PRL简介-2019年第11期第122卷

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普通物理：统计和量子物理
编辑：郭文安
负Keldysh拟概率的非经典行为证明
Potts介绍了一种实验测试，以排除使用单个探测器在任何时间测量任何可观测测量值时获得的统计数据的经典解释。这种测试要求对测量值有一定程度的信任，这种信任表现为对检测器的一些自然假设。在量子理论中，冯诺依曼测量很好地描述了作者所考虑的情况。它们自然可以用凯尔迪什准概率分布(KQPD)和测量仪器施加的不准确度和反作用力来描述。作者发现，当且仅当KQPD为负值时，经典描述才能从实测数据中排除。作者提供了一个基于模拟数据的例子，考虑了有限数量的统计数据的影响。除了提供保证非经典性的实验工具外，他的结果还提供了负拟概率分布非经典性的操作含义(如Wigner函数和全计数统计)。(崔世峰)
证明负Keldysh拟概率的非经典行为
帕特里克波茨
物理牧师列特。122, 110401 (2019)
https://journals . APS . org/PRL/abstract/10.1103/physrevlett . 122.110401
自旋角动量耦合玻色-
爱因斯坦凝聚体的基态相图
利用一对高斯光束和拉盖尔-高斯光束诱导的拉曼跃迁，实现了铷87的轨道角动量耦合的凝聚。通过改变拉曼跃迁的失谐量和耦合强度，张东方等人通过实验首次绘制出系统的基态相图。不同相之间的相变表现为OAM和自旋极化的不连续转变，所以是一级相变。显示了该一级相变的磁滞回线，阐明了原子间相互作用的作用。这项工作为探索自旋轨道角动量耦合量子气体中的奇异量子相位铺平了道路。(崔世峰)
自旋-轨道-角动量耦合玻色-爱因斯坦凝聚体的基态相图
张东方等人
物理牧师列特。122, 110402 (2019)
https://journals . APS . org/PRL/abstract/10.1103/physrevlett . 122.110402
避免不可逆性：
量子资源的共振转换操纵
我们确定和探索纠缠、相干和热力学的资源理论中出现的资源共振的有趣性质。虽然所考虑的理论是渐进可逆的，但在可用资源有限的现实场景中，情况通常并非如此。造成这种不可逆性的有限尺寸效应，可能会阻碍小型量子资讯处理器或热机发挥全部潜能。然而，我们在这里表明，通过精心设计资源相互转换过程，任何这种损失都可以大大抑制。我们的结果是通过资源相互转化的速率和达到的保真度之间的折衷的高阶展开来预测的，并且通过适当的基本近似优化条件的精确数值优化来验证。
避免不可逆性：量子资源的工程共振转换
Kamil Korzekwa等人。
物理牧师列特。122, 011403 (2019)
https://journals . APS . org/PRL/abstract/10.1103/physrevlett . 122.110403
准晶光学晶格的物质波衍射
【编辑推荐】实验者在二维准晶格上实现了玻色-爱因斯坦凝聚，为这些分形结构中各种量子多体现象的模拟开辟了道路。
准晶体是长程有序的，但不是周期性的。这就导致了大量有趣的物理现象，比如拓扑性质从更高维度的继承，以及所有尺度上非平庸结构的存在。在这里，作者首次报道了八重旋转对称光学晶格的实验演示，实现了超冷原子的二维准晶势。利用物质波衍射，作者观察到了这种准晶结构的自相似性，这与利用电子衍射首次发现准晶相似。短时间尺度下的衍射动力学构成了均匀四维紧束缚晶格上的连续时间量子行走。这些测量为分形结构和更高维度的量子模拟铺平了道路。(朱文静)
准晶光学晶格的物质波衍射
Knorad Viebahn等人。
物理牧师列特。122, 110404 (2019)
https://journals . APS . org/PRL/pdf/10.1103/physrevlett . 122.110404
驱动二阶非线性光子晶格的量子临界区
我们研究了存在双光子驱动和耗散的耦合光学腔阵列。该系统在有限温度下表现出类似于量子伊辛模型的临界行为。利用角空间重整化方法，我们计算了一维及二维不同尺寸有限晶格的稳态性质。从光子数宇称平均值的有限标度出发，我们强调了在小耗散区域出现了一个临界点，属于量子伊辛普适类。对于增加的光子损失率，偏离这一普遍行为标志着量子临界状态的开始，其中由损失引起的经典波动与长程量子相关性竞争。
二次驱动非线性光子晶格中的量子临界区
里卡多罗塔等人
物理牧师列特。122, 011405 (2019).
