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普通物理：统计与量子物理
责编：任捷；导读：王子
利用三体损耗冷却玻色气体
本文作者证实并报道了通过三体损耗实现的玻色气体冷却。他们研究了被束缚在简谐势内且处于准凝聚体范围的一维玻色气体，发现当其原子数目减小时，它的温度在三体损耗的作用下降低，且前后温度之比高达4。该降温过程中，kBT/(mc2)保持在0.64附近。其中m是原子质量，c是势阱中心处的声速。实验测得的各组数据中，势阱中心的无量纲一维相互作用参数值γ跨越了两个数量级。
作者对处在准凝聚体范围的均匀一维气体进行了理论分析，提出以下预言：kBT/(mc2)在三体损耗的作用下会收敛于0.6。进一步复杂的理论考虑到纵向简谐束缚与横向效应，它所做出的预言与实验数据相符，且误差不超过30%。
Cooling a Bose Gas by Three-Body Losses
M. Schemmer and I. Bouchoule
Phys. Rev. Lett. 121, 200401 (2018)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.121.200401
费米高斯信道的可降解性作者研究了费米高斯信道的可降解性（degradability）。费米量子信道在使用费米子进行的量子信息处理中是一个关键的基本构件。
而高斯信道与新兴的电子量子光学以及它在量子信息中的应用关系密切。由于可降解信道具有可表征其量子容量的简单公式，人们对它尤其感兴趣。本文作者推导得到了费米高斯信道的一个简单标准形式。这使得人们可以完全表征所有的可降解n模式费米高斯信道。特别地，作者证明，唯一存在的可降解的上述信道对应着量子比特的衰减/振幅阻尼信道。
Degradability of Fermionic Gaussian Channels
Eliška Greplová and Géza Giedke
Phys. Rev. Lett. 121, 200501 (2018)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.121.200501
基于时间反演的偏振纠缠
纠缠源是量子技术中一个可能需要的资源。另外，提高纠缠产生率极限和纠缠品质是通往实际应用的必要前提。文中，作者展示了基于时间反演Hong-Ou-Mandel干涉的偏振纠缠光子对的超亮光源。通过将四个光子对产生的可能性叠加在偏振分波器上，就可以将全同光子对分离到两个空间模式中，而不需要满足波长不可区分性或非共线发射角这些通常的要求。
作者提出的纠缠源不需要主动的干涉仪稳定化操作，就能实现高保真偏振纠缠和高的光子对产生率。这些特征使得该纠缠源可能具有很多理想的潜在应用。这对于那些需要获得不可区分光子的应用更是如此。
Polarization Entanglement by Time-Reversed Hong-Ou-Mandel Interference
Yuanyuan Chen, et al.
Phys. Rev. Lett. 121, 200502 (2018)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.121.200502
正定部分转置态间的高维纠缠真正的高维纠缠（比如具有高Schmidt数）可以克服低维系统的限制，从而组成量子通信中的有用资源。
具有正定部分转置（positive partial transpose,PPT）的态一般被认为处于弱纠缠，不能被蒸馏为纯纠缠态。这自然提出了一个问题：高Schmidt数对于PPT态来说是否可能？尽管体积估计不能给出可能的斜率，但它说明，局域维度内的最优（线性）放缩是可能的。作者首次给出局域维度内以线性放缩的一类PPT态的显式构造，他们证明随机PPT态一般都具有这个特征。
上述构造可以证明近期Chen等人关于存在PPT态，使其Schmidt数在部分转置中可任意增大的猜想。最后，作者将Schmidt数和量子态的纠缠子块矩阵联系起来。作者使用这个联系证明了量子态只可能(1)在其最小两个子系统部分转置时保持不变，或者(2)绝对PPT不能具有最大Schmidt数。总而言之，本文中的发现给纠缠理论中的一些基本问题带来了新的线索。
High-Dimensional Entanglement in States with Positive Partial Transposition
Marcus Huber, et al.
