序

普通物理：统计与量子物理

导读：王子；责编：任捷

超越平均保真度的

非经典隐形传态的实验研究

量子隐形传态在两方共享的纠缠态和连接两方的量子信道之间建立了联系。其中，两方分离且可通过经典方式通信。基于输入和输出态之间的平均保真度，量子隐形传态的标准基准规范表明有些纠缠态并不能保证量子信道的建立。最近有人已经证明，若考虑细粒化纠缠证据，则所有的纠缠态可保证产生非经典隐形传态信道。本文中，作者在实验上展示了对新一类纠缠证据的完全表征。这类纠缠证据属于[Phys. Rev. Lett. 119, 110501 (2017)] 一文所提出的类型，并考虑了不同的噪声条件。据作者报道，利用量子态的非经典隐形传态不能达到超越经典极限的平均保真度。作者进一步使用纠缠证据的违背来估计对共享态的负定性。文中结果对量子信息协议具有根本影响，并且可能带来新的量子技术的应用。

Experimental Study of Nonclassical Teleportation Beyond Average Fidelity

Gonzalo Carvacho, et al.

Phys. Rev. Lett. 121, 140501 (2018)

量子雪崩形式的多体去局域化

作者提出一种多尺度对角化方案来研究无序一维链，尤其是它在多体局域（many-body localization, MBL）相和遍历相之间的转变。这种相变由共振点决定。该研究方案专注在MBL和本征态热化假说有效性之间的分歧。作者证明，由一些自然的假设可以导出，临界点处系统局域化的概率为一。在遍历相一侧，大遍历点在相变点处尺寸发散，它引起了量子雪崩，最终导致了去局域化。在MBL相一侧，一般局域长度在相变处趋向于最大熵密度的倒数，但是系统对引入大遍历点的响应尺度发散。平均场近似解析地说明了这些结果，并且预测了热包含体在临界点处的幂律分布。

Many-Body Delocalization as a Quantum Avalanche

Thimothée Thiery, et al.

Phys. Rev. Lett. 121, 140601 (2018)

源于强化采样方法的量子对称性

作者处理了使用路径积分方法时双电子系统的负号采样问题。他们证明，该问题可被重新表述为计算自由能差和统计分布尾部采样的问题。使用metadynamics的方法，一些实际问题可以得到解决，例如量子点中受束缚的双电子问题。作者相信这种方法可以被推广应用到更复杂的系统中。

Quantum Symmetry from Enhanced Sampling Methods

J. Runeson, et al.

Phys. Rev. Lett. 121, 140602 (2018)

波的结构和涨落的测度集中理论

单个复合波系统中非平衡现象的涌现长久以来都具有基本的意义。但众所周知，对它的解析研究一直十分困难。本文作者使用测度集中理论的数学工具，发展了一套研究单个无序介质中波的结构和涨落的理论。作者发现，对于扩散和局域波，与入射波变化（“波对波”涨落）有关的涨落性质表现出新的一种普适性，而这在跟无序实现（“样品对样品”涨落）有关的常规介观涨落中并不存在。其中，前一种涨落来源于波的各个天然波通道（传输本征波通道）之间的相干性。使用“波对波”涨落的结果，作者发现了关于稳定散射态表现出相同空间结构（例如扩散定态）的判据，而这几乎对所有稳定散射态都适用。作者进一步证明，稳定散射态的可观测量期望值与入射波无关，而是由它们关于本征波通道的平均值给出。这暗示了将孤立系统热化的研究推广到开放系统的可能性。这给人们展示了非平衡统计现象的涌现的新前景。

Concentration-of-Measure Theory for Structures and Fluctuations of Waves

Ping Fang, Liyi Zhao, Chushun Tian

Phys. Rev. Lett. 121, 140603 (2018)

自旋为1的量子自旋链的

拓扑相变和Z2指标

作者研究了无限长链上S=1的量子自旋系统。其中，该系统哈密顿量短程，且具有特定旋转和离散对称性。作者定义了有带隙的唯一基态的Z2指标并且证明它随连续形变保持不变。作者使用该指标，第一次严格证明了Affleck-Kennedy-Lieb-Tasaki(AKLT) 模型和平庸模型之间“拓扑”相变的存在，而这种相变不能由任何常规序参量表征。这严格说明了AKLT模型是受到非平庸对称性保护的拓扑相。

Topological Phase Transition and Z2Index for S=1 Quantum Spin Chains

Hal Tasaki

Phys. Rev. Lett. 121, 140604 (2018)

引力与天体物理

导读：郭敏勇；责编：高思杰

Ia型超新星的引力透镜

对作为暗物质的恒星质量致密体的限制

尽管人们已经非常精确地知道暗物质(DM)在宇宙中的丰度，但暗物质的性质并不清楚。新基本粒子的一个替代物是假设DM由宏观致密光晕物体(MACHO)组成，比如早期宇宙中形成的黑洞。与其它质量范围相比，恒星质量原初黑洞（PBH）受到的约束较少，而且可能与激光干涉引力波天文台(LIGO)探测到的引力波信号有关系。因此，需要用新方法来约束致密物体作为DM的候选者。文章中，作者报道了Ia型超新星(SNe)引力透镜对紧密物体丰度的限制。当前SNe数据集对致密物体的约束结果为小于宇宙中物质总含量的35.2％(联合光曲线分析)以及37.2% (Union 2.1)，置信度为95%。结果适用于大于∼0.01M⊙（太阳质量）的质量，受SNe相对于透镜爱因斯坦半径大小的限制。他们通过计算实际SNe尺寸和PBH质量的不同值的放大概率来得到对质量的约束范围。他们的界限在M ≳ 0.01 M⊙时对致密物体的总丰度很敏感，并且对其它检验有互补性。这些结果不受宇宙学参数、异常值抑制、相关噪声和选择偏差的影响。因此对于LIGO的引力波观测到的目标，这些结果排除了PBH和其他MACHOs作为DM主要形式的可能。这些界限对早期宇宙模型做了约束，预测了恒星质量PBH的产生，加强了存在更轻DM形式的情况，包括新的基本粒子。