https://journals . APS . org/PRL/abstract/10.1103/physrevlett . 122.110405
摄像盒系统的脉冲量子态重建
作者提出了重建黑箱系统量子态的新方案(即测量或调控不能直接操作的自由度)。他们的方案依赖于对一个两能级探针的量子控制，该探针对暗箱系统施加一个依赖于状态的电势。使用施加到探针的一系列控制脉冲，可以调整所获得的信息，例如，可以重建相机盒自旋的密度算子和谐振子的维格纳特征函数。由于脉冲序列的对称性，该方案对探头上的慢噪声具有鲁棒性。原理实验在固体自旋和囚禁离子中是可行的。(侯迪沙)
暗系统的脉冲量子态重建
刘玉等人
物理牧师列特。122, 110406 (2019)
https://journals . APS . org/PRL/abstract/10.1103/physrevlett . 122.110406
超导量子处理器的真12量子比特纠缠
【编辑推荐】利用精心校准的单个量子比特和2个量子比特的量子门序列，12个超导量子比特纠缠在一起，形成线性团簇态。
龚铭等人报道了在超导处理器中制备和验证真12量子比特纠缠。他们设计制造的处理器由一维链上的量子位组成，其弛豫时间从29.6到54.6微秒不等。12量子比特纠缠的测量保真度高于0.55440.0025，超过了真正的多方纠缠阈值21个标准统计偏差。在热循环之后，12量子位状态的保真度进一步提高到超过0.7070.008。产生线性簇态的纠缠电路在量子位数量方面是深度不变的，使用单量子位和双量子位门代替集体相互作用。他们的结果是向基于可扩展测量的大规模随机电路采样和量子计算迈出的重要一步。(刘玉海)
超导量子处理器上的真正12量子比特纠缠
龚铭等人
物理牧师列特。122, 011501 (2019)
https://journals . APS . org/PRL/abstract/10.1103/physrevlett . 122.110501
微型热机运行中量子效应的实验验证
【编辑推荐】实验表明，量子相干导致量子热机比相应的经典热机效率更高。
量子热机的一个基本特征是工作流体的内部态可以相干叠加。最近，有人预测，在小型发动机领域，这种能力可以使量子热机比任何等效的经典热机具有更大的功率。在同一区域，这种内部相干性的存在使得不同类型的量子热机在热力学上变得等价。本文作者利用金刚石中氮空位中心的系综实现了两种量子热机，并从实验上观察了这两种效应。(孙)据
微观热机运行中量子效应的实验演示
詹姆斯克拉特佐等人。铝
物理牧师列特。122，110601发布于2019年3月20日
https://journals . APS . org/PRL/pdf/10.1103/physrevlett . 122.110601
开放式Floquet系统
相变中临界性的消失
我们处理耦合到一个浴池的周期驱动系统中相变的性质。后者使异步的有限熵非平衡Floquet稳态成为可能，我们用非平衡重整化群(RG)方法分析了快速驱动。当无限快速驱动极限呈现二阶相变时，我们揭示了当驱动频率有限时，涨落使相变变成一阶。这可以追溯到一个普遍的机制，它主要取决于与更高的弗洛凯布里渊区相关联的简并、近临界模式的竞争。无限快速驱动系统的临界指数——包括一个新的、独立的系统——仍然可以通过实验来探测，只要平稳地调整到那个极限。
开放Floquet系统的相变缺乏临界性
史蒂文马希和s迪尔
物理牧师列特。122, 011602 (2019)
https://journals . APS . org/PRL/abstract/10.1103/physrevlett . 122.110602
重力和天体物理学
简介：郭敏勇；编辑：高思杰
天体物理引力波背景中的各向异性：
黑洞分布的影响
用作者数推断方法探讨了双黑洞(BBH)分布的不确定性对天体物理引力波背景的影响。他们的研究结果表明，AGWB单极子对BBH分布(尤其是局部合并率)很敏感，而各向异性的Cl谱只被修改了几个百分点，与其他不确定源(如宇宙变化)相比微不足道。这些信息对AGWB未来的观测和研究具有潜在价值，因为它表明：(I)单极子可以作为宇宙历史上致密天体分布的新探测器，这是对LIGO和室女座直接观测的补充，(ii)即使我们对黑洞的分布只有相对近似的了解，我们仍然可以对Cl谱做出惊人强大的预测。因此，AGWB各向异性作为宇宙大尺度结构和广义晚宇宙学的新探测器具有巨大的潜力。
天体物理学引力波背景中的各向异性：黑洞分布的影响
亚历山大詹金斯等人。
物理牧师列特。122, 111101 (2019)
https://journals . APS . org/PRL/pdf/10.1103/physrevlett . 122.111101
基本粒子和场论
编辑：魏超，刘小慧
量子限制的早期宇宙学
如果强耦合扩展到与动态场相关的量。那么在宇宙早期，强相互作用可能看起来很不一样。本文考虑了一种情况，QCD被约束在高温下，具有大的动力学尺度，并在核爆炸合成前弛豫回到1GeV。讨论了这一理论的宇宙学含义，并探讨了它的潜在应用，包括发现一种新的重子产生机制，如果QCD禁闭发生在电弱相变之前，它将被激发。
QCD禁闭的早期宇宙周期
塞达伊佩克和蒂姆泰特
物理牧师列特。122, 112001 (2019)
https://journals . APS . org/PRL/abstract/10.1103/physrevlett . 122.112001
高次循环的因果性和循环树对偶性
本文将L-圈费曼积分与相空间积分的求和联系起来，其中被积函数由原L-圈图的生成树决定。因果律要求树的传播子具有修正的i项。作者给出了正确i项的简单公式。
高次回路的因果性和回路树对偶性