Phys. Rev. Lett. 121, 200503 (2018)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.121.200503
量子相变中形成的拓扑缺陷的普适统计规律若在有限时间内经历量子相变，临界慢化会使绝热动力学不再适用，从而带来拓扑缺陷。正如由Kibble-Zurek机理预测的，缺陷平均密度与淬火速率之间有着普适的幂律关系。作者分析了纽结的全计数统计，并报道了横向场量子Ising模型中纽结数的精确分布。纽结统计结果由泊松二项分布描述。其中，各阶累积量随淬火速率以普适的幂律关系变化。
当不存在有限尺寸效应时，分布趋近正态分布。这对于由Kibble-Zurek机理描述的系统来说是一个普遍的特征。
Universal Statistics of Topological Defects Formed in a Quantum Phase Transition
Adolfo del Campo
Phys. Rev. Lett. 121, 200601 (2018)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.121.200601
相互作用费米子模型的纠缠哈密顿量近期强关联电子系统研究领域的数值进展使得计算相互作用的费米子系统的纠缠谱和纠缠熵成为可能。据证明，显式地确定纠缠哈密顿量是一件困难得多的问题。现在仅有少数结果存在。
作者引入一种研究技巧，由此可以通过辅助场量子蒙特卡罗模拟直接确定相互作用费米子模型的纠缠哈密顿量。作者将他们的方法分别应用在分为两段的一维Hubbard链以及分为两条链的Hubbard两腿梯子模型上。最终，作者对两个模型分别给出了其纠缠哈密顿量随物理学温度变化的函数关系。
Entanglement Hamiltonian of Interacting Fermionic Models
F. Toldin and F. Assaad
Phys. Rev. Lett. 121, 200602 (2018)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.121.200602
引力与天体物理
导读：郭敏勇；责编：高思杰
圈理论拯救无边界提议
圈量子宇宙学中离壳瞬子新的非平庸的性质表明动力学特征变化自然地解决了最近在量子引力的半经典路径积分中观察到的问题。如果没有解决，这些问题会毁掉任何包含宇宙平滑初始条件的理论。无边界提议，作为这种理论的一个具体例子，可以被圈挽救，呈现出量子宇宙学不同方法带来丰富成果的罕见情况。
Loops Rescue the No-Boundary Proposal
M. Bojowald and S. Brahma
Phys. Rev. Lett. 121, 201301 (2018)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.121.201301
轻子不对称的宇宙QCD时代
作者研究了轻子不对称如何影响QCD相图中的宇宙轨迹。他们利用晶格QCD的磁化率，在理想的夸克气体和理想的强子共振气体之间做了内推，研究了早期宇宙QCD时代化学势的演化。轻子不对称性影响所有化学势的演化。假设微小的轻子和重子不对称，可以得到标准的宇宙轨迹。对于较大的轻子不对称性，电荷化学势在π子湮灭之前超过了重子化学势。
Cosmic QCD Epoch at Nonvanishing Lepton Asymmetry
Mandy M. Wygas, et al.
Phys. Rev. Lett. 121, 201302 (2018)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.121.201302
宇宙学相变中引力波背景的原初各向异性
早期宇宙中的相变可以很容易地创建一个可观察的随机引力波背景。作者证明这样的背景必然包含类似于光子的宇宙微波背景（CMB）各向异性，并且这些也可能在所计划的引力波探测器探测的范围内。引力波各向异性的相关性及其与CMB的交叉相关可以为原初波动的潜在机制提供新的见解，如多场暴胀，以及揭示早期时代粒子物理学中非标准“隐含区域”的存在。
Primordial Anisotropies in the Gravitational Wave Background from Cosmological Phase Transitions
Michael Geller, et al.