Limits on Stellar-Mass Compact Objects as Dark Matter from Gravitational Lensing of Type Ia Supernovae

M. Zumalacárregui and U. Seljak

Phys. Rev. Lett. 121, 141101 (2018)

基本粒子与场论

责编：晁伟、刘晓辉

N=2共形理论中的线缺陷与辐射

本文在四维N=2共形理论中研究了保留一半超荷的一般超共形线缺陷的共形数据。作者证明了一个线缺陷情形下应力张量的单点函数与位移算子的两点函数之间的理论无关的关系。当将该缺陷解释为规范理论中的重带电粒子时，结果将轫致辐射发出的能量与应力张量与静止系中粒子的耦合关联起来。

Line Defects and Radiation in N=2 Conformal Theories

Lorenzo Bianchi, et al.

Phys. Rev. Lett. 121, 141601 (2018)

质子对撞机在13TeV处

观察到衰变Z→ψℓ+ℓ-

本文展示了稀有衰变Z→ψℓ+ℓ-的观察结果。ψ表示J/ψ和ψ(2S)→J/ψX的贡献, ℓ+ℓ-表示一对正负电子或缪子，J/ψ介子是通过其衰变到μ+μ-来检测的。数据样本来自于CMS实验在大型强子对撞机上收集的质心能在13TeV处、积分亮度为35.9fb-1的质子-质子碰撞结果。观察到的信号具有超过五个标准偏差的显著性。当减除ψ(2S)→J/ψX的贡献之后，遍举衰变Z→ψℓ+ℓ-与衰变Z→ μ+μ-μ+μ-的分支比在基准相空间内的测量结果为B(Z→ψℓ+ℓ-)/B(Z→ μ+μ-μ+μ-)=0.67±0.18(stat)±0.05(syst)。

Observation of the Z→ψℓ+ℓ− Decayin pp Collisions at √s=13TeV

A. M. Sirunyan et al.(CMS Collaboration)

Phys. Rev. Lett. 121, 141801 (2018)

质子对撞机在13TeV处粒子对产生

并衰变到至少四个夸克的搜索

本文展示了质量超过100GeV的粒子对的搜索结果，其中每个粒子衰变成至少四个夸克。使用LHC的CMS实验在2015-2016年收集的对应于积分亮度为38.2fb-1的数据，重建的粒子聚成个质量相似的大喷注，每个喷注与四部分子子结构一致。在平均喷注质量的分布图中没有观察到统计上显著超出背景预测的数据。在95%的置信度下，在0.1TeV至0.72TeV的质量区间，该结果排除了标量夸克对产生并主要通过R宇称破坏衰变到四个夸克。类似地，在95%置信度下，在0.10到1.41TeV质量区间，该结果排除了gluino对产生并衰变到五个夸克。这些结果是对质量低于400GeV的对产生粒子的第一个约束，它们衰变到四或五个夸克，填补了对R宇称破坏超对称的参数空间搜索的显著缺口。

Search for Pair-Produced Resonances Each Decaying into at Least Four Quarks in Proton-Proton Collisions at √s=13TeV

A. M. Sirunyan et al.(CMS Collaboration)

Phys. Rev. Lett. 121, 141802 (2018)

顶夸克对产生的平面双箱积分

(其中闭合的顶夸克圈展开到

维数正规化参数的所有阶)

本文系统地计算了与顶夸克对产生相关的平面双箱费曼积分，其中闭合的顶夸克圈在维数正规化参数ϵ中 Laurent展开。这是通过把该积分及其所有子拓扑的微分方程系统转换为ϵ的线性形式来完成的，其中ϵ0部分是严格的下三角形。该系统易于在维数正则化参数ϵ中一级一级地求解。这是一个包含若干椭圆子拓扑的椭圆多尺度积分的示例。该方法适用于类似的问题。

Planar Double Box Integral for Top Pair Production with a Closed Top Loop to all orders in the Dimensional Regularization Parameter

Luise Adams, et al.

Phys. Rev. Lett. 121, 142001 (2018)

原子核物理

责编：耿立升

手性介质中的涡旋动力学:

手性推进效应

Hirono等人研究了手性介质中涡线的运动并且发现了反常诱导手征磁效应的半经典类比。他们发现宇称破缺介质中涡旋上的涡旋孤子激发携带沿着涡旋的额外能量流，能量流的方向由手性不平衡的符号确定；他们把这个新的输运现象称为是手性推进效应。宇称破缺背景中涡线的动力学可以由修正的局部诱导方程来描述。他们分析了简单涡旋解的线性稳定性并且研究了手性介质对激发谱和不稳定模式生长速率的影响。他们还表明，如果涡线的运动方程在宇称和时间同时反演下不变，那么平面解不能传输能量。（王亚坤）

Dynamics of Vortices in Chiral Media：The Chiral Propulsion Effect

Yuji Hirono et al.