罗伯特朗克尔等人。
物理牧师列特。122, 111603 (2019)
https://journals . APS . org/PRL/abstract/10.1103/physrevlett . 122.111603
共形场论中的全息纯化纠缠
本文探索了全息纯化纠缠的共形场理论解释，定义为纠缠楔形截面的最小面积。作者认为在ADS3/CFT2中，全息纯化的纠缠与特殊Weyl变换(称为路径积分优化)得到的纯化态的纠缠熵是一致的。根据定义，这种特殊的纯化态具有最小的路径积分复杂度。作者用几个例子证实了这一观点。
共形场论提纯的全息纠缠
Pawel Caputa等人。
物理牧师列特。122, 111601 (2019)
https://journals . APS . org/PRL/abstract/10.1103/physrevlett . 122.111601
在广义超重力背景下
弦理论的Weyl不变性
本文在广义超引力的背景下重新研究了弦理论的Weyl不变性。Sakamoto等人在他们的工作中创建了一个可能的偏移项，但在一些文献中似乎是一个有争议的点，无论它是否本地化。为了解决这个问题，作者证明了在广义超重力背景下，抵消项可以定域，环异常可以完全消除。
广义超重力背景下弦理论的Weyl不变性
J.费尔南德斯梅尔加列霍等人。
物理牧师列特。122, 111602 (2019)
https://journals . APS . org/PRL/abstract/10.1103/physrevlett . 122.111602
6D(2，0)超重力的所有树形图振幅；
相互作用张量多重性和K3模空间
本文给出了与21个阿贝尔张量多重态耦合的六维(6D)(2，0)超引力的完全树图矩阵的扭状公式。这是一个低能有效的理论，对应于压实在K3面上的IIB型超声理论。该公式表示为截断黎曼球面上某些有理映射的模空间上的积分。通过研究这个公式的软极限，作者可以探索这个理论的局部模空间{[SO(5，21)]/[SO(5)SO(21)]}。最后，通过降维，作者得到了4D N=4的爱因斯坦-麦克斯韦理论中树图的S矩阵元的新公式。
6D (2，0)超引力：相互作用张量多重态和K3模空间的所有树振幅
马修海德曼等人。
物理牧师列特。122, 111604 (2019)
https://journals . APS . org/PRL/abstract/10.1103/physrevlett . 122.111604
原子、分子和光学
简介：宋心秀；编辑：闫宇楠
介观系统中原子蒸汽的光传输
通过测量近共振光通过纳米腔中原子蒸汽的光透射，本文显示了原子运动的非局域性引起的介电光学响应，其相位相干长度大于腔的厚度。虽然传统的色散理论(其中局域原子响应与麦克斯韦-玻尔兹曼速度分布简单卷积)不能再现测量的光谱，但作者发现，一个包含非局域尺寸相关磁化率的模型与实验测量结果符合得很好。该结果深化了人们对介观系统中光与物质相互作用的认识，对于介观效应可能削弱或增强小型化原子传感器性能的应用具有指导意义。
介观范围内原子蒸汽的光透射
T.Peyrot等人。
物理牧师列特。122, 113401 (2019)
https://journals . APS . org/PRL/abstract/10.1103/physrevlett . 122.113401
位移跳频Ramsey谱的研究
最近，有人提出，使用一系列复合激光脉冲的复杂的基于Ramsey的询问协议可以应用于下一代原子钟，这可以几乎完美地消除原子检测中由场相互作用引起的频率漂移。本文提出了一种简单的自平衡Ramsay询问协议替代方案，并演示了其在CPT冷原子微波时钟中的应用。该方法基于两个连续的具有不同黑暗期的拉姆齐级数。主要的独创性在于通过跳频对中央拉姆齐条纹进行采样，通过一个附加的频移伴随参数进行微调，频移伴随参数与暗周期成反比。这种位移跳频Ramsay方法的优点是本振(LO)频率成为控制序列中伺服环路的单一物理参数，简化了实现，避免了控制LO相位带来的噪声。与标准的Ramsey询问协议相比，当CPT冷原子钟用于测试时，该方案将时钟频率对光漂移的灵敏度降低了至少一个数量级。这种简单的方法可用于基于Ramsey谱的各种应用，包括基于CPT的频率测量、光学原子钟、质谱和精细光谱。
具有位移频率跳跃的拉姆齐光谱学
米（meter的缩写））舒克等人。
物理牧师列特。122, 113601 (2019)
https://journals . APS . org/PRL/abstract/10.1103/physrevlett . 122.113601
同时，它具有高保真和高效率。
高分辨率和高分辨率的按需半导体纠缠光子源。
【编辑推荐】一种基于量子点的器件结合了产生量子信息应用所需的可靠纠缠光子源的所有特性。
量子和可扩展光子量子技术的一个突出目标是开发一种光源，一次只发射一个纠缠光子对，该光子对还应具有高纠缠保真度、提取效率和光子不可分辨性。单个InGaAs量子点耦合到具有11.3的宽带Purcell因子的圆形布拉格光栅的靶心腔。通过量子点的相干双光子激发，产生纠缠光子对。该光子对的态保真度为0.90(1)，产生率为0.59(1)，提取效率为0.62(6)，光子分辨率为0.90(1)。这项工作将为高效多光子实验和固态量子中继器开辟许多新的应用领域。
同时具有高保真度、高效率和不可分辨性的按需半导体纠缠光子源
汪卉等人。
物理牧师列特。122, 113602 (2019)
https://journals . APS . org/PRL/abstract/10.1103/physrevlett . 122.113602
量子磁学的腔-量子-电动力学工具箱