Phys. Rev. Lett. 121, 201303 (2018)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.121.201303
基本粒子与场论
责编：晁伟、刘晓辉
基于梯度流的近共形系统算子的非微扰重整化
本文作者提出了一种基于梯度流的连续实空间重整化群变换，允许对重整化群进行数值研究，而无需费力的集合匹配。作者将该技术应用于SU(3)规范理论的初步研究中，并在基本表示中使用Nf=12费米子，发现质量反常量纲为γm=0.23(6)，这与微扰和格点的估计一致。作者在该理论中还展示了核子反常量纲的第一个格点计算结果，发现γN=0.05(5)。
Nonperturbative Renormalization of Operators in Near-Conformal Systems Using Gradient Flows
A. Carosso, A. Hasenfratz, E. Neil
Phys. Rev. Lett. 121, 201601 (2018)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.121.201601
非关联量子力学中的小磁荷和磁单极子
在非关联量子力学中，可能存在连续磁荷小于狄拉克量子化条件所预言的最小值的弱磁单极子。如果氢原子中的弱磁性质子仅仅轻微地扰动标准能谱，则磁荷可能无法被检测到。检验这一假设需要全新的方法来计算非关联量子力学中的能谱。本文介绍了这些方法，并且评估了基本粒子磁荷的上限。
Small Magnetic Charges and Monopoles in Nonassociative Quantum Mechanics
Martin Bojowald, et al.
Phys. Rev. Lett. 121, 201602 (2018)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.121.201602
RENO实验中反应堆反中微子振荡振幅和频率的测量RENO实验根据其收集的约2200天的数据报告了θ13和|Δmee2|的更精确的测量结果。通过比较从两个相同的近点和远点探测器获得的信号谱来测量反应堆反电子中微子的振幅和频率。在2011年8月至2018年2月期间，远（近）点探测器观测到103212 (850666)个候选事件，背景分数为4.8%（2.0%）。
在测量的反电子中微子的数量缺失中观察到明显的能量和基线长度的依赖性消失。基于测量到的远近谱的比值，得到sin22θ13=0.0896±0.0048(stat)±0.0047(syst)和|Δmee2|=[2.68±0.12(stat)±0.07(syst)]×10−3eV2。
Measurement of Reactor Antineutrino Oscillation Amplitude and Frequency at RENO
G. Bak et al. (RENO Collaboration)
Phys. Rev. Lett. 121, 201801 (2018)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.121.201801
Λb→Λc半轻衰变的新预言和重夸克对称性检验重夸有效理论根据一小组参数对Λb→Λc的半轻衰变进行模型无关的预言。在ΛQCD/mc,b阶没有出现次领头的Isgur-Wise函数，仅有两个次次领头函数出现在Λ2QCD/m2c阶。
这些特征与许我们将形状因子和衰变率的Λ2QCD/m2c阶计算结果匹配到LHCb的数据和格点QCD的计算。作者得到了B(Λb→Λcτ¯ν)/B(Λb→Λcμ¯ν)的更精确的标准模型预言，并发现，在ΛQCD/mc的展开行为良好，解决了一个长期存在的问题。本文的结果允许更精确和可靠的计算Λb→Λcℓ¯ν的衰变率，并且可以通过μ(或e)模式的更好数据来系统地改进和提升。
New Predictions for Λb→Λc Semileptonic Decays and Tests of Heavy Quark Symmetry
Florian U. Bernlochner, et al.
Phys. Rev. Lett. 121, 202001 (2018)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.121.202001
从格点QCD精确预言粲-底强子
作者使用格点量子色动力学报告了包括至少一个粲夸克和一个底夸克的强子的基态质量。这些强子包括具有如下自旋(J)和宇称(P)的介子(JP)：0-，1-，1+和0+以及自旋1/2和3/2的重子。在这些强子中只有基态0-在实验上是已知的，因此本文的预测为在实验上寻找其他具有这些夸克的强子态提供了重要信息。
Precise Predictions of Charmed-Bottom Hadrons from Lattice QCD
N. Mathur, M. Padmanath, S. Mondal
Phys. Rev. Lett. 121, 202002 (2018)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.121.202002
真空极化函数确定|Vus|本文作者提出并应用一种新的方法来确定|Vus|，新方法使用在欧几里得（类空）动量上有极点的权重函数的色散关系，其将τ轻子衰变的奇异强子分布与从格点量子色动力学中获得的真空极化函数（HVP）关联起来。
作者展示了来自实验数据具有大的误差或者不存在的区域的谱积分贡献被强烈抑制的例子，但仍然可以准确地确定相关格点HVP组合。所得到的|Vus|与K物理和CKM幺正性的判定一致。本文还讨论了该方法相对于传统的味破坏求和规则方法在计算τ轻子强衰变时的优点。
Novel |Vus| Determination Using Inclusive Strange τ Decay and Lattice Hadronic Vacuum Polarization Functions
Peter Boyle, et al., (RBC and UKQCD Collaborations)
Phys. Rev. Lett. 121, 202003 (2018)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.121.202003
原子核物理
责编：耿立升
次次次领头阶冷夸克物质的压强在高重子化学势μB处，QCD的状态方程允许以QCD耦合(常数)αs进行弱耦合展开。包含完整次次领头阶αs2的结果目前是已知的。
从这一阶开始，由于粒子在稠密物质中传播，计算变得非常复杂，这使得人们必须对尺度αs1/2μB进行非微扰处理。Gorda等人利用硬热圈方案获取了这一尺度对弱耦合展开的贡献，并且确定了领头阶对数对次次次领头阶的贡献：αs3ln2αs。该结果是40年来对无质量冷夸克物质状态方程的首次改进。领头阶对数项的贡献非常小，从而增加了人们对弱耦合展开适用性的信心。
Next-to-Next-to-Next-to-Leading Order Pressure of the Cold Quark Matter: Leading Logarithm
Tyler Gorda et al.
