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普通物理：统计与量子物理
非均匀性导致的纳米颗粒的卡斯米尔输运
Fanglin Bao等人提出了一种浸没在流体中的纳米颗粒输运方案，该方案依赖于真空量子涨落。其机制在于纳米颗粒与梯度超表面之间的非均匀性诱导横向卡斯米尔力以及传统的Dzyaloshinskii-Lifshitz-Pitaevskii约束的弛豫，其允许量子悬浮用于更广泛的材料构型。他们计算了悬浮在光栅上方纳米球的速度，可以达到每分钟几微米。
Born近似给出了卡斯米尔能量的一般表达式，揭示了尺寸选择性传输。对于任何给定的超表面，存在某种颗粒-超表面分离，其输运速度达到峰值，形成“卡斯米尔通道”。卡斯米尔相互作用的符号和强度可以通过液体-空气半月板形状来调节，有可能允许实时控制其他被动力，并实现有趣的开关或定向切换传输过程。
一维费米-哈伯德模型中的非平衡质量输运
Scherg等人通过实验和数值方法研究了均匀一维光晶格中费米子的突然膨胀。对具有大量双子的初始态，他们观察到快速膨胀单子与留在阱中心慢双子的动态相分离，在强相互作用极限下实现费米量子蒸馏的要素。对于没有双子的初始态，他们发现，与玻色子相比，渐进膨胀速度的相互作用依赖性减小，这可以由淬火中产生的相互作用能来解释。
与玻色-爱因斯坦凝聚体耦合的单个中性杂质的量子自旋动力学
Schmidt等人报告了浸入玻色-爱因斯坦凝聚体中的单个局域化中性杂质的自旋动力学。单个铯原子被输运到铷原子云中，和环境热化，从而解决了具有自旋Fi=3的局域杂质和具有Fb=1的浴原子之间的自旋交换。将这些数据与自旋动力学的数值模拟比较，他们发现，对于在玻色-爱因斯坦凝聚体体系的的气体密度，其动力学主要由云的凝聚份数决定。通过杂质的自旋数目，在空间上分离杂质和气体的密度重叠。
最后他们追踪了，与不同密度的气体耦合时，在内部态的相干叠加中制备的杂质的相干性。对于所选择的态，尽管浴密度很高，有很快的热化率，单杂质的相干性不受影响，实现了保持内部态的相干性，同时交感冷却。他们的工作为通过局部杂质对量子多体系统进行无损探测铺平了道路。
通过循序的弱测量优化纯态量子比特层析成像
自旋相干态正算符值测量（POVM）是量子科学中的基本观测量，其应用包括层析成像、计量学、远程传送、基准测试和Husimi相空间概率的测量。作者证明了这个POVM是通过弱且各向同性地集体测量一组量子比特的自旋投影来实现的。作者在纯量子比特的最佳层析成像的背景下应用它，并且用数值证明，通过对集体自旋分量的随机方向的一系列弱测量，离散采样或在随机控制中连续测量，可以接近最佳界限。
强关联费米子具有零收敛半径的图解序列的重求和Rossi等人证明，对于强关联费米子，即使收敛半径消失，一系列费曼图的求和也能得到无偏的精确结果。作者考虑了在三维连续空间中的非相对论幺正费米气体模型。费曼图由单独粒子和成对粒子的部分缀饰或者完全缀饰的传播子构成。这个序列通过共形-Borel变换进行重求和，这个变换通过瞬子方法得到，包括了Borel平面的高阶行为和解析结构。
作者报告了正常非极化状态下状态方程的高度精确的数值结果，实验数据与理论推测的第四维里系数一致。
接触和幺正费米气体动量分布在强相互作用的共振费米气体中，一个关键的量是接触，它可以描述很多性质，比如大动量的动量分布或短距离的对关联函数。Rossi等人在幺正点进行测量了的温度依赖性，在该点现有的理论预测即使在定性水平上都极大地不同。
他们报告了正常相中幺正气体的接触和动量分布的精确数据，这些数据是通过“加粗”图解蒙特卡洛方法以及Borel重求和方法得到。作者的结果在误差范围内与实验数据一致，它为先进的理论处理和精确测量的发展提供了重要的基准。
退相干不敏感的超导量子比特量子信息存储与处理构建实用量子计算机的核心任务是保护单个量子位免受退相干，同时保留涉及任意两个量子位的高保真纠缠门能力。
在这里，作者提出并演示了去相干-不敏感过程，用于在涉及多个频率可调量子比特的全连接超导电路中存储和处理量子信息，每个量子比特可以通过中央总线谐振器可控制地耦合到任何其他比特。虽然人们普遍认为额外的频率可调性增强了控制自由度但会对超导量子比特产生更多的失相影响。作者的结果表明，通过应用在脉冲中间相位反向的弱连续和谐振驱动场，任何单个量子比特都可以与去相干噪声动态地解耦。
更重要的是，作者还展示了一种新方法，通过连续驱动和量子比特-量子比特交换耦合用来实现具有固有动态去耦的双量子比特相位门。作者发现弱连续驱动场不仅能够实现量子信息处理所必需的条件动态，而且还能保护两个量子比特在门操作期间不会失相。
三线性哈密顿量的量子模拟
由三线性哈密顿量ħx(a†bc+ab†c†)描述的谐振子之间的相互作用是量子光学中最基本的模型之一。通过在线性受陷三离子晶体中采用库仑势的非谐性，作者用强耦合机制中的三种正常运动模式中实验地实现这个哈密顿量，其中耦合强度远大于离子运动的退相干率。作者用它来模拟Tavis-Cummings模型描述的原子和光的相互作用，以及在耗尽泵浦区域的非简并参数化下转换过程。
多参数量子计量的灵敏度界限
