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普通物理：统计与量子物理
导读：王子；责编：任捷
相干性和量子关联在实验上的循环转换
量子资源理论（Quantum resource theory）寻求量化那些赋予量子技术以操作优势的非经典性来源。其中主要的是关于量子关联和量子相干性的研究。前者描述系统之间关联的非经典性，而后者描绘单个物理系统之内量子叠加的非经典性。在本文中，作者提出一种可以在这些量子资源之间实现无损循环转换的方案。首先将输入系统的相干性通过辅助设备转换为量子关联。
接下来利用这些关联，通过对辅助设备的测量，重新获得输入系统的相干性。作者在实验上使用线性光学展示了这样的转换过程。该实验强调了关联非经典性和局域量子系统非经典性的联系，并且提供了潜在的灵活性来利用一种量子资源，完成常规情形下另一种量子资源相关的任务。
联合量子系统间的高选择性本文作者提出了一种针对相互作用系统的量子控制方案，可以使系统中接近共振的组分高选择性地耦合。
该方案实现了对相互作用强度的时域控制，可以将其绝热地交替开关。这种软时域调制极大地压制了相互作用中非共振部分的贡献。作为上述方法一些应用的例子，作者说明它可以使有效的旋转波近似被应用到更大的参数条件范围内，也可以用来去除量子传感实验中的侧峰，更可以用在由相近频率核自旋构成的选择性高保真纠缠逻辑门之中。
作者将文中的理论用在金刚石的氮空位中心（N-V center）上，并展现了存在强扰动时，探测微弱的电子-原子核耦合的可能性。
相互无偏基和量子随机存取代码之间的联系
Aguilar等人提出了一种新的量子通信复杂性协议——量子随机存取代码。由此可以引进一种新的衡量希尔伯特空间基无偏性的测度。文中所提出的测度方案具有明确的操作性意义。可以使用半定规划技术，用该方案研究某一特定数量的相互无偏基是否在给定维度中存在。
仅用两个额外量子比特的量子纠错作者介绍了一种方案，可在最近涌现出的小尺度量子计算平台上，用于降低量子纠缠的量子比特数目。
量子计算实验中的噪音比率已经急剧减小，但是可靠的量子比特仍然很珍贵。因而具有最少量子比特的容错方案非常关键。作者介绍了仅用两个额外量子比特的容错纠错过程。该过程基于引入的“flag”信号，对可能引起数据上关联结果偏差的过程性出错进行监控捕捉。对各种距离-三码（distance-three code）可行。特别的，用本文的方案可仅使用总共七个量子比特，测试最小的纠错代码——5, 1, 3代码。
该方法也可用在7, 1, 3和15, 7, 3 Hamming码中，而它只用17个物理上的量子比特就可以在器件上保护七位编码量子比特。
伴有重置的随机搜索：统一的更新方法Chechkin等人提出了一个统一的更新方法，用在包含位置重置并且具有多个搜寻目标的随机搜索问题上。这个框架不依赖于搜索过程和重置过程的具体性质，并且可以更简单地导出关于该过程的已知结论和新结论。
专注于最小化平均击中时间的情况，作者证明，如果重置有帮助的话，以恒定速率重置是最好的方案，并且导出最佳重置速率满足的方程。如果没有重置时，发现不了目标的概率随时间指数衰减到零或者衰减更快，那么不进行重置反倒更有利。作者计算了搜寻目标之间的分裂概率，并定义了改变重置过程所能操控的分裂概率的极限。作者进一步证明，击中时间分布距的数量大于等于重置时间分布距的数量加上无重置时击中时间分布距的数量之和。
动力学局域效应对周期驱动量子自旋团簇的加热抑制
Kai Ji等人使用数值和解析方法研究了相互作用1/2自旋遍历团簇在外加磁场周期脉冲驱动下的加热过程。作者发现，若脉冲强度低于一个临界值，加热作用受到抑制。该临界值随着团簇尺寸的增加而减小，并在热力学极限下趋于零，但它可在有较大希尔伯特空间的团簇中观察到。作者以二阶微扰下Fermi黄金定则失效的条件定量推出了上述临界值。该临界值是动力学局域现象引起的。
引力与天体物理
导读：郭敏勇；责编：高思杰
利用阿尔法磁谱仪在国际空间站观测宇宙质子流和氦子流中的精细时间结构从2011年5月到2017年5月（有79个巴特尔旋转），基于阿尔法磁谱仪在国际空间站收集的共10^9个事件，作者在文章中展示了对刚度范围从1到60GV的质子流和刚度范围从1.9到60GV的氦子流的精密测量。这个测量处于第24个太阳活动周期，2014年4月达到其最大值。
他们观察到，在40 GV以下，质子流和氦子流在时间和相对振幅上显示出几乎相同的精细结构。通量结构的振幅随着刚度的增加而减小，并在40 GV以上消失。结构振幅在太阳活动周期最大值开始一年后的时间段内减少，并且此时质子和氦子流稳定增加。在~3GV以上，p/He比值不随时间变化。他们发现，在~3GV以下，该比值一直下降，这也正是通量开始上升的时期。
利用阿尔法磁谱仪在国际空间站上观测宇宙射线电子流和正电子流中的复杂时间结构文章中，作者展示了对超过79个巴特尔旋转的、能量范围为1到50GeV的原初宇宙射线中电子流和正电子流复杂时间和能量依赖的高统计性、精细测量，数据来源为阿尔法磁谱仪从2011年5月到2017年5月的实验结果。这是历史首次，仅通过轻子就可以详细研究太阳活动高峰期间的电荷符号依赖调制。
基于23.5×10^6个事件，他们报告了在几个月的时间尺度上，对同时发生的电子流和正电子流短期结构的观测。这些结构在e+/e−通量比中不可见。太阳极性反转的精确测量结果表明，该比率在830±30天内从一个值向另一个值平滑过渡。转变的中点显示能量依赖性延迟与反转有关，并且在260±30天内从1GeV变化到6GeV。
克尔时空微扰的所有局域规范不变量
文章中，作者由Killing矢量和共形Killing-Yano张量以及线性曲率及其一阶导数定义了两个对于克尔时空扰动局域规范不变的复标量。特别地，这两个不变量对于Kerr参数的变化敏感。与Teukolsky标量和线性化的里奇张量一起，它们形成一个可以生成所有局域规范不变量的最小集合。他们还提出曲率不变量，在线性理论中可以约化为规范不变量。
在双黑洞随机引力波背景下寻找近视界量子结构
量子引力修正被猜测可以改变黑洞视界附近的时空几何。这种结构可以反射引力波，从而在双黑洞发出的主要引力波下产生“回波”。通过研究史瓦西近似下的近视界结构的两个唯象模型，他们证明，如果存在这样的回波，将会产生随机引力波背景，而且如果近视界结构对引力波具有接近1的反射率，那么这种现象是非常重要的，并且可以被高级LIGO轻易检测到。
如果反射率远小于1，那么背景将主要来自于第一次回波，并且处于与近视界结构功率反射率成比例的水平，只要结构局域并且靠近视界，那么回波相对于结构位置和形状的不确定性会很强。如果可以消除双黑洞合并率的不确定性，那么第三代探测器的灵敏度允许探测对应于功率反射率为3×10−3的背景。他们注意到，在低频时，回波确实改变了背景光谱的f^2/3幂定律，与不确定性相比改变非常大。
在双黑洞随机引力波背景下寻找近视界量子结构
文章中，作者首次提出了对非弹性电子散射暗物质和暗光子吸收的限制，使用的是具有0.1电子空穴对的电荷分辨率的标准SuperCDMS探测器。电子反冲限制大大改善了质量低至1Mev/c^2暗物质粒子的实验约束。对于证明对暗光子的敏感性，与其他领先的方法相比，他们需要使用的曝光时间明显减少。这些结果证明了，对单个电子激发敏感的声子介导半导体探测器具有很好的科学潜力。
基本粒子与场论
责编：晁伟、刘晓辉
量子引力在长距离现弱耦合作用Ooguri-Vafa沼泽地猜想声称在任何自恰的量子引力理论中，当我们在标量场空间进入长距离时候，一系列粒子将会以场空间距离的指数率变得很轻。本文作者对此观点提供了一个新的视角：他们假设一系列态在标量空间的特定点变轻，并且进一步要求圈修正在一个共同的能级将引力和标量带向于强耦合作用，那么要求粒子以场空间距离在普朗克单位下的指数形式变轻则会变得很自然。
此外，与此前相同的对于标量场和引力的共同强耦合作用能标的假设意味着，当标量场演化超过普朗克距离时候，平均粒子质量大约改变了相当于截断能量的量。这也支持早期的关于在场空间进行超越普朗克距离的变化不能用一个单一的有效场论来描述的建议。作者还讨论了他们的结果与弱引力猜想之间的关系。
流体动力学熵的内流机制
作者论述了在流体动力学中熵的产生可以通过超空间内流机制来理解。作者的论点建立在最近发展的在量子场论中构造Schwinger-Keldysh观测量的有效作用量的形式化理论之上。该理论通过将微观幺正性与Kubo-Martin-Schwinger热周期条件重新表示为拓扑有效作用量的Becchi-Rouet-Stora-Tyutin对称性，明确地将二者整合在了一起。
p p → p p π+ π−反应中的同张量双重子WASA@COSY实验通过T_p=1.2GeV下的pd对撞对p p → p p π+ π−反应进行了单举测量。实验抽取出了覆盖T_p=1.08至1.36GeV的总截面与散射截面，相对于N*(1440)和Δ(1232)的共振激发。描述这些激发的t-频道介子交换的计算与测得的微分散射截面不一致，并且显著地低于实验的总截面。
一个I(J_P)=2(1+)的同张量ΔN双重子共振与π介子的伴随产生能够解释这些偏差。
测量双燦夸克重子Ξ++cc的寿命