最近对光学谐振腔中超冷原子的旋量自有序的实验观察为探索量子-气体-腔系统中出现的磁有序奠定了基础。基于这个平台，我们介绍了一个实现由各种耦合组成的长程量子自旋哈密顿量的通用方案，包括海森堡和Dzyaloshinskii-御名方守矢相互作用。我们的模型由一个有效的两分量玻色-爱因斯坦凝聚体组成，由两个经典泵浦激光器驱动，耦合到一个双方案的线性腔的单个动态模。腔光子以空间调制的耦合系数介导长程自旋-自旋相互作用，其中后者可以通过修改泵浦激光器的空间轮廓来调谐。作为实验相关的例子，我们证明了通过适当地选择泵浦激光的空间分布，非手性畴壁反铁磁和手性自旋螺旋有序e合并超过临界激光强度。通过调节反射镜的反射率，可以在单个实验装置中观察到这两个阶段之间的转变。我们还讨论了我们的方案的扩展，以实现其他类别的自旋哈密顿量。
量子磁学的腔-量子-电动工具箱
Farokh Mivehvar等人。
物理牧师列特。122, 113603 (2019)
https://journals . APS . org/PRL/abstract/10.1103/physrevlett . 122.113603
非线性动力学和流体力学
编辑：兰
二元液滴蒸发中的重力效应对键数为Bo1的甘油-水二元亚毫米液滴的蒸发流动进行了实验和数值研究。首先，研究人员通过粒子图像测速仪测量了基底附近的固着液滴和悬垂液滴的流场。令人惊讶的是，这两个液滴的径向流动方向相反，分别向内和向外。这一观察清楚地表明，尽管液滴尺寸非常小，但重力效应在控制蒸发液滴的流场方面起着至关重要的作用。理论分析表明，这种重力驱动效应是由于甘油的低挥发性导致水的优先蒸发，然后两种组分的局部浓度差导致密度梯度，从而驱动对流流动。他们证明阿基米德数Ar是引力效应发生的无量纲控制参数。通过比较两种蒸发液滴系统，即甘油-水滴和1，2-丙二醇-水滴，证实了他们的假设。通过改变一系列液滴的高度，他们得到了不同的ar，这些ar大于或小于一个单位，对应于有或没有重力效应的情况。最后，通过对这一过程的数值模拟，发现与实验结果吻合较好，再次印证了他们的解释。
(柴米莎)
二元微液滴蒸发中的引力效应
李亚星，等
物理牧师列特。122, 114501 (2019)
https://journals . APS . org/PRL/abstract/10.1103/physrevlett . 122.114501
用于波前的振幅和相位控制
复合变光材料
超曲面允许对电磁波阵面进行定制控制。然而，由于功率流的局部守恒，被动的、无损耗的和无反射的超表面被限制为将相位不连续性(而不是功率密度不连续性)传递到波前上。在这里，我们展示了如何使用两个紧密间隔的相位不连续元表面来独立控制波前的相位和振幅剖面。这两个元表面，每一个都被设计成呈现空间变化的折射特性，被波长尺度的距离分开，并且一起形成复合元光学。提出了一种设计复合超光学的方法，该方法能够在没有反射、吸收、偏振损耗或有源元件的情况下实现任意复数值场分布之间的变换。这种复合元光学器件可以应用于粒子的光学捕获、显示三维全息图像、缩小光学系统的尺寸或产生定制的(成形的和可控的)远场辐射图案。(柴米莎)
波前振幅和相位控制的复合超光学
安东尼格尔比奇布莱恩拉克尔
物理牧师列特。122, 113901 (2019)
https://journals . APS . org/PRL/abstract/10.1103/physrevlett . 122.113901
弯曲弹性杆和带弹性中扭转诱导弹性的研究弹性结构广泛应用于各种自然和人工系统中，主要是实现不依赖肌肉元件的快速运动。尽管已经详细研究了弹性能量储存和快速释放的几种机制，但是理解这种机械系统的设计方法仍然是力学中的关键挑战。本文通过实验、数值模拟和理论分析，研究了几何约束带的扭转驱动屈曲和快速倾覆动力学。研究人员已经确定了两种不同类型的形状变化：窄带拉伸，宽带形成一对局部螺旋。他们建立了一个相图来解释边界的起源，这主要是由几何决定的。通过量化重力的影响，阐明了描述快速周转的时间尺度。他们的研究揭示了几何扭曲-弯曲耦合在薄受限结构快速动力学中的独特作用，这对生物学和应用物理学中的一大类问题具有启发意义。
(柴米莎)
弯曲弹性杆和带的扭转诱发的折断
和田弘文佐野智彦
物理牧师列特。122, 114301 (2019)
https://journals . APS . org/PRL/abstract/10.1103/physrevlett . 122.114301
颗粒流中的湍流转变
悬浮颗粒会改变流体的性质，尤其是还会影响从层流到湍流的转变。一项早期的研究[M atas等人，物理评论列特。90，014501 (2003)]报道了亚临界(即滞后)过渡到湍流喷流是如何受到颗粒添加的影响的。在这里，我们表明，除了这个已知的转变，在增加浓度的超临界(即，连续)转变到全局波动状态被发现。同时，牛顿型向吹气的转变延迟到较大的雷诺数。在更高的浓度下，只能发现全局波动状态。因此，充满颗粒的流动的动力学由两种相互竞争的不稳定性决定，这两种不稳定性产生三种流动状态：低浓度下的：牛顿型湍流，高浓度下的颗粒诱导全局波动状态，以及中等浓度下的共存状态。
(柴米莎)
载有颗粒的流中向紊流的转变
Nishchal Agrawal等人。
物理牧师列特。122, 114502 (2019)
https://journals . APS . org/PRL/abstract/10.1103/physrevlett . 122.114502
等离子体和束物理
编辑：陈少勇、牟茂林
负三角形可变放电中的二维托卡马克
获得与未来反应堆相关的高性能等离子体