作者确定了在多模干涉仪中同时估计多个参数的精度限制。用于增强多参数灵敏度的量子策略基于粒子、模式间的纠缠，两者的组合。粒子可分离状态的最大可达灵敏度定义了多参数散粒噪声限制，可以在没有模式纠缠的情况下超越这种限制。通过加入模式纠缠，可以进一步增强这一限制到多参数Heisenberg极限。作者提供了使精度边界饱和的最佳策略。
线性响应中的统一热力学不确定关系
热力学不确定性关系（TURs）是最近建立的，在非平衡系统中时间积分的流与熵产生之间的相对不确定性关系。对于离开平衡的小扰动，线性响应（LR）理论提供了研究通用非平衡过程的自然框架。在这里，作者使用LR以简单统一的方式推导出TURs。作者的方法允许将TUR推广到没有局域时间反演对称性的系统，包括例如弹道传输和周期性驱动的经典和量子系统。
作者发现，对于破坏时间反转的系统，相对不确定性的界限由耗散和编码Onsager矩阵的反对称性的参数控制。作者用介观物理学的一个例子来说明其结果。作者还将方法扩展到线性响应理论之外：对于马尔可夫动力学，它揭示了TUR与流涨落定理之间的联系。
动力学理论需求的粒子相对于模拟流体的传统格子Boltzmann方法，一种新方法适用于高马赫数和不可压缩流体，这两种情况下先前的技术不可用。
与其前身——格子Boltzmann方法及其变种——相比，一种流体动力学新理论，它具有定制的按需构造粒子，消除了对流速和温度的限制。在新的动力学理论中，离散粒子是通过严格的极限过程确定的，该过程避免了对其速度的特别假设。不可压缩和可压缩流的经典基准测量表明，所提出的离散粒子动力学理论为计算流体动力学开辟了前所未有的广泛应用领域。
动力学量子相变的几何图像
Loschmidt回波是纯粹的量子力学量，对于大量子多体系统的它的确定需要对所有本征态和能量的非常精确的了解。因此，人们一般认为将其应用到时间演化是没有希望的。然而，使用全连接横场Ising模型作为一个例子，作者表明事实并非如此，并且通过平均场理论很好地描述的系统的简单半经典近似实际上与严格的量子力学计算相一致。
除了捕获这些模型的整个动力学相图的潜力之外，此处介绍的方法还允许在任何温度下对保真度返回率进行直观的几何解释，从而在一个通用框架中关联序参量动力学和Loschmidt回波。补充材料中提供的后淬火动力学视频可视化了这种新观点。
引力与天体物理
导读：郭敏勇；责编：高思杰
利用银河系心气体云进行量热暗物质探测
本文作者证明，在银河系中心几百秒差距的气体云的暗物质加热为暗物质相互作用的测试提供了一种强大的新方法。为了便于说明，他们对核子散射的暗物质质量设置了新的范围，为10–100 MeV。他们还对微电荷暗物质模型做了约束，使用的是那些能够与最近的EDGES 21cm吸收反常现象相匹配的模型。
对于银河中心的气体云，因为银河系中心周围的磁场是极向的，而不是与银河系盘平行排列，所以银河系电磁暗物质的磁偏转会减小。他们探讨了利用暗物质加热的银河系中心气体云探测暗物质的前景。
极端黑洞的视界毛
已经表明，极端黑洞上与标量毛扰动相联系的事件视界上的守恒荷和柯西视界可以在外部从类光无穷远处测量。这表明这些守恒荷有可能成为可观测的特征。这个结果的证明建立在对外向微扰的辐射场末期渐近行为的精确获得上。
有关高能太阳伽马射线产生新成分的证据观测到的来自太阳圆盘的数个GeV的γ射线发射——源自强子宇宙射线与气体相互作用并受复杂磁场影响——尚未被人们所理解。利用对Fermi-LAT数据的改进分析，包括首次对圆盘的解析成像，作者发现有力证据表明这种发射是由两种不同的机制产生的。2010年至2017年（太阳活动开始上升直到最大值的阶段），γ射线发射主要由极向组分决定。
在2008年至2009年（太阳活动极小期）之间，该组分依然存在，但是总的发生却由一个新的沿赤道方向的组分占主导地位，有更大的光通量和更硬的光谱。最引人注目的是，尽管在1.4年的太阳最小值期间观察到六条超过100 GeV的γ射线，在接下来的7.8年中一条也没有被观察到。这些特征，以及将在姐妹文章中讨论的30-50 GeV光谱倾角，在理论中没有被预料到。
为了理解潜在的物理，Fermi-LAT和HAWC对即将到来的太阳活动最小期的观测是至关重要的。
黑洞的大质量玻色子超辐射不稳定性：非线性增长，饱和度和引力辐射
本文作者研究了在不假设空间对称性的广义相对论框架内，围绕旋转黑洞的大质量玻色子的超辐射不稳定性。作者关注的是在带有矢量玻色子的高速旋转的黑洞，其康普顿波长与黑洞半径相当，这是相对论效应最显著的区域。他们跟踪玻色云通过超辐射的增长，当接近黑洞旋转时成非线性增长，达到最大能量并开始通过引力波的发射耗散。他们发现超辐射不稳定性可以有效地将黑洞旋转能量的很大一部分转变为引力辐射。
LISA对于中子星-白矮星双星系统合并的探测解析即将投入使用的太空引力波（GW）天文台LISA的主要候选观测源是银河系中许许多多的由白矮星（WDs）和中子星（NSs）的组成的双星系统。其中许多会发生合并并进行质量转移，并导致同时发射X射线和引力波。针对这些系统的形成和演化，本文作者详细和连贯地做了恒星模型的数值研究，包括有限温度效应以及质量从白矮星向中子星转移的完整计算。
作者计算了特征应变幅度的演化轨迹，发现它们在GW频率——动态啁啾质量参数空间中演化的独特模式，能够确定系统的性质。此外作者也证明了，对啁啾的精确观测能够使对NS质量的确定达到几个百分点的准确度；也可用于约束其状态方程，对能在高频和低频同时观察到的双线GW源来说尤为如此。