Phys. Rev. Lett. 121, 202701 (2018)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.121.202701
极化氘核的极端相对论碰撞中的椭圆流Bozek和Broniowski预测了极化氘核与重原子核碰撞中的椭圆流。研究发现，相对于垂直束流方向的氘核极化轴的初始火球的偏心率对最高多重性的碰撞具有很大的贡献。
在Glauber框架下，他们得到了约7%的自旋投影为0的氘核态以及约-3%的自旋投影为±1的氘核态。他们建议测量椭圆流系数作为产生的带电强子相对于固定极化轴方位分布的二阶简谐波系数。集体膨胀产生椭圆流系数的量级为1%，而没有极化和/或集体性的情况下椭圆流系数为零。这样一个鲜明的转动对称性破缺可以在当前相对论重离子实验的实验精度下得以测量。
转动对称性破缺的效应对于理解小系统中的动力学特性具有重要意义，因为其实验验证将证明形状流变形机制的存在，这是火球演化后期流体动力学膨胀或者二次散射的典型特征。
Elliptic Flow in Ultrarelativistic Collisions with Polarized Deuterons
Piotr Bozek and W. Broniowski
Phys. Rev. Lett. 121, 202301 (2018)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.121.202301
原子、分子与光学
导读：宋新秀；责编：严运安
超冷碱土原子中的非厄米Kondo效应
受最近的超冷碱土（或类碱土）原子的实验所推动，文章研究了开放量子系统中的Kondo效应。由于非弹性碰撞和相关的原子损失，该系统由复数Kondo相互作用描述，成为Kondo问题的非厄米扩展。文中作者证明非厄米性会导致重整化群流的异常逆转，使体系因非酉性违背g定理，从而产生非厄米性特有的量子相变。此外，文章使用广义Bethe假设方法精确求解了非厄米Kondo哈密顿量，得到了与重整化群流一致的临界线。
Non-Hermitian Kondo Effect in Ultracold Alkaline-Earth Atoms
Masaya Nakagawa, et al.
Phys. Rev. Lett. 121, 203001 (2018)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.121.203001
丙酸中的电荷迁移：全量子动力学研究分子的电离通常会生成几种阳离子态，从而产生纯电子动力学，表现为整个系统中空穴电荷的超快迁移。在新兴的阿秒化学领域中，一个关键问题是这些纯电子相干性是否能持续足够长的时间，以便能够通过超短激光脉冲进行有效观察和最终操作。
本文作者报告了由丙炔酸分子的外层价电离引发的协同电子-核动力学的全维量子计算，结果表明，电荷将在碳三键和羰基氧之间振荡超过10 fs，然后被核运动捕获。这个时间足够用来观察和控制电荷移动。作者认为这种分子非常适合实验研究。
Charge Migration in Propiolic Acid: A Full Quantum Dynamical Study
Victor Despré, et al.