Austin等人在DIII-D托卡马克中实现了负三角形变化(=0.4)的等离子体放电。虽然这次放电没有边缘压力平台和边界局域模，但仍具有高归一化(N=2.7)和高约束模(H98y2=1.2)的约束特性。这些内壁约束等离子体具有与规则三角形(=0.4)ELM高约束模式放电相同的整体性能：相同的等离子体电流、伸长率和横截面积。对于电子回旋加速器主导加热Te/Ti1和中性束注入主导加热Te/Ti=1的情况，与正三角形的情况相比，负三角形的等离子体放电0.50.9区域径向位置的湍流起伏减小了10~50%(取决于径向位置和具体条件)。(牟茂林)
在DIII-D托卡马克中实现负三角形的反应堆相关性能
米（meter的缩写））e .奥斯汀等人
物理牧师列特。122, 115001 (2019)
https://journals . APS . org/PRL/abstract/10.1103/physrevlett . 122.115001
束驱动等离子体尾场
实现纵向相空间调节。
【编辑推荐】本文提出了一种新的装置，可以消除等离子体尾迹场中的时间-能量关联或能量啁啾，从而降低束流的总能量发散。
下一代低成本紧凑型粒子加速器可应用于工业、医疗、科研等诸多领域。开发能够提供高亮度束流的紧凑型加速器设备是这一研究领域中最具挑战性的任务之一。光束的纵向相空间整形对实现光束的峰值亮度起着关键作用。V. Shpakov等人提出了一种新的方法，可以通过等离子体尾迹场来调节高亮度光束的纵向相位空间分布。在这项研究中，由穿过等离子体的电子束驱动的大振幅尾迹场被用来控制粒子沿束的时间-能量关联。实验结果表明，只需改变等离子体密度就可以高度调节光束的相空间，并可以对光束进行标记或去除任何相关性。这是未来等离子体加速器处理大量时能相关束流的基本要求。(杨)据
利用束驱动等离子体尾波场的纵向相空间操纵
动词（verb的缩写）什帕科夫等人
物理牧师列特。122, 114801 (2018)
https://journals . APS . org/PRL/abstract/10.1103/physrevlett . 122.114801
凝聚态物理：结构
编辑：尹志平
水合层中的原子粘度分布
溶剂化物结构的粘度对于开发高效节能的生物功能器件和电化学器件非常重要。阐明它们的亚纳米分布将有助于形成一个可持续的能源社会。本文利用超低噪声的FM原子力显微镜可视化了二元离子组成的CaCO3表面的三维阻尼分布。在分子动力学模拟的支持下，作者在钙离子的位置发现了一个非常大的阻尼，显示了这种方法在原子尺度上可视化水化层粘度的能力。作者的发现将加速各种功能设备的开发。(曹锦)
水合层中原子水平的粘度分布
梅田健一等人。
物理牧师列特。122, 116001 (2019)
https://journals . APS . org/PRL/abstract/10.1103/physrevlett . 122.116001
拓扑平凡和非平凡相中的Pb0.7Sn0.3Se
表面声子色散的比较
报道了拓扑晶体绝缘体Pb 0.7 sn 0.3 se(001)面声子色散的非弹性he原子散射测量。这种材料表现出与温度相关的拓扑转变，因此作者测量了普通相和非平凡相的表面色散曲线。特别是，作者区分了大多数表面模式是共振，而不是纯表面态。发现9.0 meV附近的切变垂直表面共振分支从拓扑平凡相显著地转变为拓扑非平凡相。作者将这一显著变化与地表狄拉克费米子的出现联系起来。相应的依赖于模式的电子-声子耦合v(q)由共振分支的测量色散决定。(马晓博)
对比Pb0.7Sn0.3Se在拓扑平凡相和非平凡相中的表面声子色散
南卡利什等人。
物理牧师列特。122, 116101 (2019)
https://journals . APS . org/PRL/pdf/10.1103/physrevlett . 122.116101
凝聚态物理：电子性质
编辑：袁哲、马凤杰、沈卡
共价钙钛矿氧化物中的电子控制可转换
和可调拉什巴型自旋分裂。
在过渡金属钙钛矿(ABO3)中，大多数物理性质可以通过结构参数来调节，例如BO6八面体的旋转。例子包括正铁氧体的Nel温度、混合价锰氧化物的电导率和稀土钪酸盐的带隙。由于氧化物通常具有较大的内部电偶极子，可以容纳重元素，因此也是展示拉什巴自旋轨道耦合的主要候选材料，这种耦合可以有效地将电荷和自旋电流相互转换。然而，虽然在基于SrTiO3 _ 3的界面体系中有一些实验报道，但对这些材料中Rashba相互作用的研究很少，其与结构畸变的相互作用仍然未知。在这里，Varignon等人确定了一种铋基钙钛矿，具有大的电控可切换Rashba相互作用，其振幅可以通过铁极化和氧八面体呼吸模式来控制。这种特殊的结构参数来源于Bi-O键的强共价性，使人联想到钙钛矿型镍酸盐。他们的结果不仅为自旋-电荷转换器的制造提供了新的策略，而且强调了共价性质在设计和研究复合氧化物新特性中的重要作用。(方)据
共价钙钛矿氧化物中可电切换和可调的Rashba型自旋分裂
朱利安瓦里尼翁等人。
物理牧师列特。122, 116401 (2019)
https://journals . APS . org/PRL/abstract/10.1103/physrevlett . 122.116401
Weyl半金属锥中拓扑费米弧的轨道织构
单组磷化合物TaAs和TaP是已经被彻底研究过的Weyl半金属。然而，在这些系统中精确地排列费米弧以容纳Weyl点的预测手征电荷是非常困难的，并且费米表面中不同表面特征的拓扑特征并不完全清楚。这里，闵等人利用角分辨光电光谱仪中的线性二色性和第一性原理计算的联合分析，揭示了TaP(001)整个费米面的径迹织构。他们在投射的Weyl节点处观察到轨道结构的显著转变，并展示了它们如何对表面能带结构的拓扑分类做出贡献。他们的研究结果揭示了轨道自由度在调节Weyl半金属表面-身体连通性中的关键作用。(方)据
Weyl半金属锥中拓扑费米弧的轨道指纹
郑希敏等人。
物理牧师列特。122, 116402 (2019)
https://journals . APS . org/PRL/abstract/10.1103/physrevlett . 122.116402
利用二维量子维格纳晶体的屏蔽效率
来研究它的融化过程。
【编辑推荐】用渗透电容测量屏蔽效率，可以反映维格纳晶体准确的熔化温度和填充相图。
量子维格纳晶相(WC相)是相互作用电子系统中最基本也是最难以捉摸的集体相之一。当系统中的库仑排斥能超过其费米动能时，有望在这类系统中形成有序的电子阵列。在低无序度的二维电子系统中，低温和小朗道填充因子下出现量子WC相。由于体系中无序势的钉扎效应，WC相表现出绝缘行为。然而，在WC的熔化过程中，很难测量温度与填充因子之间的关系。本文作者采用电容测量法来研究2D WC中温度与填充因子的关系。结果表明，低温下钉扎WC的屏蔽效能较低。当在高温下熔化时，屏蔽效率增加。但有趣的是，屏蔽效率并不随温度的升高而单调变化，而是在WC的熔化温度附近出现一个最大值。研究结果为准确绘制磁场诱导WC中温度随填充因子变化的相图提供了一种新方法。(刘谦)
通过屏蔽效率探测二维量子Wigner晶体的熔化
H.邓等人。
物理牧师列特。122, 116601 (2019)
https://journals . APS . org/PRL/abstract/10.1103/physrevlett . 122.116601
测量拓扑超导环中宇称反常的建议
超导环的唯一特征是插入超导通量量子时基态费米子数的宇称跃迁，这是拓扑宇称反常的直接结果。虽然拓扑超导体还有许多其他显著的特性和应用，但这个基本的定义特性仍需实验观察。在这里，刘等人提出，费米子宇称跃迁可以从悬浮超导环上电导的通量周期性对充电能量、温度和隧道势垒的依赖性中检测出来。他们将Ambergaokar-Eckern-Schn公式推广到具有库仑充电能量的超导体，以建立这种环的热力学和输运性质与超导体拓扑不变量之间新的显式关系。非常重要的是，他们表明电导振荡中的拓扑贡献可以通过它们对充电能量或势垒穿透的不同依赖性与非拓扑起源的Aharonov-Bohm振荡分开。(方)据
测量拓扑超导体环中宇称异常的建议
刘春晓等人。
物理牧师列特。122, 117001 (2019)
https://journals . APS . org/PRL/abstract/10.1103/physrevlett . 122.117001
铁磁超导体中的磁畴相理论
最近发现磷掺杂EuFe2As2化合物的超导临界温度可以远高于铁磁相变温度，磁性和超导性之间的主要机制是电磁相互作用。以前的实验工作表明，当温度略低于居里温度时，这个系统的磁畴会在空间出现短周期结构。在这篇论文中，Devizorova等人建立了一套理论来描述这种转变，并讨论了初始状态下的正弦磁结构是如何逐渐演变成类孤子畴结构的。进一步降低温度，具有短周期磁畴的迈斯纳相可以通过一级相变转变为铁磁涡旋态。作者计算了这一相变的相应参数。涡旋态下的磁畴尺寸与正常铁磁畴的磁畴尺寸基本相同，但其畴壁可以产生垂直于畴内涡旋的涡旋结构。(宋丽)
铁磁超导体中的磁畴相理论
Zh。Devizorova等人。
物理牧师列特。122, 117002 (2019)
https://journals . APS . org/PRL/abstract/10.1103/physrevlett . 122.117002
量子自旋冰中的巡回分数激发谱
【编辑推荐】计算揭示量子自我旋冰中传播的磁单极子的中子散射特征。
本文中，作者借助于中子散射实验，研究了量子自旋冰中分数激发态的量子动力学。通过分析中子散射实验中的动力学结构因子，作者发现双磁单极子扇区的态密度ρ(ω) 具有明显的奇异性和非对称性，从而提供了可用于与实验比较的指纹性特征。通过有限团簇的精确对角化得到的ρ(ω)与Husimi仙人掌型表示构型空间跳跃问题的解析解一致，但是和单极子在实空间运动的面心立方晶格的结果不一致。作者指出这主要是受自发规范场自由度下，磁单极子的带电性影响。这强调了同时处理这两组自由度的重要性，并提出了一个维度演变的新奇实例。（刘钱）
Spectrum of Itinerant Fractional Excitations in Quantum Spin Ice
M. Udagawa and R. Moessner
Phys. Rev. Lett. 122, 117201 (2019)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.117201
具有混合对称性的
超短波长自旋波的相干激发
由于能够满足低能耗和器件小型化的需求，短波长自旋波被认为是未来自旋电子学信息处理和交互设备的潜在信息载体。然而，如何有效地激发出纳米尺度自旋波并对其传播进行操控仍然是目前面临的巨大挑战。本文中，Dieterle等人报道了他们在单层铁磁系统中观测到的由自旋涡旋核动力学演化所激发出来的大幅度、超短波长的偶极-交换自旋波（在10GHz频段的波长可以小至80nm）。作者使用时间分辨的X光显微镜在整个频率范围内对这种自旋波进行直接成像。通过进一步分析，作者发现这些波的实空间波函数可以同时混合对称和反对称成分，因而磁矩在空间某些区域的运动可以表现出与拉莫尔进动方向相反的进动行为或者沿某个方向线性振荡。这种包含了螺旋方向变化的动力涡旋的磁矩空间分布模式，导致部分磁通在薄膜内部发生闭合。这种现象可以通过不同自旋波模式的杂化来解释，是较厚的铁磁薄膜固有的动力学特征，与激发方法无关。（李松）
Coherent Excitation of Heterosymmetric Spin Waves with Ultrashort Wavelengths
G. Dieterle et al.
Phys. Rev. Lett. 122, 117202 (2019)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.117202
外延CoFe薄膜中
吉尔伯特阻尼的高度各向异性
对金属铁磁薄膜的吉尔伯特阻尼的调控是自旋电子学领域的重要研究方向。本文中，Li等人用自旋转矩铁磁共振和感应铁磁共振实验发现，外延Co50Fe50薄膜的吉尔伯特阻尼具有高度各向异性，其最大阻尼和最小阻尼的比值达到400%。作者提出这种阻尼各向异性起源于不同磁矩取向下立方晶格自旋轨道耦合强度的变化，这与各向异性磁电阻的测量相吻合。（李松）
Giant Anisotropy of Gilbert Damping in Epitaxial CoFe Films
Yi Li, Fanlong et al.
Phys. Rev. Lett. 122, 117203（2019）
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.117203
SrCo2As2中铁磁和条纹反铁磁
自旋涨落的共存
自从2008年铁基超导发现以来，早期的理论计算就提出可能的铁磁关联对超导的影响。虽然有大量的理论与实验工作对铁基超导体中的反铁磁涨落进行了系统的研究，但是对铁磁涨落的讨论由于实验证据的缺乏，一直没有受到足够的重视。在本篇文章中，作者使用中子散射技术系统地研究了SrFe2-xCoxAs2超导体的重电子掺杂化合物SrCo2As2的中的磁激发，发现了在该系统中同时存在铁磁和反铁磁涨落，它们对应的波矢位置分别为QAF= (1,0) 和 QFM=(0,0)/(2,0)。结合动力学平均场理论计算和角分辨光电子能谱测量，作者认为SrCo2As2中的铁磁和反铁磁涨落与eg轨道在费米能级附近形成的平带有密切的关系，这与SrFe2-xCoxAs2超导体中磁涨落起源于t2g轨道有明显不同。因此，Co掺杂导了SrFe2-xCoxAs2中与磁性有关的轨道发生了从t2g到 eg的转变，并且铁磁涨落常常被认为会破坏单态超导配对。这为解释铁基超导相图中明显的电子空穴不对称提供了另一种可能。（方子明）
Coexistence of Ferromagnetic and Stripe Antiferromagnetic Spin Fluctuations in SrCo2As2
Yu Li et al.
Phys. Rev. Lett. 122, 117204 (2019)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.117204
磁畴壁进动产生的巴克豪森噪声
外加磁场可驱动无序铁磁体中的畴壁产生非均匀的动力学行为，被称为巴克豪森效应（Barkhausen effect），这是一种爆裂噪音的典型范例。对纳米尺度的磁畴壁而言，外磁场对畴壁的影响可以用一维模型很好的描述，但是对于较宽的畴壁，已不能用一维模型描述，这时候需要考虑磁畴壁中拓扑缺陷的成核、传播和湮灭等。本文中，作者利用全微磁模拟的方法，研究了无序Pt/Co/Pt薄膜中，磁畴壁进动过程中的巴克豪森噪声。结果发现，此时的畴壁包含布洛赫线型的拓扑缺陷，在巴克豪森跃迁过程中重复地在畴壁内成核、传播和湮灭。同时，作者还发现，除了畴壁的传播外，畴壁内的平面布洛赫线动力学还表现出爆裂噪声，并贡献了整体自旋转动的主要部分。（刘钱）
Barkhausen Noise from Precessional Domain Wall Motion
T. Herranen and L. Laurson
Phys. Rev. Lett. 122, 117205 (2019)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.117205
在可见光谱中探测
拓扑硅光子晶体的能带结构
We study two-dimensional hexagonal photonic lattices of silicon Mie resonators with a topological optical band structure in the visible spectral range. We use 30 keV electrons focused to nanoscale spots to map the local optical density of states in topological photonic lattices with deeply subwavelength resolution. By slightly shrinking or expanding the unit cell, we form hexagonal superstructures and observe the opening of a band gap and a splitting of the double-degenerate Dirac cones, which correspond to topologically trivial and nontrivial phases. Optical transmission spectroscopy shows evidence of topological edge states at the domain walls between topological and trivial lattices.
Probing the Band Structure of Topological Silicon Photonic Lattices in the Visible Spectrum
S. Peng et al.
Phys. Rev. Lett. 122, 117401 (2019)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.117401
受限在耦合的砷化镓量子阱中的二维偶
极激子在准凝聚交叉处的缺陷扩散
We study ultracold dipolar excitons confined in a 10 μm trap of a double GaAs quantum well. Based on the local density approximation, we unveil for the first timethe equation of state of excitons. Specifically, in this regime and below acritical temperature of about 1 K, we show that for a local densityn ∼(2-3)x1010cm-2a coherent quasicondensate phase forms in the inner region of the trap, encircled by a more dilute and normal component in the outer rim. Remarkably, this spatial arrangement correlates directly with the concentration of defects in the exciton density, which is strongly decreased in the quasicondensed region, consistent with a superfluid phase. Thus, our observations point towards a Berezinskii-Kosterlitz Thouless crossover for two-dimensional excitons.
Defect Proliferation at the Quasicondensate Crossover of Two-Dimensional Dipolar
Excitons Trapped in Coupled GaAs Quantum Wells
S. Dang et al.
Phys. Rev. Lett. 122, 117402 (2019)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.117402
利用氢插层实现磁电耦合
铁磁序和铁电序共存的多铁材料提供了一条电场操控磁性的有效途径。但是，至今没有找到铁电序和铁磁序强耦合的室温多铁材料。本文中，Ni等人提出在反铁磁过渡金属氧化物中加入氢插层是一种实现强磁电耦合的可靠方式。作者以钙铁石SrCoO2.5为例发现，氢插层后的SrCoO2.5展现出强烈的亚铁磁性和巨大的电极化。此时氢氧化物如同一个旋钮在室温下同时操控磁性和极化。这种离子插层的方式可能会成为设计磁电材料和自旋电子学功能材料的通用方式。（李松）
Realizing Magnetoelectric Coupling with Hydrogen Intercalation
J. Y. Niet al.
Phys. Rev. Lett. 122, 117601 (2019)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.117601
软物质与交叉科学
责编：徐留芳
热涨落和相互作用可以产生拓扑保护态
拓扑的量子和经典材料都可以表现出对抗无序的鲁棒性，例如，非相互作用的粒子和线性波都具有这种特性。Pedro等人演示了如何构建拓扑保护态，这些态是由软物质或微型力学结构固有的强相互作用和热涨落的结合产生的。他们考虑了受一类空间调制基底电位影响的张力作用下的波动线(如聚合物或涡旋线)。在平衡态下，这些线趋向于整体倾斜，倾斜度与整数拓扑不变量即Chern数成比例。正如经典Langevin动力学模拟所证实的，这种量子化倾斜对于基底无序是鲁棒的。这种鲁棒性的产生是因为该系统中的热波动线的激发由于线间相互作用而产生能隙。他们利用一个映射建立了这个模式的拓扑基础，这个映射的元素分别对应相互作用线系统和迄今为止尚未探索的可推广到虚时间的Thouless泵浦。他们的工作指向一类新的经典拓扑现象，其拓扑特征表现为在有限温度下而不是传输测量中观察到的结构性质。（王赫）
Topological Protection Can Arise from Thermal Fluctuations and Interactions
Ricardo Pablo Pedro, et al.
Phys. Rev. Lett. 122, 118001 (2019)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.118001
细胞大小调节机制
诱导种群细胞增长率的持续振荡
Jafarpour等人研究了世代时间的相关系数对微生物种群增长动态的影响。结果表明，细胞大小的调节机制引出一种非零相关系数，它的值不论多小都会造成种群增长率的长期振荡。当他们在单个细胞的生长速率中考虑经常被忽略的变量时,细胞种群才会达到稳定的状态。他们发现，群体到达其稳态的弛豫时间的尺度由单细胞生长速率的分布决定，并且独立于分裂过程中的具体因素（如分裂时间中的噪声和细胞大小的调节机制）。他们依据所构建的模型做出预测，并利用现有的实验数据对其进行了验证。最后，他们提出一种实验方法：通过观察种群从单个细胞状态达到稳定增长时所需的时间来估测单细胞生长速率的分布。（何寒梅）
Cell Size Regulation Induces Sustained Oscillations in the Population Growth Rate
F. Jafarpour
Phys. Rev. Lett.122, 118101 (2019)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.118101
[文字编辑：谢晓芝]
来源：京师物理
编辑：Quanta Yuan
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