基本粒子与场论
任意维双标量可积共形场
作者将最近由Gürdogan以及本文作者之一引入的4维双标量共形场推广到D维，该共形场是N=4超对称杨-米尔斯理论在γ-形变下的一种强扭度极限。与4维的情形相似，D维理论中的平面关联也是共形的，并由费曼图中的“渔网”图所主导。这些图的动力学结构由可积共形SO(1,D+1)自旋链描述。
在2维情况下，它可以类比在QCD Regge极限下Lipatov的SL(2,C)自旋链，但是在这里自旋s=1/4而不是s=0。作者将最近Grabner, Gromov, Korchemsky以及本文作者之一的4维结果推广到D维，计算了在任意耦合下的一个由最简单圆柱拓扑渔网图主导的完整四点关联函数，并从中抽取出螺旋荷为2的任意自旋的算符的完整维度以及它们算符展开的一些结构常数。
纠缠熵和TT¯形变
人们猜测在时空有限区域里的量子引力与无关算符TT¯形变得到的共形场对偶。作者通过纠缠熵来对这一假设进行了检验。纠缠熵不但对边界上的紫外物理敏感，还能够探测体内的几何。作者发现一个在球面上含有两个反足点的纠缠表面的纠缠熵是有限的，并且与在有限区域的Ryu-Takayanagi公式精确匹配，和McGough等人的猜测一致。作者还考虑了圆锥熵的一个单参数族，发现它是有限的并验证了Dong的一个猜想。
由于紫外发散是局域的，作者由此总结TT¯形变的作用相当于纠缠熵的一个紫外截断。作者的结论支持了TT¯形变共形场论是时空有限区域的全息对偶的猜测。
复合希格斯玻色子导致的重子数不对称作者在一种希格斯模型下研究了电弱相变（EWPT）。在该模型中，希格斯是一种在TeV尺度禁闭的新强相互作用理论部分，近似全局对称性的赝-南部-歌德斯通玻色子（pseudo-Nambu-Goldstone boson）。
作者首次着重分析了伴随着强相互作用禁闭相变的EWPT。作者通过该强相互作用部分的共形对称性自发破缺产生的赝-南部-歌德斯通玻色子，胀子来描述禁闭。胀子可以像介子也可以像胶球，作者证明了此二者间的动力学性质的巨大区别。作者证实了，由于胀子势能的共形性质，EWPT可以很自然地是强一级相变。进一步地，作者检验了在EWPT中，希格斯势能参数的尺度变化。
特别地，作者细致地考虑变化的顶夸克汤川耦合的情形，并发现所带来的CP破坏足够可以使电弱重子成功产生。作者证实了该CP破坏与已知的味与CP约束相容。作者所提出的情景可以通过各种方法来检验：比如通过测量电子电偶极距实验中的奇CP顶夸克汤川耦合，通过在加速器上搜索胀子的产生以及希格斯耦合的偏离，或者通过LISA的引力波实验。
原子核物理
STAR探测到的每核子对质心能量√sNN=200GeV的Au+Au对撞和√sNN=193GeV的U+U对撞低横向动量处的e+e-对产率STAR合作组实现了每核子对质心能量√sNN=200GeV的Au+Au非中心对撞和√sNN=193GeV的U+U非中心对撞低横向动量处（pT<0.15GeV/c）不变质量为0.4<Mee<2.6 GeV/c2的e+e-对产率的首次测量。
通过研究Au+Au和U+U对撞产生的经过效率校正后的e+e-对的不变质量谱，他们发现，当对撞的中心度为40%-80%时，e+e-对产率与强子贡献的比值（Data/Cocktail）有显著的增强（e+e-对产率过剩）。e+e-对产率过剩在pT≈0.15GeV/c时达到峰值，宽度（√pT2）为40至60 MeV/c。
e+e-对产率过剩的散射截面的绝对值对对撞中心度的依赖很弱，而包括了源于夸克胶子等离子体或者强子贡献（hadronic Cocktail contribution）的介质中扩展的ρ谱函数（in-medium broadened ρ spectral function）以及辐射的理论模型的计算结果随着参与核子数目的增加有着显著的增强。
基于入射核和靶核产生的光子光子相互作用模型的计算能够描述实验所观测到的e+e-对产率过剩，但是不能重复出其对横向动量平方（pT2）的依赖。
从132Sn的Gamow-Teller巨共振中提取的Landau-Migdal参数Landau-Migdal参数g′是研究核物质中π凝聚可能性的一个关键参数。
Yasuda等人通过测量入射束流能量为216MeV/u的不稳定丰中子双幻核132Sn的(p,n)反应的二阶微分截面提取了该参数。数据质量与源于稳定核的相当。通过对132Sn至132Sb的Gamow-Teller (GT)跃迁强度的测量，他们发现当激发能Ex(132Sb)为16.3±0.4 (stat) ±0.4 (syst) MeV时，存在宽度Γ=4.7±0.8 MeV的GT巨共振（GTR）。
积分后的GT强度为SGT−=53±5(stat)−10+11(syst)，积分限为Ex=0-25MeV，该值是Ikeda求和规则结果3(N-Z)=96的56%。由于GTR能量对g′高度敏感，目前的结果将Landau-Migdal参数精确地约束为g′=0.68±0.07。
结合之前关于90Zr和208Pb的GTR的研究，该研究结果表明的数值在核素图(N–Z)/A=0.11-0.24以及A=90-208处是一致的。