Phys. Rev. Lett. 121, 203002 (2018)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.121.203002
强椭圆偏振激光场中原子p±轨道的变形：电离时间漂移和空间光电子分离本文从理论上研究了强椭圆偏振（EP）激光场驱动下原子p±轨道的变形及其在隧道电离中的作用。
作者的研究表明，由EP场的正交分量引起的不同斯塔克效应会诱导束缚电子密度的子循环重排，使得初始p+和p-轨道变形并且相对于EP的偏振椭圆沿着明显倾斜的角度极化。因此，瞬时隧穿速率发生变化，以致于对于几个周期的EP激光脉冲，最初与电场反向旋转（同向旋转）的束缚电子很可能在电场峰值之前（之后）被释放。
文章证明，借助顺序脉冲装置，我们可以利用这种效应在空间中分离从p+和p-轨道脱离的光电子，为激光-物质相互作用中的自旋分辨光电发射的稳健控制铺平道路。
Deformation of Atomic p± Orbitals in Strong Elliptically Polarized Laser Fields: Ionization Time Drifts and Spatial Photoelectron Separation
Kunlong Liu, et al.
Phys. Rev. Lett. 121, 203201 (2018)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.121.203201
氢原子电子和正电子碰撞电离的近阈值截面利用经典论证Wannier [Phys. Rev. 90, 817 (1953)]提出了中性原子的电子碰撞电离截面表现为E1.127，其中E是超过阈值的过剩能量。
使用类似的论点，Klar [J.Phys. B14, 4165 (1981)]获得了E2.65并将其作为正电子碰撞的相应阈值定律。最近，Babij等人[Phys. Rev.Lett. 120, 113401 (2018)]测量的近阈值正电子碰撞解离行为与电子碰撞分裂的预期类似。本文利用原子氢靶的收敛密耦方法检查了近阈值能量的电子和正电子碰撞截面。
与实验结果相反，计算得到的横截面对于两种弹体表现不同，但与前述的阈值定律一致，尽管这些问题完全具有量子性质。对于电子碰撞，阈值行为成立，而总电子自旋不对称性保持不变，而对于正电子散射，阈值定律适用于解离行为，而电离截面的正电子素形成成分则保持不变。
Near-Threshold Cross Sections for Electron and Positron Impact Ionization of Atomic Hydrogen
I. Bray, et al.
Phys. Rev. Lett. 121, 203401 (2018)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.121.203401
腔磁力系统中的磁子-光子-声子纠缠本文展示了如何在由磁子、腔微波光子和声子组成的谐振腔磁力机械系统中产生三方纠缠。磁振子通过宏观亚铁磁体中大量自旋的集体运动来体现，并且由电磁场直接驱动。
腔光子和磁子通过磁偶极相互作用耦合，而磁子和声子则是通过磁致伸缩（辐射类压力）相互作用耦合。文章展示了实现磁子、腔光子和声子彼此纠缠的最佳参数区间，并且进一步证明系统的稳态是真正的三方纠缠态。这种纠缠对温度表现出鲁棒性。本文研究结果表明腔体磁机械系统可以为研究宏观量子现象提供了良好的平台。
Magnon-Photon-Phonon Entanglement in Cavity Magnomechanics
Jie Li, et al.
Phys. Rev. Lett. 121, 203601 (2018)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.121.203601
利用手性交叉克尔非线性的无腔光学隔离器和循环器光学非线性已被广泛用于生产光学隔离器的尝试中。然而，由于动态互易性，这很难实现。在这里，作者展示了在室温下使用原子的手性交叉克尔非线性来实现光学隔离，避免动态互易性。文中手性交叉克尔非线性是由N型原子的热运动引入的，由此产生的交叉相移和弱探针场的吸收都取决于其传播方向。作者提出的光学隔离器可以实现超过30 dB的隔离率，且损耗小于1 dB。
通过在Mach-Zehnder干涉仪中插入这种原子介质，作者进一步提出了一种四端口光循环器，其保真度大于0.9，平均插入损耗小于1.6dB。利用嵌入在芯片上波导中的原子蒸汽，本文的方法可以在探测场的单光子级别上提供芯片兼容的光学隔离。
Cavity-Free Optical Isolators and Circulators Using a Chiral Cross-Kerr Nonlinearity
Keyu Xia, et al.
Phys. Rev. Lett. 121, 203602 (2018)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.121.203602
非线性动力学和流体力学
责编：兰岳恒
大气云中精细尺度液滴聚集：机载数字全息的三维径向分布函数
雨滴在湍流云中的聚集程度很大程度上仍然无法量化，但可能与降水形成和辐射转移有关。为此，由机载全息仪器收集的数据可用于探索均匀层状边界云中水滴位置的三维空间统计。三维径向分布函数g(r)揭示了液滴聚集的明确证据。作者观察到三个关键的理论预测：正相关的存在，湍流耗散区间中相关性起始，以及随着r的减小g(r)单调增加。这意味着当前的理论抓住了聚集过程的基本要素，即使在大气典型大雷诺数情况下。
Fine-Scale Droplet Clustering in Atmospheric Clouds: 3D Radial Distribution Function from Airborne Digital Holography
Michael L. Larsen, et al.
Phys. Rev. Lett. 121, 204501 (2018)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.121.204501
生物表面活性剂使细菌负载水界面上受污染气泡变薄在爆裂之前，气泡存在于水面，释放出可能含有与疾病和污染相关的化学物质和病原体的液滴。Poulain等人发现细菌分泌物可以延长气泡的寿命，揭示并阐明了这种污染气泡两种不同的减薄方案。
最初，边际再生控制着它们的减薄率，类似于清洁水泡。然而，由于它们的寿命延长，最终蒸发控制了它们的变薄，因此在爆裂时显著降低了它们的厚度。我们推导并实验验证了两种方案之间发生转变的临界时间尺度表达式。减薄规律的变化使得污染气泡产生的液滴比清洁气泡产生的液滴更小，更快，更多。我们的研究结果表明，微生物可以控制表面气泡的物理老化过程，以增强自身从水至空气扩散能力。
Biosurfactants Change the Thinning of Contaminated Bubbles at Bacteria-Laden Water Interfaces
S. Poulain, et al.
Phys. Rev. Lett. 121, 204502 (2018)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.121.204502
超越Bode-Fano界限：使用传输线参数的时间切换实现短脉冲的宽带阻抗匹配阻抗匹配是波动工程中最重要的实践之一，因为它能最大限度地实现从信号源到波动负载的功率传输。
不幸的是，它受到Bode-Fano准则的限制，该准则规定，对于任何无源、线性和时不变匹配网络，匹配带宽和效率之间存在严格的平衡，这意味着对各种电磁和声波系统的严格限制。在此，我们提出了一种匹配范式，通过使用超材料传输线参数的时域切换来克服这个问题，从而废除了Bode-Fano准则中的时不变假设。
使用这种方案我们从理论上证明，在负载和发电机阻抗之间具有极端不匹配的挑战性的情况下，对于短时脉冲，可以实现超出Bode-Fano极限的有效宽带匹配，即使在具有显著负载分散的情况下，例如，小天线匹配、隐身、以及超宽带通信、高分辨率成像等应用中。
Beyond the Bode-Fano Bound: Wideband Impedance Matching for Short Pulses Using Temporal Switching of Transmission-Line Parameters
Amir Shlivinski, et al.
Phys. Rev. Lett. 121, 204301 (2018)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.121.204301
凝聚态物理：结构
责编：马天星
理想玻璃态不是纯振动：随机钉扎玻璃的观察Ozawa等人使用计算机模拟研究了玻璃模型的热力学和动力学特性。这种玻璃模型由于随机钉扎颗粒的存在而经历了理想玻璃化转变。
作者发现即使在平衡玻璃态的深处，系统也会因为局部激发的存在而在一定程度上松弛，此激发允许系统获得不同的固有结构，从而对熵产生非平庸贡献。通过高精度地计算熵的振动部分，作者表明在平衡玻璃态下，热力学和动力学给出了相干图像，并且不应将玻璃视为粒子仅遭受振动运动的无序固体，而是作为具有高非线性内部动力学的系统。
Ideal Glass States Are Not Purely Vibrational: Insight from Randomly Pinned Glasses
Misaki Ozawa, et al.
Phys. Rev. