2018年120卷21期京师物理导读

来源: 京师物理

发布日期: 2018-06-04

本期导读涵盖了多个物理学领域的研究进展,包括玻色多体动力学、宏观非经典谐振子相干态、云量子计算、Landauer原理的实验验证、非平衡稳态的严格涨落、Floquet超对称性等,以及在暗物质、基本粒子与场论、原子核物理等方面的最新研究成果。

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玻色多体动力学中不可分辨性的特征

在通常多模系统(如玻色哈伯顿模型)中的玻色子动力学,不仅仅由粒子间的相互作用决定,而且由多粒子干涉中它们之间的不可分辨性表现出来。Tobias Brünner等人引入对玻色子福克态的不可分辨性的测度,其相互不可分辨性可以通过一个内在的自由度来控制。他们说明了在观测量的有相互作用和无相互作用演化中该测度是如何涌现的。特别的,他们在无相互作用的极限下找到了一个该测度与单粒子可观测量之间的一个明确关系。

非零的相互作用导致一个由相互作用诱导的干涉过程的等级结构。这样甚至单粒子可观测量的期望值也会受到到不可分辨度的影响。(刘玉海)

宏观世界中的非经典谐振子相干态所有量子态中的最“经典”的态,即谐振子的薛定谔相干态,是否能够表现出非经典的行为?

Bose等人发现,对于一个最初处在相干态的振荡物体,仅仅通过在各个时刻观察它所处的空间范围,负的测量结果便违背了Leggett-Garg不等式(LGI),从而否定了宏观世界的日常经验。该违背揭示了在这种量子描述中非常像经典的态中一个被忽视的非经典性。他们还发现,对于任意给定质量和振荡频率的谐振子,通过适当地选择相干态波包的初始动量峰便可得到重要的违背LGI的结果。

因此,它给出一个最简单的方法来测试最近设计和寻找到的宏观振荡器(不需要与任何辅助量子系统耦合或使用任何非线性),例如10^6~10^9原子质量单位的反馈冷却的热俘获纳米晶体,是不是很好的非经典物体。(张力)

原子核的云量子计算研究人员利用网络联接远程量子设备,对氘核的结合能进行量子计算。Dumitrescu等人报告了一个对氘核结合能的量子模拟,所利用的量子处理器可以通过云服务器访问。

他们利用了一个从无pi-介子有效场论出发的哈密顿量,设计了一个低深度版本的幺正耦合团簇拟设,利用变分本证求解算法,所计算的结合能的不确定性在百分之几以内。这个工作是通过云服务器在量子处理器上进行可扩展的核结构计算的第一步,它说明如何将科学计算的应用映射到新生的量子设备上。(崔石峰)

量子Landauer原理的单原子证明在完全量子系统中,擦除一点信息产生热量的基本限制已经被证实。

信息处理的一个突出性挑战是在执行逻辑运算时对能量消耗能否进行有力抑制。Landauer原理在删除经典信息比特时设置能量限制。尽管已经在实验上作过一些尝试来接近由这个原理所限制的基本限度,利用纯量子力学方式探测Landauer原理仍然是一个悬而未决的问题。利用受限超冷离子,Yan等人在实验上证明了Landauer原理的量子力学版本,例如,一个结合相关量化环境的熵变化与信息擦除的能量消耗有关联的等式。

他们的实验研究证实了信息热力学和量子候选系统之间的用于信息处理的密切联系。(崔石峰)

由近似的辅助动力学得到非平衡稳态的严格涨落Ray等人描述了一个减少估算非平衡稳态中时间积分观测量的大的偏差函数的计算量的方法。他们通过使用一个近似的引导函数对系统的传播子进行变换,从而将一种辅助动力学合并到基于蒙特卡洛计算的轨迹。该过程对对大偏差函数最有贡献的轨迹进行重要性抽样,减少了这类计算的指数复杂性。

通过研究驱动扩散和空间维度为一和二的相互作用晶格模型作者阐明了这种方法。他们的工作提供了计算远离平衡的高维系统的大偏差函数的一种途径。(刘玉海)

Floquet超对称性Thomas等人表明周期性驱动(Floquet)量子系统中的时间反射对称性使得内在的非平衡现象在结构上类似于量子力学超对称性。

特别是,作者等人发现Witten指数的Floquet类似物,Witten指数给出准能量为0和π的态的简并度的下界。此外,作者表明,在某些情况下,时间反射对称也可以互换费米子和玻色子,导致有相反的准能量的费米-玻色对。作者提供了一类简单的无序,相互作用和遍历的Floquet模型,它们具有指数级多的准能量为0和π的态,只要时间反射对称性得以保持,它们就是鲁棒性的。

Floquet超对称性在某些局域观测量的演化中表现为具有显著有限尺寸标度的双倍周期效应,为实验提供了明确的特征。(朱文静)

利用超光速波前快速制备临界基态Agarwal等人提出了一个时空猝火协议,可以快速制备具有洛伦兹不变性的无能隙模型的基态。假设系统最初驻留在相应的大质量模型的基态中,作者表明,超光速移动的“波前”(即质量局部淬火),在空间中留下任意接近无能隙模型基态的态。

重要的是,作者提出的协议花费时间O(L)来产生系统尺寸大小为~L^d(d空间维度)的基态,而完全绝热协议需要时间~O(L^2)以产生随L指数增长精确度的态。动力学问题的物理学可以通过质量波前产生的相对论稀疏激发来理解。作者通过对任意维数的自由玻色子系统和d=1中的自由费米子精确求解提出的猝火协议来提供概念验证。

作者讨论了相互作用和UV效应对自由理论理想化的作用,然后通过对量子海森堡自旋链数值模拟说明该方法的有用性。(朱文静)

暗物质子晕中的恒星尾迹Buschmann等人提出一个新方法,即利用恒星动力学数据来观测银河系暗物质晕的低质量亚结构。通过探测从外界晕星的相空间分布出发的、途径而过的、暗物质亚晕的特征尾迹,他们估计灵敏度会下降到约10^7个太阳质量的亚晕质量或者更低。

观测到这种亚晕,将会在暗物质和宇宙模型上,带来一些影响,在晕质量较小时,晕-质量函数需要得到修改。他们发展了一套解析形式来描述微扰恒星相空间分布,并且通过理想化的模拟,证明可以通过相空间模型和似然估计探测到亚晕。他们的方法在低质量晕探测方面,是对现有办法的补充,比如通过搜索恒星流的间隙,可以判断晕在今天的位置和速度。

基本粒子与场论

由特殊群统一第二类弦

Arvanitakis和Blair构建了特殊的西格玛模型:一个二维西格玛模型以明显的(正式的)E D(D)-协变方式与超引力背景耦合。背景的表述由特殊场理论(EFT)提供,其在紧致化之前统一E D(D)多重态中超引力的度量和形式场。在世界片内实现EFT的对称性唯一地固定了Weyl不变的拉格朗日量,并且允许我们将我们的做用量与通常的IIA型基本弦作用量和IIB型(m,n)做用量的一种形式联系起来。

这种独特性“预测”了在Neveu-Schwarz和Ramond中耦合到规范场的正确形式,而不需要引入超对称。

QCD轴子暗物质与小衰变常数

QCD轴子是一个很好的暗物质候选者。观察到的暗物质丰度可能来自失配或缺陷机制,这通常需要衰变常数f_a~O(10^11)GeV或更高。在本文中,Co等人引入了一个轴子暗物质的新宇宙起源,来自Peccei-Quinn对称破缺场振荡的参量共振,这需要f_a~(10^8-10^11)GeV。在大尺度结构中,该轴子可能更倾向于温暗物质而不是冷暗物质。

OPERA实验ντ中微子出现的最终结果

OPERA实验旨在研究CERN至Gran Sasso中微子束(CNGS)的νμ→ντ振荡。在本文中,作者报告了2008年至2012年间收集的全部数据样本的最终分析结果,对应于17.97×10^19个在靶质子。选择标准比之前的分析更松散产生了十个ντ候选事件,从而减少了振荡参数和ντ性质测量的统计不确定性。事件识别的多变量方法已应用于候选事件,并且发现ντ出现的置信度达到6.1σ。

|Δm^2_{32}|已经被测量,精确度为20%。本文也首次报道了可忽略反τ中微子污染的ντ带电流横截面的测量以及ντ轻子数的第一个直接证据。

在ATLAS中搜索希格衰变到一对粲夸克ATLAS实验组展示了希格斯玻色子衰变到一对粲夸克的直接搜索结果,研究了希格斯玻色子和Z玻色子在衰变模式ZH→l+l-c中的相关产生。

该研究使用了ATLAS实验记录的在质心能13TeV处具有36.1fb-1积分亮度的质子-质子碰撞的数据组。H→c的信号使用粲夸克标记算法来标识。对于希格斯玻色子质量为125 GeV,σ(pp→ZH)×B(H→c)在95%置信度下的观测(预期)上限为2.7(3.9 + 2.1 -1.1)pb,而标准模型的相应值为26 fb。

渐近自由的超对称Twin Higgs模型

Twin Higgs(TH)模型解释了负责自然电弱对称性破坏(EWSB)的新带色粒子的缺失。所有已知的TH的紫外完整模型需要一些低于普朗克尺度的非微扰动力学。我们提出了一个超对称模型,其中TH机制是由一个新的渐近自由规范相互作用引入的。

即使超对称破缺是以普朗克尺度物理为中介的,该模型的特征是对重于2TeV的标量夸克和标量胶子的天然EWSB,并且有有趣唯象学,包括顶夸克衰变到希格斯和可能在LHC发现的上夸克。

Majorana演示器直接检测电荷Majorana演示器是一个超低背景实验,用于搜索76Ge中的无中微子双β衰变。位于南达科他州Lead的桑福德地下研究机构的地下近一英里处的重度屏蔽锗探测器阵列也允许搜索新的奇特物理学。

电荷小于单位电荷的自由的,相对论性的,轻微电离的粒子被标准模型所禁止,但一些新物理模型预示了它的存在。如果存在这样的粒子,他们可能会在Majorana演示器中通过搜索具有低至1keV的个体探测器能量沉积的多个探测器事件来检测。此搜索无背景,并且在285天的数据中没有发现任何候选事件。对于低至e/1000的电荷,轻微电离粒子的通量给出了新的直接检测上限。

来自格点QCD的最奇怪的二重子

本文基于(2 + 1)-味格点量子色动力学模拟研究了1S0通道中的ΩΩ系统(最奇怪的二重子),其在晶格间距a≈0.0846fm处具有大体积(8.1fm)3和近似物理π介子质量mπ≈146MeV。

作者表明,通过HAL QCD方法的格点QCD数据分析导致散射长度a0=4.6(6)(+1.2-0.5)fm,有效范围re_eff=1.27(3)(+0.06-0.03)fm,并且结合能BΩΩ=1.6(6)(+0.7-0.6)MeV。这些结果表明ΩΩ系统具有整体吸引力并位于单位区域附近。这种系统可以用相对论重离子碰撞中的成对动量相关性实验最好地进行搜索。

78Ge中新奇的ΔJ = 1序列:三轴性的可能证据利用阿贡国家实验室的ATLAS装置上的Gammaq球阵列,作者测得了78Ge原子核中一系列自旋和宇称为2+,3+,4+,5+,6+的低激发能级。与邻近的Ge和Se原子核不同,这些能级间的衰变严格通过ΔJ = 1跃迁进行,并且比2+能级能量高的能级不会向基态衰变。此外,这个序列的能量振荡具有g刚体结构的特征。

壳模型计算可以很好地描述这些能级中很多能级的能量以及分支比。计算得到的ΔJ = 2的带内跃迁约化跃迁几率表明ΔJ = 2跃迁应该能被观测到,然而实验并没有探测到这样的跃迁。

67Kr的令人困惑的两质子衰变基态两质子(2p)衰变是在少数几个非常丰质子的同位素中发现的一种罕见的衰变模式。2p衰变寿命以及被发射的质子携带着存在低激发质子连续谱的原子核的结构的宝贵信息。

最近的实验测量发现67Kr的2p衰变出人意料的快。由于人们预期67Kr是一个形变的系统,作者研究了形变效应对2p衰变的影响。他们采用的最近发展的伽莫夫耦合道模型可以精确地描述存在转动和振动耦合的三体原子核系统。这是该方法第一次应用于研究形变原子核的两体衰变。他们的计算表明形变耦合显著地增加了67Kr两质子的衰变宽度。这一发现解释了令人困惑的实验数据。

计算的两质子角关联则反映了这个原子核中1p和2p衰变道间的竞争。

超冷气体中位置-空间Bloch振荡的观测与使用Bloch振荡首先被预测会发生于晶体中的电子上,目前已被实验观测到在含超冷原子的光学晶格中也存在。本文报道了利用倾斜光学晶格中的冷原子来观察和表征位置-空间Bloch振荡。虽然动量空间Bloch振荡是光学晶格实验的一个共同特征,但其在实空间中的质心动力学通常还是无法解析的。

在快速隧穿和低力场的情况下,作者在基态和激发态能带中都观察到了实空间Bloch振荡的振幅达到数百个晶格位点。借由对位置空间中的Bloch动力学进行追踪,文中实验证明可实现两种能力:可测量在Bloch循环期间的完整位置-动量相空间的演化,以及对晶格能带结构可直接成像。这些技术以及能够在不调制的情况下发挥量子气体长距离连贯控制的能力,可能为量子控制和量子计量开辟新的可能性。

量子光的时间模式结构的层析成像与纯化高维量子信息处理有望超越当前最佳技术水平,但解决个体携带信息模式仍然是一项重大的实验挑战。在这里,本文演示了非经典光的时频域中的有效高维操作。作者通过对宽带参量下转换泵浦光的脉冲整形,产生了具有定制时间模式结构的预报光子。然后,又通过色散设计的和频产生过程实现了一个量子脉冲门,并投射到可编程时间模式上,从而在七个维度上重构了量子态。

最终,作者通过选择性地去除时间模式来操纵时频结构,明确证明了设计的非线性过程对量子态的模式选择性操控的有效性。

使用隧道结环的无源片内超导环形器

本文主要介绍了一种基于超导隧道结环的无源片内微波环形器的设计。作者研究了基于约瑟夫森结或量子相位迁移单元的两种不同的物理实现,其中微波端口分别通过电容或电感耦合到环结构。施加到环中心的恒定偏压提供了有效的对称性破缺场,并且不需要微波或射频偏压。作者证明了,这种设计提供了高度的隔离度,可抵抗制造缺陷和偏压波动的稳健性,以及实际器件参数中超过500 MHz的带宽。

声子网络与专属波导中的硅-空位中心

量子网络模型将钻石中硅-空位中心的自旋与一维波导中的声子相互作用联系起来。本文提出并分析了一种固态量子网络的全新实现,其中分离的硅-空位中心通过准一维金刚石波导的声子模式耦合。在本文的方法中,在长寿命电子自旋态中的编码量子态可以被转化为传播的声子波包,并被远处的缺陷中心有效地重新吸收。作者的分析表明,在现实条件下,这种方法可以在芯片级自旋量子比特网络中实现高保真度的可扩展的量子通信协议。

除了量子信息处理之外,这种装置还构成了一种新型的波导QED平台,其中固态缺陷与单个传播声子之间的强耦合效应可以在量子层面被探索。

电润湿下的呼吸图形:液滴冷凝模式的电控演变Davood Baratian等人展示了具有结构电极的电润湿(EW)通过排列液滴和增强聚结作用,显著改变了凝聚在平坦疏水表面上的液滴分布。

数值计算表明,液滴排列和聚结受与液滴尺寸相关的静电能量场的支配,也低尺寸则由电极构型和外加电压决定。这种EW控制的冷凝液滴迁移和聚结显著地改变了液滴整体的统计特性。液滴尺寸分布的演变表现出自相似的特征,一旦电诱导聚结级联开始产生超过某一临界尺寸液滴时,这些特征显著偏离均匀表面上的经典呼吸图形。由此导致的表面覆盖减少,再加上在EW下早先的液滴脱落,增强了净传热。

热驱动湍流中通过全局分岔获得的流拓扑转变

谢毅超等人报道了湍流瑞利-贝纳德对流中通过全局分岔获得流拓扑转变的实验观察。这种转变对应于随着流动变得更加紊乱的自发对称性破缺。同时测量了大尺度流结构和传热过程,结果表明,大尺度流结构从高传热效率的四极态分岔到低传热效率的对称偶极子态。在过渡带中,系统自发地、随机地在两个长寿命亚稳态之间转换。

微重力条件下棒状颗粒气体的自由冷却

颗粒气体作为随机运动粒子的稀疏集合,是宇宙中基本结构形成过程的基础,涉及许多工业和自然现象,也是研究基本统计动力学的极好模型。与分子气体的本质区别在于粒子碰撞中的能量耗散。其最显著的表现是所谓的粒状冷却,即在没有外部激励的情况下机械能E(t)的逐渐损失。Kirsten Harth等人报道了一项微重力条件下均匀冷却三维颗粒气体的实验研究。

由Haff最小模型得到的渐近标度E(t)∝t−2证明是鲁棒的,尽管它违反了一些核心假设。颗粒形状各向异性对能量损失特征时间的影响是定量的,而不是定性的。Kirsten Harth等人比较了各个自由度上的动能,发现平移运动略占优势。此外,Kirsten Harth等人观察到棒优先排列在飞行方向上,就如我们熟知的活性物质或动物群。

自感法拉第不稳定激光器

Perego等人预测了由于泵浦耗尽的存在而引发的激光器自感参量或法拉第不稳定性,导致光在腔中传播的周期性增益分布。作为不稳定性的结果,即使在腔的正常色散区中,连续波振荡也变得不稳定,并且产生具有超高重复率的周期性脉冲串。Perego等人进一步描述了在拉曼光纤激光器中的应用,理论分析和数值模拟结果符合得很好。

多色光的自旋-轨道角动量映射

最近由手性各向异性介质制备的反射几何相位平面光学器件揭示了一条有希望的多色光束调控路线。然而,通过翻转入射光螺旋度并不能确保几何相位反转,使得宽带优势受到很大削弱。在这里,Mushegh等人通过简单而鲁棒的插件克服了这一基本限制,其优点在自旋-轨道角动量映射的背景下得到了强调。

嵌合体状态的对称性对称性破缺态在振荡网络中自然产生。

Kemeth等人考查了四个平均耦合Stuart-Landau振荡器集合中的混沌吸引子,其中两个振荡器处于同步态。Kemeth等人认为,这些对称性部分破缺的状态,即所谓的嵌合体状态,在不同步振荡器中具有不同的集体对称性,特别是在平均置换对称性下,有些是不变的、有些则不是。这可以用来在小型网络中对不同的嵌合体状态进行分类。

Kemeth等人在对空间延伸系统中的相关状态进行讨论后得出结论,这些系统似乎继承了其在小型网络中对应态的对称特性。

在纳米腔和激子复合物的耦合系统中双光子Rabi分裂空穴点系统中的双光子Rabi分裂为量子光学网络中的多量子比特相干控制提供了基础。在这里,Chenjiang Qian等人报告了一个强耦合腔-点系统中的双光子Rabi分裂。

Chenjiang Qian等人发现,有意增大量子点的尺寸,可以获得较大的振荡强度和小的双激子束缚能。激子和双激子跃迁都耦合到一个高质量因子的光子晶体腔,其耦合强度超过130μeV。此外,小的结合能使腔体能够同时与两个激子态耦合。因此,双激子和腔之间的双光子Rabi分裂被实现,量子主方程的理论计算很好地再现这一现象。

时间准晶及其向超流时间晶体转变的观察

时间准晶相在周期外场驱动下出现在磁子玻色-爱因斯坦凝聚体中,并在驱动外场被关闭时转变为时间晶体。作者报道了量子时间准晶的实验实现及其向量子时间晶体转变的实验现象。他们研究了磁振子的玻色-爱因斯坦凝聚,而该现象与超流体3He-B柔性陷阱中产生的相干自旋进动有关。在震荡磁场的周期驱动下,相干自旋进动被稳定在比驱动磁场更小的频率,这表明离散时间平移对称性的自发破缺。

诱导进动频率与驱动磁场的频率不相称,因此得到的状态是时间准晶。当驱动磁场关闭时,自持相干进动在宏观上会长时间存在,现在代表了相对于连续时间平移具有对称性破缺的时间晶体。另外,磁振子凝聚物表现出自旋超流动性,对于获得的状态,他们称之为时间超固体或时间超晶体。

亚微米尺度下辐照材料中受尺寸调控的塑性流局域化

三维离散位错动力学(3D-DDD)模拟结果表明,在亚微米体系中,随着样品尺寸的减小,辐照材料的塑性流动局域化机制从受辐射控制转变为固有位错源控制。此外,随着系统尺寸的减小塑性变形的空间相关性降低,这是由于较弱的位错相互作用和较低的交叉滑移频率造成的,因此会出现更薄的位错通道。Cui等人提出了一种简单的离散位错源激活模型,并结合交叉滑移通道的拓宽,对这种转变进行了再现和物理解释。

为了量化塑性流动局域化现象,Cui等人介绍了一种变形局域化指数,对防辐射材料的设计有指导意义。

双电层的曲率弹性

在对称的1:1电解质中作者利用平均场静电学理论计算了具有固定面电荷密度的高分子离子双电层的弯曲模量。由此产生的关于抗弯刚度,高斯模量,自发曲率的表达式是描述电解质状态的一般基本方程,适用于局域密度近似以及无偶极场和更高阶场的情形。作者据此讨论了以下模型的结果,即具有/不具有不对称离子尺寸的气体点阵Poisson-Fermi模型和Poisson-Carnahan-Starling模型。

软圆柱壳中的图案转变卷起套筒的不稳定图案似乎比走在地板上的地毯更复杂,这两个特征都表现为硬基底上的单轴压缩软膜系统。这可以通过曲率效应来解释。为了研究曲面上的图案转变,作者通过实验、计算和理论分析来研究在刚性圆柱体上滑动的软壳。作者揭示了一种涉及多个连续分叉的新颖的后屈曲现象:平滑-皱脊-脊-下垂转变。壳最初在临界处屈曲成周期性轴对称皱脊,然后在进一步轴向压缩时发生皱脊到脊转变。

当负载增加到第三分叉时,脊的振幅达到极限,对称性随着脊垂成平卧皱脊而破坏。结果表明,磁滞回线和麦克斯韦等能量条件与皱脊或脊下垂图案的共存有关。这种分叉情况本质上是一般的且与材料本构模型无关。

室温压缩后玻璃碳的石墨化玻璃碳是一种重要的各向同性的科技材料,它在高达3000下保持非石墨化,并且在大的压强下显示出完全或“超弹性”的恢复特性。但是,这些特性的压力极限尚不清楚。

本篇文章中,作者利用实验和模型来展示永久致密化。当压强加到45GPa或者以上时,玻璃碳中出现了择优取向。这表明,45GPa代表材料超弹性和非石墨化性能的极限。这些变化是由富含sp2价键的初始结构转变为富含sp3价键的结构引起的,后者的结构能够在压力释放过程中恢复到完全是sp2键取向的石墨。

手性三重临界点:狄拉克系统中一种新的普适类

三重临界现象类似于临界现象,是凝聚态物理中一个基本的、引人注目的问题。经证实,在临界状态下,Wilson-Fisher玻色子普适类可以被无能隙费米子模型改变。然而,在三临界状态下的对应现象很少被发现。Yin等人研究了一个与无质量的狄拉克费米子相耦合的三重临界伊辛模型。

他们发现无质量狄拉克费米子产生了一个新的三重临界点,称之为手性三重临界点(CTP),这个三重临界点位于在狄拉克半金属和电荷密度波绝缘体相边界。他们通过泛函重整化群对有效作用量的分析得到CTP的关键行为,可以通过这些行为定性区分三重临界伊辛普遍性与手性伊辛普遍性。Yin等人进一步将伊辛自旋的手性三重临界性的计算扩展到海森堡自旋,并讨论了二维狄拉克半金属中CTP的实验相关性。

沿着石英冲击Hugoniot线的连续声速测量作者报导了在0.25TPa到1.45TPa区间沿着石英的主要Hugoniot线对声速的连续测量结果,这个测量是根据在衰减冲击实验中横向释放波与激波阵面的交叉是时间的函数来实现的。基于超石英密度在7g/cm3以下的性质,实验测量出的声速要低于先验模型的预测值,但和密度泛函理论分子动力学计算结果相符合,并且作者在文章中提出了一个经验的宽域状态方程。

由声速计算出来的Grüneisen常数从0.25TPa的1.3衰减到1.45TPa的0.66。结合比热的提高(与构型有关)和体模量的减小,的值暗示着在0.25-0.65TPa存在一个高热膨胀系数,在这个区域SiO2通常被认为是一种粘合液体。从作者的测量来看,在0.65-1.0TPa这个区间分子键依然处于分离状态,这和其他方法的估计结果类似。

在高密度区域,声速和以前的模型预测结果很接相似,并且Grüneisen常数接近理想气体的值。

依赖于同位素的介电弛豫

作者发现由溶剂化离子引起的水的介电反应(去极化)的减少对于H2O和D2O是不同的。这种同位素依赖性使作者能够可靠地确定对去极化的动力学贡献,发现其显著小于现有理论所预测的。差异可以从溶剂化壳中氢键协同性的降低来解释:在理论上和实验上,通过将Kirkwood相关系数从2.7(体积值)降低到NaCl的1.6和CsCl的1(对应于水分子的完全不相关的运动),作者得到了定量的理论和实验的一致性。

Si单质中碰撞级联密度在辐射缺陷动力学中起决定性作用固体中稳定辐射损伤的形成通常是通过复杂动态退火(DA)进行的,这种动态退火过程一般涉及到点缺陷迁移和点缺陷之间的相互作用。即使对于Si单质,在DA对辐射条件的依赖性方面,人们还知之甚少。在本篇文章中,作者用脉冲离子束法研究了Si单质中缺陷相互作用的动力学性能。

该实验是在温度为-30到210的区间内进行的,并通过采用从Ne到Xe的不同离子轰击Si单质,产生了不同密度的碰撞级联。实验结果表明辐射条件对缺陷动力学影响的复杂性可以降低到单个参数的确定性效应。这个参数就是平均级联密度,该参数可以通过考虑碰撞级联分形性质的计算得到。对于每种离子,DA率都表现出两个已知的Arrhenius区域,在各个区域中,不同的DA机制占主导地位。

这两个Arrhenius区域在临界温度下相交,而临界温度则线性依赖于级联密度。低温DA区域的特点是具有约0.1eV的活化能,而且该活化能与级联密度无关。但是,对于高温DA区域,在级联密度大于0.04%的DA过程中,活化能逐渐增加。这些结果清楚地表明碰撞级联密度的关键作用,并且可以用于预测Si的辐射缺陷动力学性能。

节点线半金属ZrSiS中激子的稳定性和赝隙形成

近期,实验观测到强外磁场可导致ZrSiS节点线附近准粒子质量的明显提高,从而表明电子的关联效应在该材料中扮演重要作用。本文中,作者结合第一原理计算和模型分析方法,对ZrSiS的电子关联效应进行相关研究。作者证明ZrSiS的基本电子性质可以利用两个嵌套的方形二维点阵模型进行描述,且该模型可以保证ZrSiS中电子-空穴对的对称特性。

利用第一原理计算得到模型参数,明确地将电子-电子的相互作用考虑在内,作者表明在适度低温下,ZrSiS表现出激子的稳定性,从而导致电子频谱中伪能隙的形成。该发现从理论上解释了实验中观测到的ZrSiS电荷载流子质量不寻常的增强。

锯齿型石墨烯纳米带的磁输运特性在石墨烯中,可以通过边缘几何形状来确定体系的电子结构。理论上预测,锯齿型边缘可以诱导石墨烯中衰减的非手性边缘态的产生。

但是到目前为止,用于研究锯齿型石墨烯的方法主要局限于扫描隧道显微镜,而该材料的输运性能还没被披露。本文中,作者利用氢等离子体辅助下,研究了石墨烯中的输运性能。结果显示,在量子霍尔效应机制中,可以观察到一个显著的电导峰值,这在无锯齿边缘的石墨烯纳米带中是不存在的。在垂直磁场和低温下,该电导峰值会持续存在。而在零磁场中,检测到一个非局域的电压信号。

进一步分析表明,这些显著的输运特征与石墨烯中边缘密度密切相关,为新型电子设备的设计提供了新想法。

Floquet拓扑链中的局域化抵消退相干周期性驱动或Floquet系统的拓扑相依赖于系统参数时间上完美的周期性调制。即使是周期性上最小的偏差也会引起退相干,导致边界(终点)态泄漏到系统块体里。

在这里,Rieder等人表明,在一维中这种受拓扑保护的终态的衰变从根本上取决于块体态的性质:弥散的块体态导致指数衰减,而局域的块体态可减慢衰减到扩散过程。这种局域化可以是由无序导致的,尽管其打破了拓扑保护对应的对称性,但它显著地抵消了退相干。他们使用一种新颖的时间离散的Floquet-Lindblad形式解析地推导出这个结果,并得到了数值模拟的验证。

他们的结果尤其与实验密切相关,其中无序可以定制地用来保护Floquet拓扑相位不受退相干影响。

常压下重费米子超导体CeCu2Si2的能隙对称性最近对超导CeCu2Si2中两个无节点能隙的观察引起了关于其准确能隙对称性的激烈争论,但仍缺乏令人满意的理论基础。在这里,Yu等人提出了一种唯像方法来计算超导能隙函数,同时考虑了实际费米面的拓扑性以及带内和带间量子临界散射。

他们的计算在有强带间配对相互作用情况时会导出无节点的s±波解,与实验非常吻合。这为理解CeCu2Si2在常压力下的超导能隙对称性提供了可能的基础,并指出了多重费米面和带间配对相互作用在理解重费密子超导性中的潜在重要性。

手性超导体弯曲层产生自发磁场

材料弯曲产生的磁场被预言是手性超导电性的特征。很长时间以来人们已经知道所有打开能隙的超导体都是拓扑有序的,但是对手性超导体的研究仍旧非常吸引人。本文中Kvorning等人证明了在曲面上的手性超导体会自发产生磁通。这种几何迈斯纳效应给出的清晰可辨的手性超导特征能够在压力下的层状结构中观测到。作者也将这种效应用于解释与零能马约拉纳模式的位置相关的问题。

薄螺旋磁体中斯格明子

斯格明子在磁存储器和逻辑器件中的设想应用关键取决于薄膜中拓扑非平庸磁性结构的稳定性和移动性。Schneider等人首次展示了磁感应的定量化图形,为斯格明子自旋结构的3D调制提供了证据。由同轴和离轴电子全息术确定的平面内磁感应投影带有Bloch斯格明子的明显特征。然而,这种感应的幅度比在整个薄膜厚度范围内延伸的均匀Bloch斯格明子的值要小得多。

只有当内在的自旋结构沿着面外z方向进行调制时才能理解这个发现。螺旋的(面内磁感应的)投影进一步表现出与厚度有关的横向位移,这表明这种z调制伴随着沿x和y方向的(面内)调制。

磁性金属-绝缘体混合纳米结构中的层间磁振子与磁振子强耦合作用腔光子和磁振子耦合的杂化态(腔磁子极化激元)在超低温和室温下得到了证明,强耦合作用在亚毫米尺寸的钇铁石榴石(YIG)球体中也被观察到。

本文中,作者在室温下观察到磁性纳米器件中存在强烈的层间磁振子与磁振子耦合相互作用。该铁磁纳米线阵列被集成在一个20纳米厚的YIG薄膜带上。在纳米线的铁磁共振模式和YIG薄膜的面内自旋波驻波模式之间,作者观察到高达1.58吉赫兹的巨大反交叉带隙。实验和模拟结果表明,层间交换耦合和动力学偶极耦合对观测到的反交叉现象和劈裂具有贡献。

通过Ni|YIG和Co|YIG结构的比较,作者进一步指出,层间耦合强度可以在较大范围内通过调节纳米线阵列和薄膜层的磁结构来调控,并用来对磁振子器件进行相干控制。

在EuSe中铁磁性的超快光致转换控制物质的磁性状态是信息存储技术的根源。新型且更快速的磁性控制机制是设备开发和光物质相互作用研究领域的热点。

在本文中,作者发现反铁磁半导体EuSe在奈尔温度附近能够通过光控导致反铁磁相进入铁磁相,这是光致铁磁相转换的超快机制。

通过测量计算光诱导法拉第旋转角,作者证明了当光子的能量和带隙相当时,光可以迫使反铁磁半导体EuSe从零磁化状态在皮秒时间量级内进入完全极化的铁磁状态;一个光子会产生一个电子-空穴对,其电子会形成了一个携带将近6000个玻尔磁子的磁矩的超级巨大自旋极化子;通过增加光的强度,整个光照样品区域都可以被完全磁化。

作者指出,光诱导巨大磁化的关键是当材料中同时存在反铁磁和铁磁相互作用时,磁化率会显著的增强,正像EuSe材料一样。

磁性液体孤子转矩膨胀的直接观测磁性液滴是垂直磁各向异性自由层通过与自旋转矩纳米振荡器的纳米接触成核产生的非拓扑动力学孤子。尽管理论上已经预言这种液滴应该与纳米电极尺寸相同,不过其固有的漂移不稳定性阻碍了实验上对它的直接观测。

本篇文章中,Chung等人在全垂直自旋转矩纳米振荡器中获得了非常稳定的磁液滴并使用扫描透射X射线显微镜首次给出清晰的液滴图像。不同于此前的理论预言,作者发现液滴的直径是纳米电极的两倍。通过扩展原有的液滴理论以计入纳米电极下方横向电流的扩散,作者发现实验和原有理论的差别主要来自于面内电流的Zhang-Li转矩在液滴周边增加一个向外的压力。使用反平行状态下的反向电流对液滴成核的电测量证实了该物理图像。

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