核帕斯塔结构的弹性中子星壳层的弹性特性（剪切模量以及断裂应变）与各种目前的可观测量或不久的将来的电磁波以及引力波现象密切相关。
这些现象可能依赖于中子星内壳中发现的核帕斯塔结构（存在于中子星壳层的一种假想的简并物质，因其几何结构与意大利面的结构相似而获名）的弹性特性。Caplan等人利用大规模的经典分子动力学模拟研究了核帕斯塔结构的形变。作者模拟了理想的核帕斯塔结构并描述了它们的破缺机制。在模拟过程中，这些帕斯塔如同中子星壳层里的离子一样，被排列在不同的场所（以描述他们的形变）。
该研究结果表明核帕斯塔结构可能是目前已知最强的材料，其剪切模量可达1030ergs/cm3，断裂应变可能大于0.1。
原子、分子与光学
电子-正电子耦合动力学的含时多组分密度泛函理论电子-正电子相互作用已被用于科学各种领域。在这里，本文发展了含时多组分密度泛函理论，从第一性原理出发研究耦合电子-正电子动力学。
作者证明了存在时间依赖耦合的单粒子方程，籍此可以研究电子和正电子密度动力学，并推导出形式上严格的有效势的表达式。通过将绝热局部密度近似引入时间依赖的电子-正电子相关性，作者将该理论应用于激光场下正电子氢化锂分子的动力学。最后，本文通过揭示正电子分离的复杂机制和正电子的屏蔽效应对电子共振激发的抑制效应，证明了电子和正电子运动之间耦合的重要意义。
具有环面拓扑结构的光学晶格
本文提出了一种构建光学晶格的实验方案，其中原子被限制在环面的表面。这种结构可以通过使用最近发展起来的高分辨率成像技术实现的空间赋形激光束来构建。通过计算环面晶格中原子的隧穿强度，作者对该实验方案的可行性做了数值研究。为了说明拓扑在环面上原子动力学中的重要作用，作者还研究了这种结构上的量子超流体电流和分数量子霍尔（FQH）态。
对于FQH态，本文对拓扑简并的稳健性进行了数值上的研究，并提出了一种检测这种简并性的实验方法。作者的环面构造实验方案可以推广到具有更高属性的表面，以探索更丰富的拓扑物理学。
用于大动量分离的三路径原子干涉测量
本文展示了可用于大动量分离的对称三路径对比干涉仪。在112倍光子反冲动量分离时观察到的相稳定性超过了早期自由空间干涉仪的性能。除了对称干涉仪几何结构和玻色-爱因斯坦凝聚源外，本文所提供方法的稳健可扩展性依赖于通过仔细选择原子光学参数来抑制不需要的衍射相位。干涉仪相位演变是反冲次数的二次函数，达到高达7×107 rad/s的速率。最后，作者讨论了该方法对精细结构常数的测量和QED测试的适用性。
高激发碱原子阴离子的极端相关和排斥相互作用在高能量下，碱性负离子的单光子光分解所占据最终状态的发射电子和剩余价电子都具有高角动量。光致分解的电子与各向异性核发生强烈地相互作用，因此这些通道的部分横截面显示出非Wigner阈值行为，反映了这些偶尔排斥的大的相互作用。作者使用的完全量子力学理论研究能够更深入地解释这些局部横截面。
比较不同通道和不同原子种类（钠、钾和铯）之间的行为，显示了近简并度在能谱中的关键作用，并证明了部分光致解离截面的大部分行为源于这些近简并通道永久的，而不是诱导的，电偶极矩。这提供了一个负色散力起了决定性作用系统的具体例子。
耗散自旋-腔系统的变分重整化群：来自介观自旋系综的非经典光子周期脉冲
与空腔耦合的介观自旋系综提供了观察复杂非经典现象令人兴奋的前景，这些复杂现象将来自少数自旋的微观特征与宏观自旋系综的微观特征结合在一起。本文中作者演示了如何利用多达一百个自旋系综中的集体相互作用来获得非经典光的周期性脉冲序列。为了揭示全量子动力学和光子统计学，作者开发了一种时间自适应变分重正化群方法，该方法能准确地捕获介观自旋-腔系统基本的Lindbladian动力学。
非线性动力学和流体力学
平滑疏水表面上分子滑动的前体实验和模拟表明，简单液体在光滑、疏水表面附近流动时可能会出现滑动。在这里，Pye等人展示了如何在液体对振荡剪切的复杂响应中观察到分子滑移的前体，并在浸入液体环境的单滴水生长期测量了石英晶体微天平频率和带宽的变化。通过使用自组装单层改变表面的疏水性，实验结果显示在所有表面上很少或没有水的滑动。
然而，Pye等人观察到疏水表面附近的过度横向运动，这是由于波纹表面电位的弱结合，它是滑移的主要前体。Pye等人还展示了在有限范围相互作用势的模拟中为何容易忽略这种效应。
液体中激光诱导的微球锤击振动
Zhang等人用单根发散高斯光束演示了液体甘油中微米级黑球的激光诱导锤击振动新原理。通过微粒振动速度显著提高的光诱导∆α光泳力是锤击振动推力和拉力产生的原因。Zhang等人的方法将对微粒锤击振动的光学操作扩展到液体介质，并提供对被捕获粒子的完全控制，包括调整振动频率，振幅和位置。
石墨烯锁模光纤激光器中卡西米尔式
Sulimany等人通过实验和理论研究了光纤激光器孤子雨多脉冲动力学中的超短光脉冲相互作用。激光器由用机械转移技术制造的石墨烯饱和吸收器锁模。耗散光孤子聚集成脉冲团，显示复杂行为，包括运动参考系中的加速和双向运动。漂移速度和方向取决于团的大小和腔中的相对位置，也会被团碰撞产生的突然变化而隔断。
光子液滴的观察及其动力学
我们提供了在吸引（聚焦）非局域非线性介质中光子液滴的实验证据。光子微滴是自束缚的，有限大小的光态，由于相互竞争的吸引力和排斥力平衡而对尺寸和形状扰动具有鲁棒性。最近在理论上通过非局域非线性多极展开证明，自束缚态是由于s波和d波非线性项之间的竞争以及衍射而产生。理论光子液滴框架包括类孤子稳定基态和非类孤子动力学态，即当系统偏离平衡时，由驱动进入的激发态。
量子混沌中时间驱动相变的实验观察
Hainaut等人报告了在正则量子混沌系统中量子转子时间驱动相变的首次实验观察。这种转变与热力学相变有极强的类比，时间类比温度，转子动能的量子期望类比自由能。相变意味着系统的记忆行为突然发生变化：在临界时间之前，系统在相空间中经历混沌运动，对初始状态的记忆在一段时间内被擦除；在临界时刻之后，量子干涉增强了混沌轨迹返回初始状态的可能性，从而恢复系统的记忆。
二维脆性断裂的普遍性和稳定性相图
最近通过非线性相场断裂理论再现了强动态条件下一类脆性材料中实验观察到的二维振荡裂纹不稳定性。在这里，Lubomirsky等人强调了这种不稳定性的普适特征：它存在于具有非常不同的近梢弹性非线性的材料中，振动波长遵循用耗散相关的非线性弹性固有长度尺寸画出的普适性主曲线。此外，Lubomirsky等人表明，在增加破裂驱动力时，出现了高速梢劈裂不稳定性，如实验证明的那样。
该分析的最终结果是二维脆性断裂的综合稳定性相图，其显著特性和拓扑结构与近梢非线性的形式无关。
准双年振荡实验模型中大尺度流的非线性饱和
准双年振荡(QBO)是赤道平流层中内波产生的大尺度流的近周期反转。Semin等人基于模型实验，研究了导致大尺度流QBO产生的不稳定性，以及不稳定性的非线性区间。首次实现了对流非线性饱和速度的定量测量。揭示了QBO的产生由分岔所导致，这种分岔要么超临界，要么亚临界，取决于起主导作用的耗散过程，通过不稳定阈值附近的非线性分析证实了这一点。
等离子体与束物理
高强度高对比度激光加速质子的重组
Tata等人发现高对比度强激光短脉冲入射固体靶时可产生快速中性原子。实验研究表明加速质子重组的中性化比预期强200倍。快速中性原子可贡献80%的10keV量级快速粒子，在更高能量快速粒子中，快速中性原子的比例迅速下降。而靶附近的高密度等离子体羽流中常规电荷转移和电子-离子复合不能解释此中性化。作者提出了一种电子和离子的共同传播模型，其中远离靶表面的结合解释了实验结果。
作者还提出了该模型的新颖实验验证方案。该研究深入理解了离子和电子的密切关联动力学行为，这也是中性原子产额高于预期的物理机制。
国家点火装置中高绝热高性能间接驱动低温内爆
为达到点火所需的压力和密度，有必要开发一种设计方法，使模拟更容易指导实验。Baker等人介绍了一种新的短脉冲惯性约束聚变平台，该平台经专门设计使之更可预测。平台已实现99％+0.5％激光耦合到空腔，且高内爆速度（411 km/s）、高热点压力（220+60 Gbar）和高冷燃料面密度压缩比（> 400），同时保持可控的内爆对称性，这为研究点火物理提供了一个前途光明的新物理平台。
流体框架下朗道阻尼的更准确模型的新封闭Hammett和Perkins将回旋热流涨落或者四阶回旋流体矩偏差通过低阶流体矩来表示，获得了流体级联方程的封闭，首次把动理学效应（如朗道阻尼）结合到了流体框架下。
为了获得在双麦克斯韦分布方程附近展开的流体模型的封闭，出现了在动理学理论中或者相关的等离子体响应函数R(ζ)=1+ζZ(ζ)中的常用等离子体色散函数Z(ζ)，必须接近合适的Padé近似，只有这样封闭才能对所有的ζ值成立。该封闭很少见，而Hammett和Perkins的原始封闭经常被采用。
在本文中，Hunana等人展示了一个所有合理的朗道流体封闭的完备映射，这个映射能在回旋近似下的四阶矩层面建立，这被认为是目前最精确的封闭。此外，通过考虑在高阶矩下的一维封闭，作者展示了可在流体框架下再现任意精度的线性朗道阻尼，据此表明了流体和无碰撞动理学描述的收敛性。
持续毫秒量级的电子空穴中电子分布的直接观测
尽管对于等离子体动力学来讲，持续毫秒量级的空间结构（合唱波的非线性或者时域结构（TDS））非常重要，但是目前仍然没有直接的观测方法，并且这些波及TDS与电子的在毫秒时间尺度上的相互作用需要被理解。通过37个0.195ms磁层多尺度卫星电子测量的叠加，获得了毫秒持续时间的电子空穴，并第一次观测到亚毫秒时间尺度电子谱和俯仰角分布。
作者展示了重叠电子空穴里keV能量量级的电子是由几百伏特电压加速得来，并且电子空穴里的电子谱包含了几个最大值和最小值，这个现象可以由一个描述电子入空穴时的能量改变的模型来解释。作者还讨论了电子被电子穴加速的机制（当TDS进入到会聚磁场时垂直能量增益）和散射（由垂直电场所引起）。
凝聚态物理：结构
超硬凝胶是如何破裂的高度拉伸材料的断裂挑战了我们关于物体破裂的观点。
作者直接观察到施加应变大于50%时韧性双网状凝胶的断裂。在断裂的过程中，裂纹尖端形状服从一个x≈y1.6的指数定律，这和低应变裂纹中观察到的抛物线形状形成对比。此时一个新的长度尺度l从这个指数律中产生。作者发现，当裂纹速度接近横波速度时，l与材料存储的弹性能量直接成比例并发散。作者的结果证实双网状凝胶会发生脆性断裂并且为探索大应力断裂机制提供了测试平台。
冲击压缩硅中的纳秒熔化和再结晶
冲击压缩硅的X射线衍射测量显示硅的所有尖锐衍射峰丢失，然后是纳秒再结晶。这证明硅是被熔化而不是非晶化。原位、时间分辨、X射线衍射和同时连续测量被用于检测被冲击压缩到54 GPa的Si的结构变化。通过所有尖锐晶体衍射峰的消失和单个宽衍射环的出现，作者确定了Si在～31-33GPa以上发生了冲击熔化。从熔体边界的再冲击导致Si快速（纳秒）再结晶为六方密排硅相并进一步支持熔化。
本文的结果还对高温高压Si相图提供了新的约束条件。
超越常规标度定律的铁电问题
最近报道了在超薄的第四族单硫族化合物中违反标度定律的铁电尺寸效应。这个现象通常被归因为包括缺陷、晶格应变等在内的外部效应。基于有限温度的第一性原理计算模拟，作者发现这些异常现象的产生是由化合物从块体到薄膜的不寻常的对称性破缺造成的。电子结构的变化导致体相和薄膜中表征铁电相变的序参数不同，以及标度定律的失效。这种超出标度定律温度（Tc）极限的作用机制将有助于预测广受关注的室温超薄铁电器件。
凝聚态物理：电子性质
Td−MoTe2中库仑相互作用导致Lifshitz相变和杂化Weyl半金属的证据Xu等人使用软X射线角分辨光电子谱研究了块体过渡金属二硫化物Td-MoTe2的电子结构，发现格点库仑相互作用会导致Lifshitz相变，对精确描述电子结构至关重要。通过比较实验数据和理论计算，作者发现MoTe2中有一对能带会相互接触同时形成第一类和第二类Weyl点，从而呈现混合Weyl半金属态。
作者指出揭示库仑相互作用的重要性会打开一条理解决MoTe2中独特物理性质的新途径并且对理解这种范德瓦尔斯材料中关联效应、强自旋轨道耦合以及超导电性的相互影响意义重大。
Au(111)上单层WS2中K谷上的自旋结构自从石墨烯被发现以来，二维材料由于其优良的电子和光学性能而引起广泛研究。
本文中，作者利用自旋和角分辨的光发射和逆光发射技术观测Au（111）上单层WS2中K¯和K¯′处价带和导带中自旋结构。观察显示，单层WS2中存在着大小为1.98eV的直接带隙，且该材料是面外自旋极化，对应着价带中417 meV和导带中16 meV自旋依赖的能量劈裂。在价带和导带中的自旋劈裂的能带次序是相同的，而在K¯和K¯′高对称点处却是相反的。
此次观测结果也解释了光学实验中和谷物理有关的“暗”激子的输运行为。
氢掺杂双层石墨烯中子晶格分辨共振散射的输运光谱分析二维材料的表面一般比较敏感，可以通过表面修饰对其电子、磁性等进行调优。特别地，氢化已经成为改变电子特性的强有力手段。本文中，作者通过在超高真空中同时进行低温原子氢掺杂和电子输运测量，展示了双层石墨烯中子晶格分辨共振散射的实验观测结果，发现了两种截然不同的共振散射峰。
理论计算表明，其中一个峰值来自于子晶格上的氢吸附在α原子上的共振散射，而另一种则来源于氢原子吸附在β位置上的共振散射。基于此，作者进一步研究了退火对氢原子的吸附作用和热脱附作用，表明退火作用将大力支持子晶格β上的氢吸附作用。
非厄米陈能带手性边缘模式与量子霍尔绝缘体陈数密切相关是材料块体和边界的对应关系的一个范例。
本文中，作者证明手性边缘模式并不严格地与由非厄米布洛赫哈密顿函数定义的陈数联系在一起。进一步分析表明，这种传统的块体-边界对应关系的分解来自于非厄米趋肤效应，使得与从布洛赫理论中产生的相图存在明显偏差。同时，作者通过引入非布洛赫陈数，如实地预言了手性边缘模式的数量。该结果突出了非厄米能带的特性，并建议了一个非布洛赫框架来描述它们的拓扑结构。
无序石墨烯边缘反射定律的失效
反射定律表明光滑表面镜像地反射波，相当于镜面。只要无序尺度小于波长，此定律就对无序不敏感。单层石墨烯在低能区呈现线性色散及相应发散的费米波长。Walter等人提出证据表明，对于无序的石墨烯边界，即使当电子波长比无序关联长度长得多时，无序边缘模式的共振散射也会导致漫电子反射。通过数值量子输运模拟，他们表明这种现象在磁聚焦实验中可以表现为非局域电导下降被观察到。
双层石墨烯中集体量子霍尔瓦解的朗道速度
量子霍尔效应的瓦解通常发生在电场趋于朗道能级间Zener场，也就是朗道能隙与电子回旋半径之比的情况。尽管在半导体和石墨烯体系已经有不少这方面的工作，Yang等人在本文中进一步报道了他们通过高频电流噪声测得的高迁移率双层石墨烯中的本征Zener极限，并指出源于电子电子相互作用的集体激发是非常重要的。
在无噪声弹道量子霍尔效应区域之上，出现了一个很大的超泊松散粒噪声信号，这标志着朗道能级间的散射破坏了量子霍尔态。而这种现象在声子和杂质散射被抑制的区域内依然存在，说明是由集体激发引起的。由于这个瓦解机制与超流体中的旋子机制非常相似，故可以用朗道临界速度来描述。另外，作者还提出这种瓦解是电场诱导量子霍尔效应到金属相转变的先兆。
界面产生的自旋流
Amin等人基于第一性原理能带计算进行了输运计算，发现在Co/Pt，Co/Cu和Pt/Cu界面处有很大的自旋流产生。这些面外流动的自旋流由面内电场驱动，其大小可以与Pt块体中由自旋霍尔效应产生的自旋流相当。所研究三种界面都会产生极化方向垂直界面法线和电场构成的平面的自旋流。
Co/Cu和Co/Pt界面还会产生一个额外的极化方向沿着m×(z×E)方向的自旋流(m是Co的磁矩方向，z为界面法线，E是电场)。这种额外产生的自旋极化受磁矩控制却并不沿着磁矩方向，这提供了在磁性三层体系中产生自旋转矩的新型途径。
双层石墨烯中微自平均一维局域化能带中受外场调节的能隙、拓扑边缘态和谷自由度等特性使绝缘双层石墨烯成为了一种其无量纲电导的标度律尚不清楚的独特局域系统。
本文中Aamir等人发现在强绝缘双层石墨烯中，当通道长度小于约20倍局域化长度时，电导的对数在化学势变化下的相对涨落随通道长度增加近似呈对数衰减。这种“微小”的自平均和相应的电导对数与通道长度的依赖关系表明高度绝缘的双层石墨烯中的输运是沿着一维通道，其中的局域化长度大约为0.5±0.1μm，远大于由块体能隙预期的值。
这个实验反映了能隙打开的双层石墨烯中有一种受到沿边缘模式输运所控制的非平庸局域化机制。
FeS中由Lifshitz相变诱导的双圆顶超导电性在铁硫属超导体中，FeS没有向列相且电子关联效应比FeSe要弱。不过在压力下化学计量FeS的超导电性会先消失再重现，形成双圆顶行为。为了分析四方相FeS超导序参数的本质，Shimizu等人进行了电子结构和自旋涨落理论计算。
在无规相场近似下，作者发现了一个在压力环境下具有d波对称性的超导能隙函数，这与此前几个关于FeS中节点超导序参数的报道相符。计算表面压力处于4.6GP这一Lifshitz相变点以下时，超导配对强度随着压力增大而减弱。在Lifshitz相变点，费米面出现很大的空穴态密度，超导能隙对称性变为反号s波对称。与此同时，配对强度显著提高并在5.5GPa时达到新的极大值。
这个计算工作解释了FeS中出现两个超导圆顶的原因。
观察静磁自旋波中的类Goos-Hänchen相变在光学上，光束在整个内部反射中可发生光束平面的空间位移。这种位移通常被称为Goos-Hänchen位移。在考虑平面波时，该效应表现为入射和反射波之间的相移大小取决于沿表面的波矢分量的大小。本文中，作者首先在60nm厚的坡莫合金中激发平面自旋波，并使其沿着表面进行传播。
通过时间分辨的扫描克尔显微镜，作者能够直接检测入射和反射波之间的相移。在数值模型的帮助下，作者证明在双极状态下，这相位变化是自然发生的。
Rashba金属中Neel和Bloch型磁涡旋Hayami和Motome在理论上研究了极化磁导体中的非共面自旋结构。作者从具有自旋轨道耦合的近藤格子模型出发推导了一个计入各向异性和反对称交换作用等广义RKKY相互作用的有效自旋模型。
通过对这个有效模型进行模拟退火，作者发现了一种在没有外磁场时也能够稳定的Neel型涡旋晶体，并且证明通常需要借助Dresselhaus自旋轨道耦合才能形成的Bloch型涡旋晶体在Rashba模型中也可以实现。作者还指出磁场会把涡旋型晶体转变成Neel型和Bloch型类斯格明子晶体。本篇工作说明了自旋轨道耦合和巡游磁性间的相互作用会为非共面磁序带来丰富的可能性。
耗散的磁振子-光子耦合引起的能级吸引
对固体中磁振子和空腔光子之间能级吸引的观察表明，它可能像能级相斥一样是普遍存在的，对腔电子学的领域产生影响。利用腔Lenz效应，可以通过施加射频电流在磁性材料中诱导磁振子。本文中，作者展示腔Lenz效应引起的耗散磁振子-光子耦合作用将导致空腔反作用力，从而阻碍磁化动力学。
实验中观测到该耦合作用明显不同于由相干的磁振子-光子耦合引起的具有反交叉模式的能级排斥作用，其与杂化的磁振子-光子模式相结合，体现为一种能级吸引。进一步，作者提出了控制介于相干和耗散之间的磁振子-光子耦合的方法，并指出两种效应消除的匹配条件。该工作揭示了磁振子-光子耦合中的隐藏信息，开启了控制和利用光物质相互作用的新途径。
通过NMR揭示CaK(Fe1-xNix)4As4中的刺猬自旋涡旋晶体型反铁磁量子临界性反铁磁性和向列性是两种在大多数铁基超导体中观察到的有序态。不同于那些铁基超导体，新发现的超导体CaK(Fe1-xNix)4As4表现出反铁磁态，没有向列序，称为刺猬自旋涡旋晶体结构，这为研究无任何向列涨落影响下自旋涨落与超导间的关系提供了机会。
Ding等对CaK(Fe1-xNix)4As4(0≤x≤0.049)的75As核磁共振研究表明，CaKFe4As4位于隐蔽的刺猬自旋涡旋晶体反铁磁量子临界点(QCP)附近。CaK(Fe1-xNix)4As4中没有向列性的磁性量子临界点突显出铁基超导体中自旋涨落和超导性的紧密联系。
化学计量结构的优势还使得CaKFe4As4成为进一步在没有无序效应影响下仔细研究铁基超导体中磁性量子临界点与超导性之间关系的理想平台。
液态水X射线吸收谱中量子核效应的电子空穴理论Sun等将电子空穴激发理论用于揭示水X射线吸收谱特征中核量子效应的作用，其结构是通过采用MB-POL分子间势能模型的路径积分分子动力学计算得到。与经典模拟水产生的光谱相比，量子核在能量和线形方面都对光谱产生重要影响。
离域质子引起的涨落通过分子内共价性的变化影响氢键网络的短程有序，扩宽了前边光谱。对于中程有序和长程有序，量子核比经典质子更接近邻近的氧原子，随着强度从主要边缘向后边的移动会产生“类冰”的光谱特征。计算得到的光谱与现有的实验数据几乎定量一致。
过渡金属二硫化物中的极化子反常霍尔效应
Gutiérrez-Rubio等分析了由嵌入在光学腔内的半导体二维过渡金属二硫化物制成的系统中强耦合的激子和光子的性质。通过对耦合的细致微观分析，他们揭示了光谱新颖且高度可调的特征，这些特征导致了极化子劈裂和光物质选择规则的破坏。复合极化子的动力学受到源自它们组分和受限增强耦合的Berry相的影响。