Phys. Rev. Lett. 121, 142301 (2018)

16N原子核β缓发α衰变的首次精确归一化

及其对12C(α,γ)16O天体反应速率的影响

12C(α,γ)16O反应在天体物理中扮演了重要角色，但是在与天体物理应用相关的能量下其截面的实验数据约束还很缺乏。16O中1-能级的约化α宽度γ11对于确定截面尤其重要。γ11的振幅可以通过亚库伦α反应或者16N的β缓发α衰变来确定，但是后一种方法当前尚无足够精确的β衰变分支比予以限制。本文中，Kirsebom等人报道了改善了的束缚1-能级以及β缓发α发射的的分支比，其数值分别为[bβ,11=(5.02±0.10)×10-2]和[bβα=(5.02±0.10)×10-2]。他们给出bβα的值比之前的结果大了33%，这一增大的bβα导致γ11的显著增加。他们得到的γ11的修正值与通过α转移研究中获得的结果很好的符合，两者的加权平均值精确地确定出了γ11，这为流体静力学氦燃烧能量范围内的12C(α,γ)截面提供了显著改善的约束。（王亚坤）

First Accurate Normalization of the β-delayed α Decay of 16N and Implications for the12C(α,γ)16O Astrophysical Reaction Rate

O. S. Kirsebom et al.

Phys. Rev. Lett. 121, 142701 (2018)

原子、分子与光学

导读：宋新秀；责编：张文凯

弱结合离子配合物CH3+−He的

双共振旋转光谱

本文提出了一种适用于存储在冷阱中的离子的新型旋转光谱方法。在双共振机制中，旋转激发之后紧接着在振动激发形成解离共振。本文利用CH3+−He配合物的实验证明了该方法的普适性，通过其中C-H键拉伸模式ν1和ν3的激发进行了预解离。对于该对称顶部，作者记录了高分辨率的旋转跃迁，并且针对K = 1解析了一些意料之外的小分裂。最后，文章还讨论了这种新方法的优点和潜在的未来应用。

Double Resonance Rotational Spectroscopy of Weakly Bound Ionic Complexes: The Case of Floppy CH3+−He

Matthias Töpfer, et al.

Phys. Rev. Lett. 121, 143001 (2018)

利用频率差分离振荡场

对氦原子在n=2三重P态的

精细结构进行超高精度测量

[编辑推荐语]该文使用一种全新频率差分离振荡场技术来测量了氦原子的23P2→23P1跃迁间隔，从而大大提高了精细结构测量的精度。

几十年以来，对于氦的n = 2的3P态精细结构的理论和实验测量的持续改进帮助科学工作者们对量子电动力学进行越来越精确的测试，包括精细结构常数α的确定以及可能超越标准模型限制的新物理学。在这里，本文使用新的频率差分离振荡场技术来测量23P2→23P1跃迁间隔，所得到的2 291 176 590（25）Hz的结果代表了氦精细结构测量精度的重大进步。

Ultrahigh-Precision Measurement of the n=2 Triplet P Fine Structure of Atomic Helium Using Frequency-Offset Separated Oscillatory Fields

K. Kato, et al.

Phys. Rev. Lett. 121, 143002 (2018)

强场原子电离中

Glory再散射的量子干涉

在线性偏振强激光场导致的原子电离过程中，本文首次发现，由于Glorry再散射的量子干涉效应，光电子的横向动量分布可以被平方零阶贝塞尔函数很好地拟合。贝塞尔函数的特征值可以由许多被称为Glorry轨迹的半经典路径的共同角动量确定，这些路径以分布在动量平面中的特定圆上不同的非零初始横向动量发射，经过隧穿后重新散射的相同渐近动量上，并且是沿着极化方向的。基于半经典路径积分形式提出的Glorry再散射理论，可以定量地阐述这种效应。作者的理论可以解决现有的关于在指纹位置的理论和实验研究之间的长期争论，并预测全息模式中指纹结构的突然转变，为研究强场原子电离中低能量结构的量子干涉提供线索。

Quantum Interference of Glory Rescattering in Strong-Field AtomicIonization

Q. Z. Xia, et al.

Phys. Rev. Lett. 143201 (2018)

态选择光解离过程中

从超冷到准经典机制的过渡

[编辑推荐语]实验跟踪了一个简单的分子解离过程，以找出何时可以用量子模型来描述反应，而何时又可以用半经典的方法来描述。

分子键的断裂过程通常可以通过观测占据混合量子态的分子来研究，并可用准经典模型成功描述，而一些研究也已探索了明显的量子力学低能量态。在这里，本文使用双原子锶分子的光解离来演示从超冷量子态到准经典态的过渡，其中超冷量子态中光碎片角分布强烈依赖于动能。利用具有微开耳文反应势垒的光解离通道的飞行时间成像技术，作者分别在实验上探索了0.1-300 mK范围内，并在理论上研究了直到3 K的光碎片能量，并讨论了过渡发生的能量标度。作者发现量子统计的影响可以持续到高光解离能量。

Crossover from the Ultracold to the Quasiclassical Regime in State-Selected Photodissociation

S. S. Kondov, et al.

Phys. Rev. Lett. 121, 143401 (2018)

HNCO中的共振和解离电子附着

结合实验和理论研究，本文探讨了异氰酸HNCO的解离电子附着过程。NCO−碎片的实验绝对截面在阈值附近出现了急剧的起伏和精细结构。在R-矩阵计算和耦合常数中使用解析延拓中都找到了导致解离附着的自电离态。其中所涉及的A′共振沿解离键具有混合π∗/σ∗特征,从而结合了非零电子角动量和偶极子支持态的影响；这就导致了其在不同几何构型下宽度的异常变化。因为自电离态的势能梯度状态基本上指向N─H键的方向，所以核动力学可以借由一维非局域模型来表达。本文结果在定量和定性上均与实验结果相一致。另外，本系统可作为解释许多其他多原子系统中解离电子附着过程的原型。

Resonances and Dissociative Electron Attachment in HNCO

M. Zawadzki, et al.

Phys. Rev. Lett. 121, 143402 (2018)

含弱耦合发射极的波导

量子电动力学中强相关光子传输

本文表明，在包含光学密集的发射器集合的波导中可以观察到强相关的光子传输。值得注意的是，即使在耦合效率较低的情况下也会出现这种情况。具体来说，作者通过一个由弱相干场驱动的N个两能级系统的手性耦合系统来计算光子传输特性，其中，每个发射器也可以将光子散射出波导。非线性和耦合到损耗储层的相互作用促使了光子相关性的出现，这在传输光子之间产生了强而有效的相互作用。高度相关的光子态比不相关的光子更不容易受到损耗，并且遵从N的幂律衰减。这可以由通过单个缩放参数控制的简单通用渐近解来描述，其中的缩放参数描述了光子聚束和功率传输。作者用数值方法展示，对于随机放置的发射器，即使在没有手性的系统中，这些结果仍然存在。这种效应可以在带捕获原子的现有锥形光纤装置中观察到。

Strongly Correlated Photon Transport in Waveguide Quantum Electrodynamics with Weakly Coupled Emitters

Sahand Mahmoodian, et al.

