿命放射性同位素98Tc

在太阳系初期，可能已经存在同位素98Tc到98Ru,半衰期为4.2×106yr的衰变过程。在本文中，Takehito Hayakawa等人完成了核心坍缩型超新星里由中微子诱发反应（ν过程）产生的98Tc丰度的首次计算。作者计算得到的太阳系形成时（SSF）的98Tc的丰度（98Tc/98Ru=2.9×10-5）不比目前测量值的上限小很多（98Tc/98Ru＜6×10-5），这表明在不久的将来探测到98Tc的可能性是很大的。他们指出，如果初始丰度能被精确测量，98Tc 核宇宙计时器能够被用来大幅度提高确定从上一次核心坍缩型超新星到太阳系形成的这段时间的精度。此外，作者还发现了一个关于98Tc 过程（核心坍缩型超新星里由中微子诱发反应导致的核合成过程）的独特且新奇的特征，即有电子反中微子参与的带电流反应（CC反应）对核合成过程的贡献很大（约为20%）。这意味着为98Tc的过程是探测电子反中微子温度的一个新颖且独特的探针。（肖杨）

Short-Lived Radioisotope 98Tc Synthesized by the Supernova Neutrino Process

Takehito Hayakawa et al.

Phys. Rev. Lett. 121, 102701 (2018)

原子、分子与光学

导读：宋新秀；责编：严运安

一维相互作用费米气体动力学

结构因子的测量

[编辑推荐语]一维相互作用的费米气体的Bragg光谱显示出与Tomonaga-Luttinger液体理论非常一致的动态响应。

本文展示了一维相互作用费米气体低能激发的动态结构因子S（q，ω）的测量。作者使用6Li原子的两个最低超精细能级来形成一个赝自旋-1/2系统，其s波相互作用可通过Feshbach共振来进行调节。原子通过二维光学晶格限制在一个维度上。布拉格光谱法用于测量气体对动量q和频率ω的密度（“电荷”）模式激法的响应对相互作用强度的依赖关系。通过改变ω获得谱，而两个激光束之间的角度确定q，其固定为小于费米动量kF。测量结果与Tomonaga-Luttinger理论很吻合。

Measurement of the Dynamical Structure Factor of a 1D Interacting Fermi Gas

T. L. Yang, et al.

Phys. Rev. Lett. 121, 103001 (2018)

利用真空紫外自由电子激光脉冲

控制非线性区域H2的离解电离

本文通过理论和实验选择H2分子单个共振的振动中性中间态，主要研究其核自由度在与短强真空紫外脉冲相互作用下的非线性双光子单电离中的作用。这种高选择性依赖于FERMI自由电子激光器产生的脉冲的窄带宽和可调性。当选择逐渐升高的电子振动态时，作者就可以观察和控制持续增强的离解电离，甚至会超过非解离电离。借助于从头算模拟更大的脉冲持续时间，同时再利用速度图成像获得的光电子和离子能谱，使得作者能够识别新的光电离路径。本文实验用100 fs量级的脉冲探测了超快动力学过程和稳态激发过程之间的时间尺度。

Control of H2Dissociative Ionization in the Nonlinear Regime Using Vacuum Ultraviolet Free-Electron Laser Pulses

F. Holzmeier, et al.

Phys. Rev. Lett. 121, 103002 (2018)

再俘获共振电离中的阿秒时间延迟

最近一项超快泵浦探针技术已经允许测量在各种系统中光电发射过程中的时间延迟，这些系统可从原子、分子到固体，并且具有前所未有的时间分辨率。然而，识别背后的物理仍然是一个挑战，特别是在复杂的多通道超阈值电离（ATI）实验中。在这里，本文证明了在ATI中不同电离路径的时间延迟可以用半经典统计方法清楚地解决和提取。近阈值光电子的显著相移可归因于在连续态下出现之后准束缚态下原子势对光电子的暂时再俘获。这种连续-束缚-连续散射表现为强场光发射中的新共振效应。本文的结果通过突出相同的物理图像，将看似对立的量子Eisenbud-Wigner-Smith时间延迟和经典库仑引起的时间延迟统一起来，这为在强场实验和量子-经典对应的认识论重审中对时间分辨基本电子过程的直观地解释提供了希望。

Attosecond Time Delay of Retrapped Resonant Ionization

Xiaohong Song，et al.

Phys. Rev. Lett. 121, 103201 (2018)

对耦合到Rydberg超原子的光子

所进行的三体相关性观察

本文报道了通过与单个Rydberg超原子的相互作用，对印记在最初不相关的光子上的非平凡三光子相关性进行的实验观察。利用Rydberg阻塞机制，作者将冷原子云转变为单个有效发射器，并集中增强耦合到聚焦光子模式，从而在出射光子的三体相关函数的连通部分中产生清晰的信号。作者还证明了他们的结果与单个强耦合Rydberg超原子的定量模型一致性很好。此外，本文还提出了一个理想但可精确求解的单个双能级系统模型，该模型与光子模式相结合，这就允许了作者根据束缚态和散射态来解释其实验观察。

Observation of Three-Body Correlations for Photons Coupled to a Rydberg Superatom

Nina Stiesdal, et al.

Phys. Rev. Lett. 121, 103601 (2018)

宏观混合系统中利用相干噪声

消除无条件稳态纠缠

在完全不同的物理对象之间产生纠缠是量子技术领域的关键组成部分，因为它们在量子网络中可以具有不同的功能。本文提出并分析了两个具有不同的温度和退相干特性振荡器之间产生稳态纠缠的一种通用方法，且该振荡器是级联耦合到一个共同的单向光场。该方案是基于相干噪声消除和动态冷却技术的组合，可用于两个具有相反符号的有效质量的振荡器，如分别为准自旋和运动自由度。对级联装置所提供的干扰效应可以进行调整以实现额外的噪声消除，从而即使在热环境的情况下也可以改善纠缠度。无条件纠缠的生成是有利的，因为它提供了一个随时可用的量子资源。值得注意的是，通过与动态稳定区间下可实现的条件纠缠相比较，作者发现无条件方案可以在最优运行时可提供几乎相同的性能。

Unconditional Steady-State Entanglement in Macroscopic Hybrid Systems by Coherent Noise Cancellation

Xinyao Huang, et al.

Phys. Rev. Lett. 121, 103602 (2018)

非线性动力学和流体力学

责编：兰岳恒

角动量偏置微腔的可调谐轨道角动量辐射

激光器和光发射器通常不会辐射具有轨道角动量（OAM）的场。在这里我们表明一个合适的微环腔激光器时空调制方案可以传递一个合成的角动量，从而产生很明确的OAM光束。该现象依赖于微环折射率的行波调制，打破了反向传播的回音壁模式的简并性。同时，微环外围的静态结构光栅实现了有效的垂直辐射。所提出的结构本质上式可调谐，并且还可以发射具有零净OAM的场，同时保持类似于轴棱镜效应的环形能量分布。(王诗旖)

Tunable Orbital Angular Momentum Radiation from Angular-Momentum-Biased Microcavities

A. Mock, D. Sounas, and A. Alù

Phys. Rev. Lett. 121, 103901 (2018)

摇摆布朗马达中粒子流反转的实验观察

过阻尼摇摆布朗马达电机中的粒子流反转20多年前就被预言；然而，实验验证和对这种噪声驱动机制的深入了解仍然是难以捉摸的。在这里，我们研究了基于三维纳米流体狭缝中的静电相互作用和颗粒电渗透压驱动的60nm金球摇摆布朗马达的高频特性。我们用10 nm空间和250μs时间分辨率原位测量粒子概率密度，并将其与理论进行比较。在250Hz的驱动频率下，我们观察到电流反转，该电流反转可以追溯到高频下不对称且不断趋向静态的概率密度。(王诗旖)

Experimental Observation of Current Reversal in a Rocking Brownian Motor

Christian Schwemmer, et al.

Phys. Rev. Lett. 121, 104102 (2018)

水纳米薄膜的声热雾化

Pillai等人报告了在金属基底上纳米级水层振动感应加热的非平衡分子模拟。除了实验证实的声热蒸发外，作者还观察到迄今为止未报导的成核和薄膜沸腾状态，伴随着前所未有的热通量产生。Pillai等人开发了一个通用的缩放参数来对传热方式进行分类，并预测残留的非蒸发液体层的厚度。该结果广泛应用于涉及干燥，涂层和喷雾的系统。(王诗旖)

Acoustothermal Atomization of Water Nanofilms

R. Pillai, M. Borg, and J. Reese

Phys. Rev. Lett. 121, 104502 (2018)

水波集中器

通过将变换光学中的概念引入到水波的操纵中，Li等人设计和实验演示了两种基于Fabry-Pérot共振的梯度深度剖面的环形聚波装置。测量和数值模拟证实了环形装置的集中效应，并表明它们对水波实际上是不可见的。由此可见，变换光学是设计器件以提高波浪能收集效率的有效理论框架，可以期望其在岸线海洋工程中的潜在应用。(王诗旖)

Concentrators for Water Waves

Chunyang Li, et al.

Phys. Rev. Lett. 121, 104501 (2018)

由锥形辐射界定的空穴孤子团簇

在驱动无源圆柱微谐振器中，Milian等人引入了一类新的自持态，它可以作为单孤子存在，也可以形成多孤子簇。值得注意的是，这些状态通过它们发出的辐射来稳定，这强烈地破坏了空间对称性并导致多色锥形长尾的出现。后者引发孤子长程相互作用，使得团簇的形成成为可能。如果它们的空间排列与微腔中的孤子旋转方向不共线，则可以稳定。这些团簇本质上是二维的，也有丰富的空间结构。利用孤子团簇理论解释了团簇形成的机制。研究结果为一类新的多维腔孤子提供了基本的理解，并可能促进单片多孤子源的开发。(王诗旖)

Clusters of Cavity Solitons Bounded by Conical Radiation

Carles Milián，et al.

Phys. Rev. Lett. 121, 103903 (2018)

超越三倍极限的Peregrine孤子

及其双孤子相互作用

在耦合的Fokas - Lenells方程框架内，Shihua Chen等人清楚地表明，与预期的三倍振幅放大相比，Peregrine孤子可以达到背景水平5倍的峰值振幅。此外，两个这种反常Peregrine孤子的相互作用可以产生峰值振幅极高的尖峰状流氓波，这取决于所使用的参数。Shihua Chen等人从数值上证实了超过三倍极限的Peregrine孤子可以从确定性初始轮廓或混沌背景场再现，因此预测了其实验观测的可行性。（张聪）

Peregrine Solitons Beyond the Threefold Limit and Their Two-Soliton Interactions

Shihua Chen, et al.

Phys. Rev. Lett. 121, 104101 (2018)

在低频极限下违反

光子晶体的能量动量正比关系

Smith等人从理论上表明，在光子晶体中，光子的频率和动量在低频时不一定彼此成比例，光子晶体由具有正负相反特性的材料构成。作者严格确定从k空间原点以外的点发出光锥条件的封闭形式，最终将第一个能带与原点分离，并证明在零能量下的光传播具有非零晶体动量。Michael还从数值上表明，第一个能带既可以来自任意的布洛赫坐标，也可以同时来自多个坐标。（张聪）

Violating the Energy-Momentum Proportionality of Photonic Crystals in the Low-Frequency Limit

Michael J. A. Smith

Phys. Rev. Lett. 121, 103902 (2018)

等离子体与束物理

责编：陈少永

在激光驱动的相对论等离子体波

之间的相互作用过程中的电子捕获

实验利用两束超强同步飞秒激光交叉入射等离子体的方法，研究了大振幅相对论等离子体波之间的相互作用。碰撞波的静电场和电磁场将通过有质动力漂移机制和尾场干涉机制对电子进行预加速和捕获。实验产生了高品质的高能电子束，并揭示了有关等离子体波动力学的有价值新信息。（杨生鹏）

Electron Trapping from Interactions between Laser-Driven Relativistic Plasma Waves

Grigory Golovin et al

Phys. Rev. Lett. 121, 104801 (2018)

凝聚态物理：结构

责编：马天星

反位配对抑制砷化硼（BAs）的热导率

理论预测，BAs具有超高的热导率，室温下可达2000Wm-1K-1，与钻石相当。但在实际的实验测量中，BAs单晶的热导率低于该理论预测值。为了分析清楚理论和实验差异的原因，作者使用像差校正扫描透射电子显微镜（STEM），研究了原子尺度范围内BAs单晶中的晶格结构和电位缺陷。Zheng等人的STEM结果显示，一些B原子列信号增强而As原子列信号减弱，表明存在着反位缺陷，即AsB（As原子在B原子的位置上）和BAs（B原子在As原子的位置上）。另外还有计算结果表明，AsB和BAs近邻的反位配对结构优于其他类型的格点缺陷，并且这种缺陷降低了BAs的热导率。作者根据STEM所得图像估算，使用浓度为1.8（8）％（密度为6.6±3.0×1020cm-3）的反位配对，得到的热导率约为65-100Wm-1K-1，与实际的测量值一致。本工作表明，AsB-BAs的反位缺陷是抑制BAs热导率的主要晶格缺陷。根据这些结果，作者提出了用于生长具有高导热性的高质量晶体或薄膜的可能的方法。该工作结合了最先进的合成技术，STEM表征，理论研究和物理洞察力，为识别和理解缺陷限制材料的功能铺平了道路。（张陆峰）

Antisite Pairs Suppress the Thermal Conductivity of BAs

Qiang Zheng, etal.

Phys. Rev. Lett. 121, 105901 (2018)

凝聚态物理：电子性质

责编：袁喆，马锋杰，沈卡

揭示顺磁V2O3中

杂质选择性莫特相变的机制

尽管单轨道和多轨道Hubbard模型相图已经得到了充分的研究，现实中莫特绝缘体的物理通常更为丰富且与材料密切相关，但是人们对它的理解还很欠缺。在莫特绝缘体V2O3中，在Ti掺杂下顺磁金属到反铁磁绝缘体相变温度降低，在Cr掺杂下关联强度增加并呈现高温顺磁绝缘相，这起初被认为可以通过化学压力来解释。然而，最近的实验和理论工作表明这种解释是站不住脚的。Lechermann等人采用电荷自洽密度泛函和动力学平均场理论基于完全结构优化证明V2O3相图的变化是由掺杂的Cr和Ti与宿主系统明显不同的耦合所造成的缺陷诱导局域对称性破缺驱动的。这些发现强调了莫特金属-绝缘体相变对局域环境的高度敏感性以及精确计入单电子哈密量的重要性。(李松)

Uncovering the Mechanism of the Impurity-Selective Mott Transition in Paramagnetic V2O3

Frank Lechermann et al.

Phys. Rev. Lett. 121, 106401 (2018)

拓扑媒介中Weyl点和节点线的转换规则

依据广泛适用的范例，一对具有相反手性的Weyl点聚在一起会相互湮灭。相反地，Sun等人表明这样的过程对于镜像对称的Weyl点是严格禁止的，表明存在一个由具有相反镜像特征值的轨道组成的有效双带描述。另外，这样一对Weyl点在碰撞时转换成对称平面内的节点环。对于具有多个镜面的系统存在类似的约束，促进先前未报导的节点线和节点链半金属也表现出费米弧和鼓面状表面态。他们进一步发现，系统中在由时间反转组成的π旋转下对称的Weyl点可由他们称之为螺旋性的附加整数电荷来表征。具有相反手性的一对Weyl点只有在它们的螺旋也抵消时才能被消灭。他们的预测基于相关同伦理论得到的拓扑晶体不变量，并且在简单紧束缚模型上进行了验证。这种同伦描述可以直接推广到具有多个能带和其它对称性的体系。（方子明）

Conversion Rules for Weyl Points and Nodal Lines in Topological Media

Xiao-Qi Sun, et al.

Phys. Rev. Lett. 121, 106402 (2018)

具有Z2单极子电荷的节点线

半金属的能带拓扑性和连接结构

在空间和时间反演不变的三维体系中，若体系的自旋轨道耦合作用可以忽略不计，那么可在该体系中实现Z2单极子电荷。本文中，作者在具有Z2单极子电荷的节点线半金属中探究能带拓扑性及其关联链接结构。结果显示，在具有Z2单极子电荷的半金属中，节点线总是成对存在，这与贝里相里面的结果形成鲜明对比。进一步研究表明，一对带有Z2单极子电荷的节点线是由双带反演过程产生的，而由此产生的节点线总是由两个最高被占据的带之间形成的另一个节点线连接起来。同时，作者指出，通过分析威尔逊循环谱，可以看出连接结构和Z2单极子电荷都是具有第二种Stiefel-Whitney类特征的非平庸拓扑带的表现形式。在此基础上，作者提出可用Z2单极子电荷对节点线的创建和湮灭，来调节普通绝缘体与三维弱Stiefel-Whitney绝缘体之间的拓扑相转换。（刘钱）

Band Topology and Linking Structure of Nodal Line Semimetals with Z2Monopole Charges

J. Ahn et al.

Phys. Rev. Lett. 121, 106403 (2018)

Dirac-Weyl半金属：极性六方ABC晶体中

Dirac和Weyl费米子的共存

【编辑推荐语】Dirac和Weyl费米子被预测同时出现在非中心对称材料的动量空间中。

Gao等提出非中心对称LiGaGe型六方ABC晶体SrHgPb作为一种动量空间中同时存在Dirac和Weyl点的新型拓扑半金属。受对称性保护的Dirac点由于能带反转而产生并且位于六重旋转z轴上，而六重对称性关联的六对Weyl点位于垂直的kz=0平面。通过研究随HgPb层屈曲(反演对称性破缺的起源)的电子结构，他们确定Dirac和Weyl费米子的共存定义了一个相，隔离两种拓扑不同的Dirac半金属。这两种Dirac半金属的区别在于kz=0平面的Z2指数和侧表面上相应的2D狄拉克费米子的存在与否。他们通过推导和研究描述Dirac-Weyl半金属相的低能模型哈密顿量形式化了他们的第一性原理计算。最后，他们提出了非中心对称ABC材料类中的几种其他材料，特别是SrHgSn和CaHgSn，作为实现Dirac-Weyl半金属的候选材料。（方子明）

Dirac-Weyl Semimetal: Coexistence of Dirac and Weyl Fermions in Polar Hexagonal ABC Crystals

Heng Gao et al.

Phys. Rev. Lett. 121, 106404 (2018)

量子自旋霍尔边缘的噪声引发的背散射

[编辑推荐语]在二维拓扑绝缘体中观察到的不完美电导量子化，可能是时间依赖电子噪声造成的。

由于时间反演对称性的作用，二维拓扑绝缘体中的低能边缘态包含自旋相反的电子态，从而抑制了量子自旋霍尔边缘上的电子背散射，使得在零温度下产生量子化电导。但是有限温度下该电导如何变化仍然是一个待解决的问题。本文中，作者从理论上研究噪声对自旋霍尔边缘态中背散射的影响。作者指出，不连贯的电磁噪声可以在该类材料中引起背散射，具体地说就是电势在时间上的随机波动可以使电子在不受电子-电子相互作用的约束下自由地散射，从而使得电导量子化不再完美。（刘钱）

Noise-Induced Backscattering in a Quantum Spin Hall Edge

Jukka I. Väyrynen et al.

Phys. Rev. Lett. 121, 106601 (2018)

限制可调的量子线中

锯齿形的维格纳晶体成像

[编辑推荐语]利用可控制宽度的纳米线，研究人员创造出一种维格纳(Wigner)晶体，其中电子形成有序的锯齿形图案。

维格纳晶体的存在，是电子强关联性最显著的特征之一，迄今为止只有在二维系统中才被明确地观察到。在一维量子导线中，维格纳晶体对应于有规律间隔的电子。然而，若削弱约束条件，允许电子在第二个维度上放松，预计将形成新的基态。本文中，作者利用自旋探测器对这种维格纳晶体进行观察，并通过电子聚焦来成像电荷密度分布以及自旋特性分析，结果显示该类一维维格纳晶格中确实存在zigzag型自旋链。该结果为自旋电子学中新器件开发以及量子信息中的技术应用开辟了新道路。（刘钱）

Imaging the Zigzag Wigner Crystal in Confinement-Tunable Quantum Wires

S. Ho et al.

Phys. Rev. Lett. 121, 106801 (2018)

质子照射BaFe1 − xRhxAs2单晶中

无序驱动超导序参数从s±到s++ 转变

通过3.5MeV质子照射的方式可以在优化掺杂Ba(Fe1-xRhx)2As2单晶中引入杂质，而由这种杂质驱动的超导序参数对称性从s±到s++的转变可以通过London渗透深度和临界温度的微波测量证实。正如理论预言的那样，这种转变表现为低温London渗透深度的下降以及具有几乎与无序无关的超导临界温度。Ghigo等人展示了如何通过合理计入无序效应的多带Elisahberg计算来描述这些实验观测。为此，作者采用了有效两带方法以便处理玻恩近似和幺正极限之间的无序程度。(李松)

Disorder-Driven Transition from s± to s++ Superconducting Order Parameter in Proton Irradiated Ba(Fe1−xRhx)2As2 Single Crystals

G. Ghigo et al.

Phys. Rev. Lett. 121, 107001 (2018)

多轨道莫特绝缘体的Floquet工程：

在正交钛酸盐中的应用

针对激光辐射驱动多轨道莫特绝缘体的问题，Liu等人利用含时微扰论在强相互作用极限下推导了周期性驱动自旋轨道模型的一般性表达式，发现可以通过激光的频率、幅度和极化显著调节Floquet自旋轨道哈密顿量的有效交换相互作用。作者也考虑了激发的带宽效应以及可能出现的热效应。进一步，作者基于第一性原理计算把这套公式用于研究正交钛酸盐YTiO3和LaTiO3体系，发现这些化合物中的自旋交换相互作用强度可以通过调节激光的频率和电场分量加以操控。(李松)

Floquet Engineering of Multiorbital Mott Insulators: Applications to Orthorhombic Titanates

Jianpeng Liu et al.

Phys. Rev. Lett. 121, 107201 (2018)

正方格子自旋1/2J1-J2海森堡反铁磁体中

临界能级交叉和无能隙自旋液体

Wang和Sandvik使用了密度矩阵重整化群方法在2L×L(L≤10)圆柱体上计算了S=1/2阻挫正方格子J1-J2海森堡模型的几个能量本征值，确定了激发态能级交叉与耦合强度比值g=J2/J2的关系，并研究了这些能级交叉随系统尺寸大小变化而出现的偏移。研究表明最低单重态-三重态和单重态-五重态的交叉点快速收敛到不同的耦合比，作者认为它们分别对应于gc1≈ 0.46处奈尔反铁磁体和无能隙自旋液体间的基态相变以及gc2≈ 0.52处自旋液体与价键固体间的基态相变。而过去对超导序参数的研究并不能正确区分可扩展自旋液体相和临界点。这种能级交叉分析手段有可能会成为一种密度矩阵重整化群研究量子相变的有利工具。（李松）

Critical Level Crossings and Gapless Spin Liquid in the Square-Lattice Spin1/2 J1−J2Heisenberg Antiferromagnet

Ling Wang and Anders W. Sandvik

Phys. Rev. Lett. 121, 107202 (2018)

钒钡铜矿：一种第三近邻交换作用

占主导地位的S=1/2的Kagome反铁磁体

自旋1/2 Kagome反铁磁是一种典型的阻锉体系，被预测会承载各种奇异的磁性态。Boldrin等使用中子散射测量展示了含重氢钒钡铜矿BaCu3V2O8(OD)2，一个具有<1％晶格畸变的化学计量S=1/2kagome磁体，在TN=9K时磁序变为预测的三重k八面体结构的一种多k共面变体。他们发现这种结构由于占主导作用的反铁磁第三近邻交换J3及较小的第一或第二近邻交换而稳定。自旋波谱可由仅包含J3并加上微小对称的交换各向异性的模型很好地描述。（方子明）

Vesignieite: An S=1/2 Kagome Antiferromagnet with Dominant Third-Neighbor Exchange

D. Boldrin etal.

Phys. Rev. Lett. 121, 107203 (2018)

磁振子晶体中的自发严格自旋波分形

Richardson 等人第一次观察到自发地从磁介质中产生的依赖于强色散及非线性的非线性波的严格分形。该实验利用微波在准一维磁性晶体中激发自旋波。当输入微波的功率(Pin)较低时，输出信号具有由单个峰值组成的功率-频率谱。当Pin增加到一定水平时，通过调制不稳定性产生新的侧边模式，从而产生梳状频率谱。随着Pin的进一步增加，频率梳中的每个峰值可以通过调制不稳定性演变成其自身更精细的梳形。随着Pin的进一步增加，人们可以观察到另一组更精细的频率梳。这种频域分形表现为时域信号中的多层幅度调制。（方子明）

Spontaneous Exact Spin-Wave Fractals in Magnonic Crystals

Daniel Richardson et al.

Phys. Rev. Lett. 121, 107204 (2018)

软物质与生物物理

责编：徐留芳

从连续到不连续剪切增厚的转变：

排除体积效应

在这篇文章中，Madraki等人提出了一种新的机制，在这种机制的作用下，剪切增稠悬浮液从连续状态转变为不连续状态。通过将高浓度大颗粒添加到连续剪切增稠悬浮液中来可以发生这种转变，作者表明间隙剪切增厚基质的固体体积比例会随着大颗粒的出现和大颗粒周围的排除体积壳效应而局部增加，因此会导致局部尺度上从连续到不连续的剪切增厚的转变。（王赫）

Transition from Continuous to Discontinuous Shear Thickening: An Excluded-Volume Effect

Yasaman Madraki, et al.

Phys. Rev. Lett. 121, 108001 (2018)

活性向列相中的缺陷解除束缚

Shankar等人研究了活性向列相中拓扑缺陷的统计动力学，该缺陷由基质中的自驱动颗粒集群在两个维度上形成。非平衡驱动的一个重要结果是强度的自发运动发生+1/2向错。从活性向列相的流体力学方程出发，他们推导出包含主动扭矩缺陷的相互作用粒子描述。他们认为在扰动理论中，活性降低了缺陷解除束缚的转变温度，并以此确定了温度-活性相图中的临界曲线，该临界线分离了准长程有序（向列）相和无序（各向同性）相。在达到临界现象之前，缺陷仍然受到约束，因为旋转噪声会使+1/2缺陷的定向动力学去相关，从而稳定准长程有序向列状态。此活性阈值在低温下消失，导致可重入式相变。活性足够大时活性力总是超过热力而扰动结果不明显，这表明在这种机制中，活性总会使系统失调。至关重要的是，旋转扩散是二维现象，缺陷解除绑定不能用简化的一维模型来描述。（何寒梅）

Defect Unbinding in Active Nematics

Suraj Shankar, et al.

Phys. Rev. Lett. 121, 108002 (2018)

不连续剪切增稠悬浮液的动态涡度带

最近有人认为，在剪切增稠悬浮液中不会出现稳态涡旋带，因为在带之间的界面上的正常应力的不平衡将引起颗粒迁移。Chacko等人开发了一个简单的连续模型，它将剪切增厚与粒子迁移耦合在一起。他们通过线性稳定性分析表明，如预期的那样，在负构造斜率体系中，均匀流动对于涡度带是不稳定的。然而，在完全非线性计算中，时空模式受应力-浓度耦合控制，由此产生的涡度带是不稳定的。他们进一步研究表明，半径动力带也出现在直接粒子模拟中，与连续模型吻合得很好。（何寒梅）

Dynamic Vorticity Banding in Discontinuously Shear Thickening Suspensions

R. N. Chacko, et al.

Phys. Rev. Lett. 121,108003 (2018)

图灵斑图的信息热力学

Falasco等人建立了一种严格的热力学描述来研究，在依赖时间的空间分布式恒化器的驱动下，远离平衡的反应-扩散系统。在假设局部平衡的基础上，利用化学网络拓扑的对称性构建非平衡热力学势。结果表明，正则系统的（半正则）非平衡自由能在闭合（开放）系统的平衡弛豫中起Lyapunov函数的作用，其变化提供了维持反应物浓度所需的最小功。该理论用于分析研究一种典型的反应-扩散系统-一维Brusselator模型-中图灵斑图的形成，并将其归类为真正的非平衡热力学相变。(王赫)

Information Thermodynamics of Turing Patterns

G. Falasco, et al.

Phys. Rev. Lett. 121, 108301 (2018)

有内在粉红噪声的

多年代全球气候动力学模式

了解多年代际变化是气候动力学的一个基本目标。例如，最近被称为“全球变暖中断”的现象可能反映了内在的、前工业化、多年代际变化过程的耦合。在本文中，Moon等人使用多重分形时间序列方法，证明了具有全局覆盖的79个气候代用资料的42个数据集在多年代时间尺度上呈现出粉红噪声特征。为了量化这种行为的持续性，本文作者研究了高分辨率冰芯和洞穴沉积物数据，以发现工业化前后的粉红噪声。他们通过对1901年至2012年月平均表面温度的经验正交函数分析来检验空间结构。其研究结果中，第一种模式清楚地显示了位于东太平洋和南大洋的海洋热通量地漏的分布，并且在多年代时间尺度上具有粉红噪声的特征。作者假设这种粉红噪声多年代空间模式可能与外部驱动的温室气体发生受迫共振，从而驱动大尺度气候的演化进程。(王赫)

Intrinsic Pink-Noise Multidecadal Global Climate Dynamics Mode

Woosok Moon, et al.

Phys. Rev. Lett. 121, 108701 (2018)

[文字编辑：谢晓芝]