他们发现光物质耦合作为一种层展机制，可以使极化子的Berry相远超过其基本组分，为实现极化子反常霍尔效应铺平了道路。
超快自诱导的X射线透明度和磁衍射损失
使用超快2.5fs和25fs增强强度的自放大自发射脉冲及一种新颖的实验方案，Chen等报导了Co/Pd多层样品中同时的前向受激发射增加和波束外衍射对比度损失。实验结果可通过结合光学Bloch方程和脉冲的统计描述定量地给出解释。受激样品响应对所用脉冲的入射强度，相干时间和能量漂移的依赖性揭示了增加对X射线自由电子激光辐射的控制的重要性。
狄拉克材料中费米量子临界点附近的无碰撞输运行为
在量子临界点附近，由于涨落现象的存在，使得对该点附近输运行为的认识还不十分明确。本文中，作者展示了在相对量子临界点附近无碰撞状态下光学电导率的比例，并将二维无质量的Dirac费米子从一个完全有带隙的绝缘体或超导体中分离出来。结果表明，当接近这样一个临界点时，无带隙的费米子和玻色子之间存在强烈的耦合作用，从而在临界区域内诱导普遍的抑制带间光电导和Drude峰。
由于长程库仑相互作用，在非高斯临界点会对光电导进行校正。同时，具有强烈相互作用的三维狄拉克或外尔液体也被提出。
PbTiO3中的随机极化不稳定性尽管对具有钙钛矿结构的典型铁电体系（例如BaTiO3和PbTiO3）的结构相变的讨论开始于近七十年前，原子级别对极性特征作为温度，压力和组分的函数的描述仍然是目前研究的主题。
在这里，Datta等人通过特征相对阳离子位移的演化对PbTiO3中温度驱动的局域结构关联给出一种新颖的定量描述。这些结果为超越依赖于长程序的相变提供了新的见解。PbTiO3的铁电－顺电转变是由逐渐失调驱动的随机极化不稳定性而非局域偶极子的完全消失来实现的，这进一步表明，这种极化不稳定性是在具有巨压电效应的基于PbTiO3的固溶体的准同型相界处化学诱导的。
因此，他们的结果不仅可识别基于钙钛矿的铁电体系中不断演变的原子无序，也说明极化不稳定性可以作为相变及更好理解基于PbTiO3的铁电固溶体中结构-性质关系的通用纹记。
超电流探测石墨烯-hBN超晶格中范霍夫奇点的特征如果石墨烯晶格和氮化硼衬底的晶格相似，那么石墨烯的能带结构就可以被强烈的改变。在moiré超晶格中，甚至伴有范霍夫奇异点产生。
本文中，作者在由石墨烯超晶格组成的约瑟夫森结中，分析扩散体系中的电流性质。结果显示，在该体系中存在着临界电流，且该电流的大小依赖于Thouless能量。进一步，作者通过临界电流和正常态电阻的综合测量来估计石墨烯超晶格中的临界密度。所得结果与理论预测相吻合，并强调了范霍夫奇点处态密度的强烈增长。同时，通过测量临界电流对磁场的依赖性，作者发现在这些奇异点上存在着边缘电流。
通过减少与范霍夫奇点相关联的费米速度，作者发现体内的超电流被抑制，而边缘的电子却没有那么局部化，从而导致了边缘超电流。
量子杂质模型中的非平衡稳态输运：使用矩阵乘积态的热场和量子猝灭方法数值重整化群(NRG)已经被调整用于描述平衡中的相互作用杂质模型，但是它面临源自例如外加偏压的稳态非平衡限制。
Schwarz等人表明，采用含时密度矩阵重整化群，使用热场方法描述热导线，使用NRG积掉高能模式，然后使用淬灭方案在低能下处理非平衡动力学，就可以克服这些限制。从而导出杂质模型的低至指数小能量尺度特征电流的定量可靠结果（误差<3%）。他们给出了单杂质Anderson模型零偏压电导峰值的温度和磁场依赖性的基准性测试结果。
GaAs/AlGaAs异质结中单电子源发射的热电子放出纵向光学声子的速率
热电子沿着量子霍尔棒耗尽边缘传播时会通过散射放出纵向光学声子。Johnson等人基于时间分辨能力为1ps的新型飞行时间测量和电子能谱技术，发展了一种测量这个纵向光学声子发射率的方法。测量结果比单电子模型给出的预期结果要大多个数量级，这说明可能存在一个伴随朗道能级间的跃迁而发射声子的机制。
作者证明通过控制边缘势的形状可以抑制这种散射机制，从而得到超过1mm的散射长度，使得这个系统能够应用于大尺度单电子器件中。
软物质与生物物理
受限于微米尺度的聚合物玻璃态的热力学超稳定性Monnier等人采用快速扫描量热分析来评估在给定的冷却速率下获得的热力学状态以及以微米尺度限制下的玻璃态聚合物（4-叔丁基苯乙烯）的分子流动性。
他们发现，在如此大的约束尺度下，要获得具有低于聚合物玻璃态转变温度（Tg）80K的假想温度（Tf）下的热力学状态，对大块非晶玻璃来说，需要穿过长达地质年代的时间尺度。他们还认为快速平衡机制可以提升达到这些状态的几率。重要的是，分子流动性在保持块状化时会发生Tf的大幅降低，这表明了玻璃化动力学和分子流动性之间的明显解耦。
筒仓堵塞过程中几何学及运动学的退耦
基于新型筒仓卸料程序的实施，Gella等人实现了对任意出口大小下颗粒速度的控制。从而隔离了对堵塞过程几何和运动的贡献。他们发现，对于给定的出口尺寸，将颗粒速度降到极低值会导致堵塞概率增加近乎两个数量级，由此揭示了颗粒运动学在筒仓堵塞过程中的重要性。另外，他们通过探究出口大小和谷物速度的贡献，所得结果与已知的将堵塞概率与出口尺寸相关联的指数表达式一致。
他们提出对这种表达式的修改办法并揭示要与所有数据都能拟合得上，至少需要两个参数：一个参数与问题对应的几何形状有关，另一个则与颗粒运动学有关。