Phys. Rev. Lett. 121, 143601 (2018)

光学边带中“猫态”的生成

本文提出了一种从连续波光的双边带模式中减去光子的方法。该方法的中心思想是在预测光子减法方案中使用相位调制作为频率边带分束器，其中边带模式的一小部分被下转换为0Hz以提供触发光子。通过将所提出的方法应用于由光学参量振荡器产生的500MHz边带处的压缩态来创建光“猫态”。从500 MHz边带模式的直接零差测量重建的“猫态”的Wigner函数显示其负性，W(0,0)= -0.088±0.001，没有任何损失修正。

Generation of a Cat State in an Optical Sideband

Takahiro Serikawa, et al.

Phys. Rev. Lett. 121, 143602 (2018)

非线性动力学和流体力学

责编：兰岳恒

亚周期太赫兹非线性光学

亚周期电磁辐射与物质的非线性相互作用是超快非线性光学和强场物理研究的前沿课题。最近，Chai等人研究了掺杂半导体中强亚周期太赫兹辐射所引起的非线性光学效应，观察到半周太赫兹脉冲截断和高频太赫兹光子辐射，并将这一观测结果归因于强的谷间散射效应所引起的电流骤降。通过增加一个极性相反的半周太赫兹脉冲，监测一个准单周期脉冲内非线性载流子动力学的演变，结果显示了亚周期与多周期太赫兹脉冲的非线性效应之间的差异，这为太赫兹波的亚周期控制和利用多周期脉冲实现高次太赫兹谐波的产生提供了一种新的方法。(王丁)

Subcycle Terahertz Nonlinear Optics

Xin Chai, et al.

Phys. Rev. Lett. 121, 143901 (2018)

带内高次谐波产生的Wannier表示

Catoire等人研究了由激光场与固体靶相互作用引发的谐波产生。谐波谱由带间跃迁和带内跃迁两个过程贡献而成。带间过程对应于与激光相互作用过程中从上带到下带的复合，带内过程来源于单个带内电流的非线性过程。在本文中，Catoire等人提出了一个基于Wannier态的理论，并深入揭示了带内动力学蕴含的物理。特别是，该理论强调了不同晶格阱之间跃迁的决定性作用。此外，还提供了关于高次谐波能量截断，谐波产生量和发射时间的定量预测. (王丁)

Wannier Representation of Intraband High-Order Harmonic Generation

F. Catoire, et al.

Phys. Rev. Lett. 121, 143902 (2018)

张力场弹性薄板中的裂纹

Mahmood等人研究了一种弹性薄板的形变，该薄板在拉伸时是刚性的，但压缩时非常柔软，就像在出现起皱时所表现的那样。他们基于拉伸场材料模型，数值研究了具有不同几何形状的多裂纹薄板在外加张力作用下的响应。对于单个裂纹而言，应力集中在St.andrew十字形图案上，其分支从裂纹尖端延伸到区域的拐角；在距裂纹尖端(小)距离r处，应力表现出常见的r−1/2奇异性，但具有不寻常的非普适角度依赖性。Mahmood等人报道并讨论了多裂纹间的强相互作用：特别是，对于裂纹的某些形态，即便薄板由单个构件组成，裂纹板的拉伸刚度也可以为零。（王丁）

Cracks in Tension-Field Elastic Sheets

O. Mahmood, B. Audoly, and S. Roux

Phys. Rev. Lett. 121, 144301 (2018)

气泡破裂：腔与射流的普适轮廓

气泡在液体表面破裂后，空腔坍塌会产生毛细管波，毛细管波会在对称轴上聚焦形成射流。空腔与射流的动力学主要由一个比较毛细管惯性力和粘性力的无量纲数控制，如拉普拉斯(Laplace)数La=ργR0/μ2,其中ρ，μ，γ和R0分别为液体密度、粘度、表面张力和初始气泡半径。Ching-Yao Lai等人证明了空腔崩塌(t<t0)和射流产生(t>t0)的含时曲线都服从|t−t0|2/3无粘标度律，这是表面张力和惯性力之间达到平衡的结果。此外，他们还提出了大于临界拉普拉斯数时有效的标度定律，它使得随时间变化的标度与当前标度理论相一致，后者将拉普拉斯数与最终射流速度和喷射液滴尺寸联系起来。由此导出了一个自相似公式来描述整个喷射（从空腔崩塌到液滴形成）过程。(王丁)

Bubble Bursting: Universal Cavity and Jet Profiles

Ching-Yao Lai，et al.

Phys. Rev. Lett. 121, 144501 (2018)

等离子体与束物理

责编：陈少永

基于含时无轨道密度泛函理论的

温稠密物质阻滞能力的第一性研究

温稠密物质的电子传输特性，例如电或热导率和非绝热阻滞能力，在地球物理学、行星科学、天体物理学和惯性约束聚变（ICF）中都特别重要。例如，在当前小边缘ICF目标设计中，要点燃等离子体就必须准确地知道致密的氘-氚（DT）等离子体中α粒子的阻滞能力。Ding等人开发了一种时间依赖的无轨道密度泛函理论（TD-OF-DFT）方法，来从头观察温稠密物质中带电粒子的阻滞能力。该TD-OF-DFT计算方法已经重现了最近在温暖致密的铍中进行的充分表征的阻滞能力实验。对于在温暖的固体密度DT等离子体中的α粒子阻滞，第一性TD-OF-DFT模拟显示，较之在高能量密度物理学界中常用的三种阻滞能力模型，其阻滞能力降低了~25％。（牟茂淋）