LHCb实验测量了Ξ++cc的寿命，建立了该态弱衰变的自然规律。本文展示了第一次测量双燦夸克重子Ξ++cc的寿命，该测量通过重建Λ+cK−π+π+的信号实现。实验数据对应于由LHCb实验收集的质子质子在13TeV能量下对撞的积分亮度为1.7fb-1的数据。测得的寿命为0.256+0.024−0.022 (统计误差) ± 0.014 (系统误差)ps。
观测到了激发重子Ω−
观测到的激发Ω−重子填补了三奇重子的空缺。用Belle探测器记录的数据，本文作者观测到了新的激发超子，在主要是Υ(1S), Υ(2S)和Υ(3S)衰变中，一个质量为2012.4 ±0.7 (统计) ± 0.6 (系统) MeV/c^2以及宽度为Γ=6.4+2.5−2.0 (统计误差) ± 1.6 (系统误差) MeV的Ω−*的候选者衰变到Ξ0K−和Ξ−K0S。
LHC上重味产生中的胶子阴影
作者研究了在LHC上质子-铅对撞中的重味产生的相关实验数据来提高我们对重核中胶子动量分布的认识。作者观测到最近在次领头阶全局拟合中包含了核效应的核子部分子密度总体上可以对实验数据给出较好的描述。作者认为这是核效应为主导的暗示。此外作者进行了贝叶斯重新权重分析发现对于每一个粒子数据样本显示了每一个存在的重夸克（偶素）的数据清晰地指向在最小统计显著度为7个标准偏差下，铅中小x的胶子阴影效应。
总体来说将重味数据放入全局拟合后可以显著减少x小至7 × 10–6处的胶子密度的不确定性并且保证与其他数据的全局拟合相一致，而没有别的任何数据能做到这一点。
原子核物理
责编：耿立升
利用色玻璃凝聚体研究小系统碰撞中方位各项异性谐波系数的等级结构
Mace等人证明了色玻璃凝聚体有效场论可以再现PHENIX合作组在相对论重离子对撞机(RHIC)上测得的质子、氘和氦3离子与金原子核的极端相对论碰撞中得到的两粒子方位傅里叶谐波系数v2和v3的系统结果。这与Aidala等人认为PHENIX的数据排除了基于初始态的解释相矛盾。该系统学起源于精细(p^Qs)或者粗糙(p^Qs)横向动量分辨处、尺寸为1/Qs的胶子间强的色关联。
该框架的有效范围可以在RHIC以及大型强子对撞机上的轻重离子碰撞中作进一步的检验。此类测量也为进一步探索在杰斐逊实验室测量到的强的原子核短程关联的作用提供了新的机会。
次领头阶QCD的二阶流体力学
Ghiglieri等人利用次领头阶动力学理论计算了热QCD中的流体动力学弛豫时间t_p和t_j。他们证明了在动力学理论描述适用时，某些无量纲的二阶传导系数和一阶传导系数的比值遵循特定的界限。他们计算的值稍微超出了这些界限，而全息双重的强耦合理论则严重地破坏这些界限。这表明这些理论与准粒子描述有着明显不同。
利用替代反应数据和理论来约束不稳定原子核的中子俘获截面
获得不稳定同位素核反应的可靠数据是一项重要的任务和艰巨的挑战。由于反应中的弹核与靶核都是不稳定的，作为天体物理过程模型，国家安全应用以及核能产生模拟关键组成的中子捕获截面尤其如此。利用87Y(n,g)反应作为示范, Escher等人给出了确定不稳定核素中子俘获截面的一个新方法。作为验证，他们利用该方法得到了已知的90Zr(n,g)中子俘获截面。
他们的方法采用间接(“替代”)测量与理论相结合,可以被拓展到研究更多的核反应。该方法既可以用于传统的稳定束流实验,也可以通过反向动力学应用于稀有同位素设备上的实验。
原子、分子与光学
导读：宋新秀；责编：张文凯
实验测试中性铍-9最低单重态的量子电动力学
本文报告了中性原子铍-9中2s2p1P1态的光谱结果，其重心的绝对频率确定为42565.4501（13）cm-1，比先前的实验测量精确130倍。这一结果比当前最佳理论估计值42565.441（11）cm-1更精确了8倍，其计算考量了量子电动力学的影响。由于跃迁的自然线宽很大，超精细常数无法被精确地提取出来。
原子双光子电离中的最大椭圆二色性研究
在原子光电离中，椭圆二色性产生于左旋和右旋椭圆偏振光对原子的非线性电离导致的光电子角分布的差值。本文理论上证明了，对任意原子的双光子电离, 最大二色性|ΔED|=1总是出现在当光子能量调谐到电子发射主要由两个中间共振决定的情况。为说明这一显著现象，作者提出了原子氦的双光子电离作为佐证。最大椭圆二色性可作为分析自由电子激光器产生的光子束偏振态的灵敏工具。
对原子-离子非平衡协同冷却的直接观察
协同冷却是一个系统和较冷热库之间能量交换的过程。本文在一个原子-离子实验中研究了这个基本过程，其中系统是由一个囚禁在无线射频保罗阱中的单个离子组成，并制备于总能量约为200K的经典振荡运动中，而热库则是一个μK温度下的超冷原子云。在两个不同的情境中，作者通过单次能量测量在一次到几次碰撞期间直接观察到了协同冷却动力学。
在其中一个情境中，碰撞主要以非常有效的动量传递来冷却系统，导致仅在几次碰撞中就完成冷却。而在另一情境中，由于离子阱的振荡电场存在下的非平衡动力学，碰撞可以冷却系统，也可以加热系统。虽然本文的大部分观测结果与硬球（Langevin）碰撞的分子动力学模拟很吻合，但对散射角分布的测量揭示了超出Langevin模型的前向散射（掠射）碰撞。
这项工作为利用可控原子-离子系统进行进一步的非平衡和碰撞动力学研究铺平了道路。
最小的可能实现同步的系统
理论学家已经确定了量子振荡器需要至少三个能级才能和另一个振荡器同步。本文研究了可进行同步的最小系统的希尔伯特空间维数。作者首先表明，由于缺少一个极限周期，量子比特无法进行同步。然后从较大的自旋值出发，作者证明了单个自旋1可以锁相到类似频率的弱外部信号，并展示了同步理论的所有标准特征。作者的研究结果依赖于基于自旋相干态的Husimi Q表示，这是作者提出的一种获得相位像的工具。
悬浮宏观粒子内电子自旋的Ramsey干涉与自旋回波
文章报道了对悬浮宏观粒子内电子自旋的Ramsey干涉与自旋回波的观察。该实验是通过在大气条件下和真空条件下存储在Paul阱中的微米级金刚石上的氮空位（NV）色心来实现的。自旋回波被用于显示Paul阱把嵌入电子自旋的相干时间保持超过了微秒。相反，NV自旋则用于证明，即使在真空条件下，金刚石的角稳定性也很高。这些实验结果是实现NV自旋能与悬浮钻石转动模式之间强耦合的重要步骤。
非线性动力学和流体力学
责编：兰岳恒
对于具有轨道角动量模式的纳米级单光子自旋分离器的设计这篇文章建议在布拉格调制圆柱波导中使用光的有效自旋轨道耦合来高效分离单光子发射器产生的自旋向上向下光子。因为波导中的光子阻带对自旋和方向的依赖性，当光子同时自由地向相反方向传播，自旋向上（向下）的光子沿着波导轴在负（正）方向上的传播会被阻挡，但同一光子在相反方向可以自由传播。
有限差分时域数值模拟，验证了自旋轨道耦合导致光子带结构的频移。总之，这里提出了一种基于光的SOC的全光学设计单光子自旋分离器。
从事件时序模式推断网络连接从系统的集体动态重建网络连接通常需要知晓其完整连续时间演变，然而，这些信息通常在实验上无法获得。这篇文章提出了一种理论，仅从内在集体动力学产生的事件时间序列来揭示网络系统的物理连通性。
通过事件间和跨事件间隔来表示事件空间中的时序模式，可以揭示哪些其他单位直接影响了任何给定单位的间隔时间。为了说明，Casadiego等人将模型神经回路中的脉冲模式映射线性化，揭示任何一对神经元之间是否存在突触，以及耦合是否以抑制或激活（兴奋）方式起作用。这一模型无关的网络重建理论，可扩展到更大的网络并且将在从生物学到社会科学与工程的网络重建中发挥重要作用。
各向同性湍流中气泡的散布
在许多天然和工业流体中，气泡在化学成分和营养物质的输运中起着重要作用。它们的散布对于理解这些流动中的混合过程至关重要。Mathai等人在这里分析泰勒雷诺数从110到310的情况下，毫米级气泡在均匀和各向同性湍流中的散布。结果发现气泡有远超湍流中流体示踪剂的均方位移（MSD）。MSD显示出两个区间，在短时间内，它会弹道增长（∝τ^2），而在更大的时间尺度上，它会趋近扩散区间（∝τ）。
引人注目的是，对于气泡，弹道-扩散转变比流体早差不多10倍。Mathai等人发现增强的散布和向扩散的较早转变都可以追溯到不稳定尾流引起的气泡运动。此外，气泡的扩散转变不是由湍流的积分时间尺度（对于流体示踪剂和微泡）来控制的，而是按上升气泡通过涡流的时间来完成。目前的研究结果提供了一种拉格朗日式观点来理解气泡在湍流中的混合。
在分支连接处隐形锚俘获粒子
结合数值模拟和解析分析，Oettinger等人证明在流动分支连接处捕获的有限惯性粒子是基于不可见的锚状三维流动结构。这些依赖于雷诺数的锚定义了将粒子限制在连接处的俘获区域。对于大范围内的斯托克斯数，这些结构占据了流域的很大一部分。对于V形结中的流动，在临界斯托克斯数处，可以观察到一个拓扑相变，将两个锚点合并为一个。根据稳定性分析，进一步确定了粒子大小和密度的参数区间，其中可由锚点发生捕获。
等离子体与束物理
责编：陈少永
激光等离子体加速器拓扑结构的光学控制
Vieira等人提出一种扭曲等离子体加速器，能够产生带有螺旋电流剖面的涡旋相对论电子束。涡旋电子束的角动量是量子化的，它决定着电子束的横向运动，并且最终使电子束围绕扭曲尾场形成螺旋粒子轨道。在该方案中，激光尾场加速器由一种叫作光弹簧的带有螺旋光强时空分布的激光束驱动。研究发现光弹簧在激发扭曲等离子体尾场时可以旋转，为控制扭曲尾场的相速度、能量增益和捕获效率提供了一种新的机制。