Ab Initio Studieson the Stopping Power of Warm Dense Matter with Time-Dependent Orbital-Free Density Functional Theory

Y. H. Ding, et al

Phys. Rev. Lett. 121, 145001 (2018)

强扭曲同向传播激光驱动的

等离子体波中磁场的产生

Shi等人提出了一种低密度等离子体中的磁场产生新机制，该机制中磁场由两个同向传播的具有不同频率和不同扭曲指数的Laguerre-Gaussian轨道角动量激光脉冲所驱动。由此产生的扭曲有质动力驱动了一个具有螺旋旋转结构的电子等离子体波。在二阶情况下，非线性的旋转电流会产生一个强烈的静态轴向磁场，该磁场在激光脉冲通过之后会在等离子体（ps标度）中存在很长一段时间。此研究结果已经在三维粒子模拟和理论分析中得到证实。在300 fs的持续时间和3.8×1017W/cm2峰值激光强度条件下，我们观察到高达0.4 MG的磁场。这种磁场产生的新方法可应用于带电束准直和微尺度聚束。（牟茂淋）

Magnetic Field Generation in Plasma Waves Driven by Copropagating Intense Twisted Lasers

Y. Shi, et al

Phys. Rev. Lett. 121, 145002 (2018)

凝聚态物理：结构

责编：马天星

均匀超流体二维玻色气体中的声传播

[编辑推荐语]实验和模拟表明在二维玻色气体中原子之间的无碰撞相互作用可以传播声波。

在超流系统中，可以激发几种声模态，例如液氦中的第一和第二声模态。Ville等人通过在均匀二维玻色气体中激发行波和驻波，描述了超流和正常体系中声音的传播。在超流相中，测得的声速与双流体动力学模型的预计值吻合得很好，弱阻尼可以通过热激发散射解释。在正常相中，作者观察到更强的阻尼，并将其归因于流体动力学行为的偏离。（黄通昀）

Sound Propagation in a Uniform Superfluid Two-Dimensional Bose Gas

J. L. Ville, et al.

Phys. Rev. Lett. 121, 145301 (2018)

均匀二维玻色气体中的无碰撞声

在随机相位近似中，Ota等人使用线性响应理论，研究了声音在均匀二维玻色气体中无碰撞区域的传播。研究表明，由于平均场相互作用效应，突然去除静态密度扰动会产生阻尼振荡行为，这表明声音也可以在无碰撞中传播。作者提供了声速和阻尼作为温度函数的精确结果，指出了朗道阻尼所起的关键作用。作者通过使用随机（投影）Gross-Pitaevskii方程进行数值模拟以支持其预测。理论值与最近在实验中观察到的声音一致，这类声音在超流Berezinskii-Kosterlitz-Thouless转变之下和之上都处于弱相互作用的二维玻色气体中。（黄通昀）

Collisionless Sound in a Uniform Two-Dimensional Bose Gas

Miki Ota, et al.

Phys. Rev. Lett. 121, 145302 (2018)

非晶塑性介观格子模型中的扩散

在无热准静态条件下，Tyukodi等人在剪切非晶材料的中等尺度晶格模型中介绍了标记粒子扩散的结果。作者发现，在短时扩散区和长时扩散区，其扩散系数以截然不同的方式依赖于系统大小。在短时区，作者发现扩散系数D与系统长度大致呈线性关系D~L1.05，这种短时行为与基于粒子的模拟一致。长时扩散系数为D~L1.6，接近先前研究发现的D~L1.5。此外，作者表明相互作用核的近场细节不会影响短时行为，但会定性和显著地影响长时行为，这可能导致长时区域的平均位移饱和。作者对D~L1.05短时标度律的发现，解决了关于在基于粒子模型与非晶塑性的中尺度晶格模型中测量扩散系数不一致这一长期难题。（黄通昀）

Diffusion in Mesoscopic Lattice Models of Amorphous Plasticity

Botond Tyukodi, et al.

Phys. Rev. Lett. 121, 145501 (2018)

高速位错的不稳定性

关于位错尽管已经有许多理论模型和模拟结果，但是以与介质中声速相当的速度的行进位错的清晰物理图像，仍然难以捉摸。使用两种互补的原子论方法模拟均匀移动的螺旋位错、晶格动力学和分子动力学，可以使系统中的机械不稳定性显示出来。这些不稳定性是在远低于声速的与材料相关的速度下发现的。作者证明了这是原子运动生成机制的开始，并最终导致了进一步位错的崩塌。之前的研究观察到过这种均匀的成核机制，但从未完全解释过，它是与中等和高应变现象有关，包括绝热剪切带，动态断裂和冲击载荷。原则上，这些机械不稳定性不会阻止位错的超音速运动。（王婧瑶）

Instabilities of High Speed Dislocations

J. Verschueren, et al.

Phys. Rev. Lett. 121, 145502 (2018)

在热稳定相变纳米晶体合金中

较高的温度导致较小的晶粒

结晶材料中的颗粒通常随着热辐照量的增加而生长。诸如再结晶之类的经典现象可导致晶粒尺寸的暂时减小，而合金设计中的最新进展可产生出热稳定纳米晶体材料，处于这种材料中的晶粒生长停滞。但是晶粒永远不会收缩，因为高温下缺乏界面产生机制；如果这是系统的热力学趋势，则需要减小晶粒尺寸。本文中作者通过设计具有同素异形相变的纳米晶合金—界面产生机制—使得仅稳定高温相以防止晶粒生长，来回避这种范例。Amram等人证明，对于通过α↔γ转变循环的Fe-Au合金，高温相（γ-Fe）具有稳定的细晶粒尺寸，小于其低温配对物（α-Fe）。这是一种不寻常的材料，其中温度的升高导致更细的、尺寸稳定的晶粒。（王婧瑶）

Higher Temperatures Yield Smaller Grains in a Thermally Stable Phase-Transforming Nanocrystalline Alloy

Dor Amram and C. Schuh

Phys. Rev. Lett. 121, 145503 (2018)

超硬纳米晶碳化硼中晶界滑移

和非晶化导致反Hall-Petch关系

最近对纳米晶陶瓷中反Hall-Petch关系的观测，提供了一种通过纳米尺寸效应来强化传统脆性陶瓷延展性的可能途径，就像纳米金属和纳米合金一样。然而，纳米晶陶瓷背后的形变机制还没有很好的解释。因此，在本工作中，Guo等人结合反应分子动力学（RMD）模拟和透射电子显微镜实验来探究纳米晶碳化硼（B4C）原子级别的形变机制。Guo等人对三种晶界模型的有限剪切形变进行了大尺寸（多达~ 3700000个原子）REAXFFRMD模拟，晶粒尺寸从4.84nm（135050个原子）至14.64 nm（3702861个原子）。作者在纳米晶B4C中发现了一种反Hall-Petch关系，其形变机制主要是晶界（GB）的滑动。这种晶界滑动导致在准无序的二十面体GB区域形成非晶带，并在非晶带内形成空穴。通过在压痕实验中由GB滑动引起的晶间非晶GB相的实验研究，验证了本工作的模拟结果。这些理论和实验结果为GBs对纳米晶陶瓷形变行为的影响提供了原子级别的理论解释，也就是反Hall-Petch关系。（张陆峰）

Grain Boundary Sliding and Amorphization are Responsible for the Reverse Hall-Petch Relationin Superhard Nanocrystalline Boron Carbide

Dezhou Guo, et al.

Phys. Rev. Lett. 121, 145504 (2018)

半绝缘体GaN中N位碳位置的精确识别

碳（C）掺杂是产生电力电子形成半绝缘体GaN的一种非常重要的方式。然而，迄今为止，C掺杂GaN的性质，尤其是晶格位置的占据问题，尚未被充分研究清楚。本工作中，Wu等人使用了偏振傅里叶变换红外和拉曼光谱，结合第一性原理计算，明确了GaN中C的晶格位置。作者观测到了C掺杂GaN中存在766和744 cm-1这两种局域振动模式（LVM）。其中766 cm-1模式是由非简并A1模式沿着c轴振动产生，而774 cm-1模式是由限制在平面中的双重简并E模式沿垂直于c轴振动产生。这两种局域振动模式（LVM）都源自于具有局部C3v对称性的孤立CN-离子。通过实验测量以及计算得到的这两种局域振动模式（LVM）的位置和强度比都非常一致。因此，本工作提供了确凿的证据，表明占据N位点取代的C原子在GaN中具有-1的电荷态，这给长期存在争议的话题带来了重要的进展。（张陆峰）

Unambiguous Identification of Carbon Location on the N Site in Semi-insulating GaN

Shan Wu, et al.

Phys. Rev. Lett. 121, 145505 (2018)

有机-无机杂化钙钛矿中有机分子

阳离子运动调制的纵光学声子

Masaya等人对甲基铵（MA）卤化铅钙钛矿单晶进行了太赫兹时域光谱分析，并直接表征了纵向光学（LO）声子。作者发现有效LO声子的波数在10到300K之间的温度范围内保持不变。然而，MA阳离子模式和源自卤化铅笼的LO声子模式之间的耦合，会引起低温下模式分裂和高温下LO声子模式衰减。这些结果影响了以往对钙钛矿半导体中电子-LO声子相互作用，以及迁移率、载流子扩散和极化子形成的理解。（张陆峰）

Longitudinal Optical Phonons Modified by Organic Molecular Cation Motions in Organic-Inorganic Hybrid Perovskites

Masaya Nagai, et al.

Phys. Rev. Lett. 121, 145506 (2018)

钝化氧化物薄膜中的非平衡溶质捕获

作者给出了高温氧化和水溶液腐蚀实验中，在NiCrMo合金上形成的氧化物组成和晶体学的实验结果。使用透射电子显微镜、衍射像差校正化学分析和原子探针断层扫描，详细的表征结果显示组分和结晶学的意外结合，远远超出了热力学溶解度极限。使用非平衡溶质捕获理论解释了该结果，此理论结合了热力学、动力学和密度泛函理论分析。在这种预测性的非平衡框架中，组成和晶体学由快速移动的界面控制。作者理论解释了组分和晶体学的不寻常组合，并预测这将在许多其它氧化和腐蚀系统以及涉及非平衡移动界面的固态过程中非常常见。（王婧瑶）

Nonequilibrium Solute Capture in Passivating Oxide Films

Xiao-xiang Yu, et al.

Phys. Rev. Lett. 121, 145701 (2018)

空心电子Ptychographic衍射成像

Song等人报导了一种使用ptychographic重建“空心”衍射图案的数据收集方法，包括定量相位恢复和同步电子能量损失光谱分析。这种方法有可能利用于新一代探测器，以原子分辨率恢复结构和化学信息。（王婧瑶）

Hollow Electron Ptychographic Diffractive Imaging

Biying Song, et al.

Phys. Rev. Lett. 121, 146101 (2018)

凝聚态物理：电子性质

责编：袁喆、马锋杰、沈卡

可调控半导体：

层状有机-无机杂化钙钛矿中

载流子态及激发的控制

对于一类基于π-共轭有机阳离子的2D有机-无机杂化钙钛矿半导体，Liu等定量地预测如何通过改变有机和无机组分来以类量子阱方式控制载流子态的性质，能量和局域性。他们基于考虑自旋轨道耦合的大规模杂化密度泛函理论的第一原理预测表明，单个杂化中有机和无机部分之间的界面可以被系统性地调制，使得能够选择不同的I型和II型能级对齐。电子和空穴的能级，重组性质和输运行为因此可以通过选择特定的有机官能团且与合适的无机组分并置来变得可调控。（方子明）

Tunable Semiconductors: Control over Carrier States and Excitations in Layered HybridOrganic-Inorganic Perovskites

Chi Liu et al.

Phys. Rev. Lett. 121, 146401 (2018)

小角度扭曲双层石墨烯中

电学可调控规范场

扭曲的双层石墨烯因为其丰富的电子特性和可调控性而引起了大量的关注。本文中，作者展示小扭角下，施加的垂直电场在数学上等价于一种新型的人工规范场。一般而言，局域化与接近于电中性的平带相关。该研究中，作者发现这个新的人工规范场可以诱导高度局域化，从而产生实空间中kagome晶格。该发现为产生和检测石墨烯平台中的赝朗道能级提供了新方法，也为实现高度局域化的阻挫晶格提供了新的方向。（刘钱）

Electrically Tunable Gauge Fields in Tiny-Angle Twisted Bilayer Graphene

A. Ramires and J. L. Lado

Phys. Rev. Lett. 121, 146801 (2018)

氧化物界面电解质场效应

引起的氧电迁移和能带重构

电解质门控是固体表面上调节载流子密度及探索新特性组合调制的有力手段。然而该机制，尤其是其对氧化物异质结中氧迁移和静电聚积的影响，仍然不清楚。在这里，Zeng等通过电输运，X射线吸收光谱，和光致发光光谱的测量探索了SrTiO3(STO)晶体和LaAlO3(LAO)覆盖层间缺氧界面上的电解质门控。他们发现，由于非晶LAO/STO界面处的氧电迁移，氧空位(Ovac)在门控后被选择性不可逆地填充，导致了其界面能带结构的重建。由于Ovac的填充，非晶界面也显示出增强的电子迁移率和电导的量子振荡。此外，通过改变生长温度，填充效果可以由LAO覆盖层的结晶度来控制。他们的研究结果揭示了电解质门控引起的不同效应，为理解深层界面处电解质门控的机理提供了进一步的线索，也为构建高迁移率氧化物界面开辟了新的途径。（方子明）

Oxygen Electromigration and Energy Band Reconstruction Induced by Electrolyte Field Effect at Oxide Interfaces

S. W. Zeng et al.

Phys. Rev. Lett. 121, 146802 (2018)

小霍尔角下热霍尔电导率的量子化

在有带隙的手性自旋液体中，纵向块体热导率比理想孤立边缘模式所贡献的量子化热霍尔电导要大得多，从而使得该类材料中的热霍尔角很小。但是声子与手性自旋液体之间的耦合作用对体系中的热霍尔效应的影响还不十分清楚。本文中，作者通过对Majorana边缘态和块体声子之间的相互作用进行建模分析，研究该类耦合作用对体系热电导的影响。作者发现当两个子系统之间存在能量交换时，块体中的电流会诱导出横向分量，从而贡献有效的霍尔电导率。值得注意的是，当边缘和块体可以被热化时，块体中将出现量子化的热霍尔电导率且量子化的质量取决于测量温度的方法。同时，作者给出了该体系中的流体动力学方程，并基于微观哈密顿模型对耦合强度及其温度依赖性进行了估计。（刘钱）

Quantization of the Thermal Hall Conductivity at Small Hall Angles

M. Ye et al.

Phys. Rev. Lett. 121, 147201 (2018)

半填充朗道能级上的

贝里相和模型波函数

[编辑推荐语]单粒子贝里相推广到多体情形为半填充的朗道能级提供了有效描述。

强外磁场由于可诱导二维电子气中产生量子霍尔效应以及费米液体等有趣的物理现象从而引起了广泛关注。本文中，作者在二维动量空间中，利用复合费米子的占据数构型，构造了半填充朗道能级参数化的模型波函数，对应于费米海中存在粒子-空穴激发。作者发现，当对应于弱激发的费米海时，它们与由库仑相互作用最低朗道能级的精确对角化得到的电子波函数有很大的重叠，从而可以通过准粒子构型识别出精确态。进一步，作者在动量空间的路径上，制定了绝热传输过程中单粒子贝里相的多体版本，并使用单个准粒子移动增量的精确本征态来计算它。在这一公式中，标准自由粒子的结构在连续周期性布洛赫波函数中的重叠部分被重新解释为在布洛赫态之间动量增加算符的矩阵元，对应于多体环境中Girvin-MacDonald-Platzman密度算符的矩阵元，从而使得利用费米面上复合费米子的输运过程计算贝里相的方法得以实现。（刘钱）

Berry Phase and Model Wave Function in the Half-Filled Landau Level

S. D. Geraedts et al.

Phys. Rev. Lett. 121, 147202 (2018)

通过驱动电流调节Dzyalosinskii-Moriya

相互作用下稳定的磁畴壁手性

Karnad等人测量并分析了Ta|Co20F60B20|MgO多层膜中在Dzyaloshinskii-Moriya相互作用（DMI）作用下稳定的自旋结构的手性。作者通过磁畴壁运动测量实验在有驱动电流和没有驱动电流情形下分别测得有效的DMI。实验发现与纯场驱动磁畴壁运动相比，电流驱动磁畴壁运动过程中有效DMI的大小和磁畴壁手性都发生了改变。作者给出了这种电流诱导DMI起源的可能性解释并讨论了它在自旋流调节DMI的理论预言中可能扮演的角色。（李松）

Modification of Dzyaloshinskii-Moriya-Interaction-Stabilized Domain Wall Chirality by Driving Currents

G. V. Karnad et al.

Phys. Rev. Lett. 121, 147203 (2018)

复合费米液体Pomeranchuk不稳定性

[编辑推荐语]：理论分析表明Pomeranchuk不稳定可以解释激发朗道能级中向列性的存在。

尽管量子霍尔系统中激发态朗道能级的向列性已在实验上很成熟，但是这个过程中的对称性破缺机制仍不为人知。有人提出在角动量量子数为2的通道中费米液体参数Fl≤-1的Pomeranchuk不稳定性是一种相关机制，但是这种观点仍缺乏决定性证据。本文中Lee等人使用变分蒙特卡洛技术计算了层厚度为有限值的复合费米子费米液体的费米液体参数Fl。作者考虑了在n=0,1,2这几个朗道能级中费米液体参数随着层厚度变化的函数关系，从而发现最低朗道能级处没有Pomeranchuk不稳定性出现的标志，而更高的朗道能级在临界层厚度以下表现出向列不稳定性。此外，n=2朗道能级的层厚度临界值更高，这与仅在n=2朗道能级中发现向列序的实验结果相符。作者提出以下物理图像：接近真正的二维极限会使得半填充高级朗道能级系统过渡到向列Pomeranchuk不稳定的边缘。（李松）

Pomeranchuk Instability of Composite Fermi Liquids

Kyungmin Lee et al.

Phys. Rev. Lett. 121, 147601 (2018)

近藤塌缩量子临界点附近的长程纠缠

Wagner等利用数值重整化群研究了近藤杂质模型中的量子纠缠，其中态密度ρ(ε)∝|ε|r(0<r<1/2)在费米能ε=0处消失。这种不可积模型具有近藤塌缩量子临界点(QCP)，将部分屏蔽相与局域磁矩相分离。磁性杂质周围半径R区域与系统其余部分间的纠缠熵中的杂质贡献Simpe揭示出一个长度尺度R*，区分开R<<R*强临界纠缠区域和R>>R*弱纠缠区。在每个相中，对于R/R*>>1，Simpe是R/R*的指数衰减普适函数。纠缠长度R*在接近相互作用量子临界点时发散，表明杂质最大程度地与导带缠绕，临界Kondo屏蔽云包含整个系统。这项工作对其它模型中的纠缠计算和重费米子量子临界性的性质有重要影响。（方子明）

Long-Range Entanglement near a Kondo-Destruction Quantum Critical Point

Christopher Wagner et al.

Phys. Rev. Lett. 121, 147602 (2018)

区域选择性生长半导体-超导体

异质结构：拓扑网络的基础

Vaitiekėnas等人介绍了一种基于分子束外延技术区域选择性生长InAs/Al异质纳米线的方法，这可以用来生长包含回路和分支的任意半导体-超导体网络。输运测量结果表明获得的纳米线存在一硬诱导超导能隙和周期为2e的库仑阻塞。随着温度升高库仑阻塞的周期从2e变为1e，这与理论分析一致。当通过平行磁场使得2e周期的库仑峰劈裂成1e周期的过程中，出现一个劈裂大小超过1e的区域，这表明系统存在低能态。作者还研究了环路网络，发现其中存在很强的自旋轨道耦合，相干输运长度达到几个微米。这些结果证明该平台在可扩展拓扑网络等方面的潜力应用。（李松）

Selective-Area-Grown Semiconductor-Superconductor Hybrids: A Basis for Topological Networks

S. Vaitiekėnas et al.

Phy. Rev. Lett. 121, 147701 (2018)

软物质与生物物理

导读：巫浩；责编：涂展春

拓扑异构酶活性驱动的

活性DNA奥林匹克环状水凝胶

生物系统配备了多种蛋白质，它们能够以比传统聚合物化学更高的精度来调节DNA的拓扑结构。在本文中，Krajina等人利用拓扑异构酶的独特性质来合成由拓扑上相互连接的DNA环形成的奥林匹克环状水凝胶。利用动态光散射微流变仪检测DNA拓扑网络的粘弹性，作者发现拓扑异构酶II能够轻松制备活性的三磷酸腺苷驱动的奥林匹克环状水凝胶，这种凝胶可根据需要在液态和固态之间切换。他们的研究结果为工程可切换拓扑材料提供了一个通用系统，可广泛用于模拟拓扑约束和活性动力学对染色体和其他聚合物材料的物理的影响。

Active DNA Olympic Hydrogels Driven by Topoisomerase Activity

Brad A. Krajina, et al

Phys. Rev. Lett. 121, 148001 (2018)

非弹性硬球在有限密度和

剪切速率下的流变学

考虑非弹性光滑硬球构成的颗粒流体，Kranz等人讨论了描述包括牛顿流体、Bagnoldian流体、剪切稀化和剪切增稠行为等流变状态的条件。通过发展一种在有限剪切速率和密度大约为玻璃化转变密度的条件下成立的动理学，作者预测了当控制参数取有实际应用意义的值时流体的粘度和Bagnold系数。最后，作者确定了流体本构关系（剪应力σ与剪切速率γ的函数关系），预测了屈服应力，完成了从第一原理得到的颗粒流变学的讨论。

Rheology of Inelastic Hard Spheres at Finite Density and Shear Rate

W. Till Kranz

Phys. Rev. Lett. 121, 148002 (2018)

人体细胞核中

核仁液滴的表面涨落和聚合

核仁是嵌入细胞核内染色质溶液中的无膜细胞器。通过分析人体内核仁的表面动力学和融合动理学，Caragine等人发现核仁表面呈现出细微但可测量的形状涨落，并且连接两个融合核仁的颈部半径随时间的增长规律为 r(t) ~ t1/2。这与具有低表面张力~ 10-6 Nm-1的液滴在高粘度~ 103 Pa s的外部流体中的聚合是一致的。作者的研究提出了一种非侵入性方法，通过使用天然探针及其动力学来研究细胞及其组分的材料特性。

Surface Fluctuations and Coalescence of Nucleolar Droplets in the Human Cell Nucleus

Christina M. Caragine, et al

Phys. Rev. Lett. 121, 148101 (2018)

[文字编辑：谢晓芝]