可见光范围内非相干切伦科夫衍射辐射的直接观测Kieffe等人观察到了在康奈尔正负电子存储环中，当光束通过熔融石英辐射器表面附近（距离大于0.8mm）时，由5.3GeV正电子束发射的非相干切伦科夫辐射。辐射器形状的设计目的是为了将切伦科夫光子发送到探测器中，该探测器由装有增强摄像头的紧凑光学系统组成。该光学系统允许测量2D图像和带有偏振的角度分布。
同时，R. Kieffe等人还测量了相应的光强（光强是光束与辐射器表面间的距离的函数），测量结果与理论预测吻合较好。高度相对论的粒子在宽光谱范围内会产生大量非相干辐射。在碰撞参数为1mm的2cm长辐射器中，当波长为600±10nm时，测量到每粒子每转的光输出为0.8×10−3光子。该发现可用于加速器中轻子和强子的无创光束诊断。
Alcator C-mod托卡马克高密度情况下高效低混杂电流驱动的发现
Baek等人在Alcator C-mod托卡马克装置上，实现了diverted等离子体密度达到n_e≈1.5×10^20 m−3的高效率低混杂电流驱动（LHCD），实验通过增加等离子体电流，降低了格林沃尔德密度占比（Greenwald density fraction）。
该密度超过了之前报道的“LH密度极限”（n_e≈1.0×10^20 m−3，在此密度极限之上，就会观察到电流驱动效率的异常损失）。电流驱动效率能否恢复到与工程标度一致的水平，与密度台基的降低和远离刮削层中的湍流水平相关。同时，正如在等离子体边缘处所测量到的波频谱的最小增宽所示，rf波与边缘和/或刮削层等离子体的相互作用减弱。
这些结果对于维持稳态托卡马克运作具有重要意义，且为在反应堆中应用高效率的LHCD指出了前进的道路。
凝聚态物理：结构
责编：殷志平
量子固体中的塑性形变：He的位错崩塌与蠕变对固态He塑性形变的首次测量可能会发现位错不同寻常的特性。传统固体在受较小应力时发生可逆的弹性形变，应力与应变之间具有线性、速率无关的关系。超过屈服点之后，开始发生不可逆的、非线性的、时间依赖的塑性形变。
可塑性涉及到位错的运动和增加，Cheng等人报道了他们对六方密排4He的“冶金学”现象的观察，它是一种缺陷行为被量子效应主导的固体。在0.4K以下存在一个弹性形变的应变阈值，在阈值之上压力会突然下降且出现声波发射，这是明显的位错崩塌特征。这种滑动的尺度范围从微米到毫米。在更高的温度下，崩塌逐渐被涉及位错的连续蠕变所取代，并且Cheng等人在低于400Pa的压力下观察到了稳定的流动。
自旋轨道耦合的玻色-爱因斯坦凝聚体中的负质量效应在许多量子系统中可以通过调控色散关系来实现负有效质量。最近在自旋轨道耦合的玻色-爱因斯坦凝聚体系的实验揭示出负有效质量能够阻止冷凝物的自由膨胀并且导致密度条纹。本文中作者揭示了导致这一现象的根本原因是波包的自相干涉，当表征体系色散关系的两个有效质量参数其中一个为负的时候就会发生。
作者证实自旋轨道耦合的玻色-爱因斯坦凝聚体系存在这样的机制，在这个机制下控制冷凝体的输运和扩散的两个质量参数都是负的，这会使得相向自干涉波包具有很多新奇的现象。
2D至4D玻璃中普适的非声子态密度现在已经确定结构玻璃具有无序和阻挫诱导的软准局域激发，其在各种玻璃现象中起着关键作用。
最近的工作已经确定，在三维模型玻璃成形器中，这些非声子软激发可以采取准定位谐波振动模式的形式，其频率遵循普适的态密度D(ω)~ω^4，与微观细节无关，并且适用于广泛的玻璃制备方案。在这里，作者进一步在二维和四维模型结构玻璃中通过直接测量建立振动模式的非声子密度的普适性。
作者还研究了它们的局部化程度，这种局部化程度在较低的空间维度上通常较弱，在二维上产生明显的系统大小依赖于非声子态密度，而不是在更高的维度上。最后，作者确定了一个基本的玻璃频率标度ω_c，超过该频率标度，普适ω^4定律就会不成立。
Ca掺杂的SrTiO3化合物中反铁畸变相的超快驰豫动力学研究
作者利用时间分辨X射线衍射研究了Ca掺杂的SrTiO3化合物（Ca: SrTiO3）中八面体旋转的超快动力学，而该研究是在对化合物的带隙进行光激发后进行的。为了研究Ca: SrTiO3中软膜驱动反铁畸变相的结构序参量，他们监测了与该参量直接相关的超晶格反射的衍射强度。在实验过程中，他们观测到了氧八面体的旋转具有0.2 ps时间尺度上的超快驰豫现象。
尽管在相应的软模式频率中有大的变化，但是他们发现该驰豫现象与初始温度无关。此外，在较慢的皮秒时间尺度上的微弱衰减现象是由热效应引起的。时间依赖的密度泛函理论计算表明，快速响应可以归因于正常态中软膜电势的超快位移修正。而该正常态是由氧2p态中产生的空穴引起的。
低噪声对比率电子显微图像的单原子探测单原子探测对于很多科学技术问题的解决具有重要意义。
电子与物质的强相互作用使透射电子显微镜成为最有前途的技术之一。特别地，利用扫描透射电子显微镜进行的像差校正，在探测单个原子方面迈出了重要的一步。然而，为了克服使用高能电子带来的辐射损伤，输入的电子剂量应该保持在足够低的水平。这就产生了低信噪比和弱对比度的图像，特别是对于轻元素的纳米材料。
为了解决这一问题，Fatermans等人提出了一种结合基于物理的模型拟合与模型-序的选择方法，使之能够进行高可靠型的单原子检测。
金纳米晶体中的大应变伪弹性金属中的伪弹性一般是和相变联系在一起的（例如形状记忆合金），而最近在小于10纳米的银纳米晶体中，实验观察到当对其施加大的应变之后也会发生快速恢复其原始形状的现象。
在纳米尺度的金属中发现伪弹性性质极大程度的改变了人们对小尺度固体物理性质与表面原子运动的理解。至今人们都不清楚在不同的纳米晶体尺度下的金属是否会存在伪弹性。尽管表面扩散和位错介导过程已经被提了出来，而在原子尺度和纳米长度尺度下观察形变的困难阻止了人们对纳米尺度下伪弹性的清晰机制的理解。在准静力和非静力的压力条件下，作者利用金刚石压腔来压缩胶体金纳米晶体进一步加深了对纳米金属伪弹性的理解。
纳米晶体结构的变化的测量利用了光学光谱以及透射显微镜技术，并利用电动理论建立模型。作者发现3.9纳米的金纳米晶体在被施加一个大至20%的单轴应力（等价于一个横纵比为2的椭球）之后展现出了伪弹性形状恢复现象。而纳米晶体的吸收效率在发生形变之后则不再恢复，这暗示着在形变之后纳米晶体中也许产生了晶体缺陷。
凝聚态物理：电子性质
责编：袁喆，马锋杰，沈卡
用随机技术研究费米子系统的时间传播和光谱
Guther等人提出了一种求解含时薛定谔方程的随机方法，推广了基态全构型相互作用量子蒙特卡罗方法。通过在接近实时轴的复平面中进行时间积分，数值上可操作且解析延拓至实频高效率。因此允许对强关联系统进行电子光谱的从头计算。这种方法可以用作嵌入方案的团簇求解器。
光谱法鉴定量子自旋液体中的低能激发具有高度阻搓三角晶格的有机自旋液体的电动力学响应已经在一个很宽的能量范围内得到测量。
虽然这些莫特绝缘体的整体光谱受Hubbard带间跃迁限制，明显的隙内激发可以在低温和低频下得到识别，Pustogow等将其归于量子自旋液体态。对于强关联β'-EtMe3Sb[Pd(dmit)2]2，他们发现在175 cm-1以下增强的电导率，与磁耦合常数J≈250K的能量相当。
对于ω→0，这些低频激发比受到Mott-Hubbard关联约束的电荷载流子响应消失得更快，导致在100cm-1处达到峰值的穹顶形能带。文章还讨论了与自旋子，磁振子和无序的可能联系。
铁电隧道结中缺陷辅助隧道电阻最近的实验结果证明了由反位TiSr缺陷诱导的SrTiO3薄膜的铁电性。这开启了使用SrTiO3作为铁电隧道结(FTJ)这一新兴的有望用于纳米电子学的电子器件中的势垒层的可能。
Klyukin等使用密度泛函理论结合量子输运计算应用于Pt/SrTiO3/PtFTJ原型，他们证明了由反位TiSr缺陷引起的局域间隙能态是增强电子隧穿电导的原因，且可以通过铁电极化控 制。他们的考虑了多种缺陷的紧束缚模型表明，当缺陷能级通过其中一个极化态引入至费米能量时，预测的缺陷辅助隧道电阻效应被极大放大。
他们的结果对基于具有缺陷的传统铁电势垒的FTJ具有影响，并且可以用于设计新型的具有增强性能的FTJ。
三层石墨烯中的朗道能级图和连续旋转对称性破缺在按Bernal方式堆叠的三层石墨烯（ABA-stacked trilayer graphene，TLG）中，填充因子在-6到6之间的零阶朗道能级（Landau levels，LLs）的序列是未知的，因为它敏感的依赖于TLG中的电荷分布情况。
本文中，Datta等人在超纯净TLG样品中，利用量子霍尔效应对电场和磁场的响应，确定了零阶朗道能级的序列，并用紧束缚模型计算了系统的朗道能谱。同时，作者发现在ABA堆叠的TLG结构中，最外两层的电子密度高于中间层的电子密度，而由于三角形弯曲造成的连续旋转C3对称性破缺，也使得朗道能级之间展示出反交叉特征。
基于二维材料的Schottky异质结构中的普适标度律
长期寻求的简单标度律可以为2D电子设备优化铺平道路。Ang等人在基于二维材料的Schottky异质结中发现了载流子输运新的普适标度律。
作者发现在包括非相对论电子气、Rashba自旋电子系统、单层和少层石墨烯、过渡金属二硫化物和拓扑固体薄膜等一系列二维系统中，反向饱和电流(J)与温度普适地满足log(J/T^β)∝−1/T，对于横向Schottky异质结β=3/2，而对于垂直Schottky异质结β=1。这种普适性源于热电离过程和面内载流子动力学的强耦合。作者提出的模型解决了之前工作中存在的争议并与近期的实验结果相符。
这种普适的标度律标志着过去60年被大家广泛采用的经典二极管方程中β=2的标度律失效。这些发现为确定二维材料异质结Schottky势垒高度提供了简单解析标度，开辟了一条理解纳米尺度界面物理和应用器件设计的道路。
量子液体中质心坐标的统计和动力学受最近超冷气体实验的启发，Dóra等研究了有相互作用的一维费米气体的质心坐标性质，显示出几个不同的相。
虽然质心的差异在例如相分离和电荷密度波相的绝缘相中消失，但它在金属相中仍然是有限的，使得形成Luttinger液体。通过将数值与玻色化相结合，他们证明了质心坐标的自关联函数在整个金属相中是普适的。它表现出持续的振荡，其短时动力学揭示了量子液体的重要特征，如Luttinger液体参数和重整化速率。质心的完整计数统计遵循如小系统满足的正态分布。
他们的结果也适用于不可积系统且在实验实现范围内，譬如碳纳米管和冷原子气体。
自旋轨道耦合与量子涨落的相互作用导致铁磷酸盐的磁简并最近在铁基超导体的实验表明，当逼近假定的磁量子临界点时，不同类型的磁序可在相图的窄区域上共存。尽管这些磁结构具有相同的波矢量，但它们破坏了晶格对称性。重要的是，最高的超导转变温度存在于该近乎简并的磁化态增殖（proliferation）区域。
本文中，作者通过考虑自旋轨道耦合和涨落，利用重整化群方法计算各向同性和异性体系中的磁化态。结果表明由于自旋轨道耦合对量子磁化涨落的影响，C2相和C4相存在着自发的简并态。在形式上，量子临界点附近增强的磁化简并态表现为一个具有较大吸引力且稳定的高斯不动点。该结果为实验上不同的铁基化合物中C4相在C2相自旋密度波附近的增殖行为提供了令人信服的结果。
过掺杂铜氧化物中铁磁涨落的演化
在掺杂的高温超导铜氧化物中，反铁磁性与超导性之间的关系被广泛研究，但是铁磁涨落效应对超导性的影响还不十分明朗。本文中，作者以过掺杂铜氧化物Bi-2201为例，研究超导和非超导体中铁磁性涨落的演化情况。磁化曲线显示：低温度时，在高度掺杂的晶体中，由于铁磁相变的前兆现象，磁化率趋于饱和。同时，在200 K以下，利用介子自旋弛豫方法检测到自旋涨落的明显增强。
相应地，由于巡游电子的存在，该铁磁涨落具有金属特征，使得面内电阻率在较宽温度范围内遵循4/3的幂函数规律。该结果有望用于理解过掺杂铜氧化物中超导转变温度降低的物理机制。
铀重费米子系统中的磁二元性在5f电子组成的磁性系统中，局域和巡游性之间的二元性一直是长期存在的难题。在这里，作者借助于非弹性中子散射实验，揭示单晶体UPt2Si2系统中磁性的局域和巡游性。
在反铁磁的状态下，作者观察到扩散性磁散射具有很宽的连续性以及令人意外的无相干自旋波，暗示着巡游磁性的存在。而在奈尔(Néel)温度下，带隙将被关闭。同时，自旋的相干动力学行为可以持续到很高温度。尽管如此，总磁谱权重的温度依赖却可以被J=4的局域磁矩很好地描述。此外，极化中子测量结果显示，磁波动主要是横向的，几乎没有或根本没有任何巡游的纵向成分。
这些结果表明，对UPt2Si2系统中的磁性需进行局域和巡游的双重描述。
Kagome格子上具有偶Ising规范场结构的量子自旋液体采用大规模量子蒙特卡罗模拟，Wang等人研究了kagome晶格上的扩展XXZ模型。具有有效偶Ising规范场结构的Z2量子自旋液体相从包括条纹固体，交错固体和铁磁体的三种对称性破缺相间脆弱的平衡中显现。
这种Z2自旋液体是通过与量子二聚体模型极限中Rokhsar-Kivelson势相关的扩展相互作用稳定的。他们发现从交错固体到自旋液体或铁磁体的相变是一阶的，条纹固体和铁磁体之间的相变也是如此。然而，自旋液体和铁磁体间的相变是连续的且属于与spinons凝聚相关的3D XY*普适类。自旋液体和条纹固体间的相变则似乎是连续的且与visons凝聚有关。
CdSe量子点中正电子态的性质
此前的研究表明，正电子湮没光谱是一种探测嵌入薄膜中的配体封端半导体量子点电子结构和表面组分的高灵敏探测手段。然而，正电子是束缚在量子点内部还是局域在表面的疑问至今仍未得到解决。Shi等人对CdSe量子点的正电子湮没寿命光谱研究揭示了在358-371ps的窄范围内存在强寿命成分，这表明在量子点表面存在大量的正电子俘获和湮灭。
此外，作者采用最近发展的加权密度近似公式进行了正电子波函数和寿命的第一性原理计算，表明了正电子表面态的存在并且获得了与实验值接近的正电子寿命。因此，这个工作解决了半导体量子点中正电子态的长期问题，并开辟了用高灵敏正电子湮灭技术获取胶体半导体量子点表面组成和配体-表面相互作用定量信息的途径。
单层WS2中双激子发射的塞曼分裂和反转极化
原子级薄半导体为研究库仑束缚多体态的物理特性提供了理想的测试平台。Nagler等人通过面外磁场下偏振分辨光致发光光谱研究了单层WS2中磁场诱导的双激子劈裂，阐明了这种复合物的复杂结构。实验中观测到的双激子g因子约为-3.9，与中性激子的g因子很接近。双激子发射在线性极化激发下显示出倒置的场致圆偏振极化，也就是说双激子在磁场下的高能峰优先发射。
这个现象可以通过动量空间中双激子成分的杂化构型及其在磁场中各自的能量行为来解释。这个工作揭示了暗激子在这种多体状态组成中的关键作用。
单层WSe2中受缺陷束缚激子的微秒谷寿命在过渡金属硫化物这样的原子级厚度的二维半导体中，控制缺陷的密度和类型有望成为设计光物质相互作用的有效方法。Moody等人证明电子束照射是一种可以在过渡金属二硫化物中选择性引入硫属元素空位相关的缺陷束缚态的简单工具。
作者对单层WSe2的第一性原理计算和时间分辨光谱测量揭示了这些缺陷束缚激子展现出优异的光学性质，比如复合寿命达到200ns和谷寿命长达1μs。作者指出这种利用电子照射设计晶格的能力为过渡金属硫化物可裁剪光学响应在光电子学、量子光学以及谷电子学等方面的应用提供了新方法。
石墨烯等离激元的光热设计纳米级光热源在治疗学、成像和催化中有着重要的应用。
在这种背景下，石墨烯提供了一个拥有独特光学、电学和热学性质的平台。这个工作中，Yu等人展示石墨烯纳米尺度响应的自洽活性光热调制。特别是，作者预言均匀石墨烯在连续外部光泵浦修饰的光学形貌中存在局域等离激元。这个结果依赖于干净的石墨烯在晶格温度保持接近环境温度的条件下光学泵浦所能造成的高电子温度。这个工作为石墨烯纳米光电子响应的光学控制开辟了一条新途径。
莫特绝缘体中高次谐波的产生
利用Floquet动力学平均场理论，Murakami等人研究了交变场驱动下宽禁带Mott绝缘体时间周期稳态中高次谐波的产生。在强场区域下，谐波强度表现出多个平台，相应的截止能量ε_cut=U+mE_0与库仑相互作用U和最大场强度E_0相关。这个情况下所产生的双占据激子和空穴型激子由于强磁场作用发生局域，第m个平台来源于第m个次近邻双占据激子与空穴型激子之间的复合。
在弱场情况下，只有一个源于巡游双占据激子和空穴型激子复合的单一平台。这个时候ε_cut=Δ_gap+αE_0，其中Δ_gap为能隙宽度，α>1。作者证明即使采用相同色散的半导体模型并通过杂质散射使半导体能带变宽以模仿莫特绝缘体中非相干散射，所产生的高次谐波强度仍不如Mott绝缘体强。
通过光学磁电效应识别反铁磁畴多铁材料中的磁比特可以通过低能耗的电场来控制从而引起广泛的研究兴趣。
本文中，作者借助光学方法，利用不同畴之间的强吸收差异来研究LiCoPO4中的磁电反铁磁畴。结果显示，由于自旋波激发态的动态磁电效应，即使在零磁场中，不同畴之间的强吸收作用仍然存在明显差异。通过微观建模分析，作者同时捕捉到静态磁电效应的特征并指出该效应同时存在于具有正方4/m' mm对称性或更高对称性的反铁磁材料中。该研究有助于新一代非易失性存储器等自旋电子器件的开发。
铁电陶瓷中自发极化表面大的类挠曲电响应由于晶粒的随机取向以及晶粒中铁电畴的形成，非极性铁电陶瓷被认为是非极性的。在这里，Zhang等人发现铁电陶瓷的表面(~几微米厚)是自发极化的。由于相反表面铁电极化的取向是反平行的，铁电陶瓷整体上是非极性的。然而，如果材料非对称应变（例如弯曲），其会表现出源自极化表面压电响应的强类挠曲电的机电响应。
他们的结果揭示了一个主要机制来解决非常重要但很大程度上未解决的问题：铁电体中实验测量的挠曲电效应通常比理论预测值大几个数量级。
补偿亚铁磁体中电流诱导畴壁运动由于在检测和操纵反铁磁材料的磁性状态方面存在困难，使用电学方法研究其开关动力学仍然是一项具有挑战性的任务。相比之下,亚铁磁性材料中的磁化状态即使在补偿点都很容易被探测，有望为高速自旋电子设备的实现提供了另一种可能。
本文中，Siddiqui等人在重金属-稀土过渡金属双层膜系统中，研究电流对反铁磁耦合的畴壁动力学为的影响。结果显示，在角动量补偿点,电流诱导的畴壁速度达到最大。通过实验和建模，作者进一步揭示该类体系中的畴壁结构具有手性，且其在补偿点上仍保持不变，这表明在重金属-亚铁磁体双层膜中，Dzyaloshinskii-Moriya相互作用是由特定子格子的自旋取向而不是净磁化决定。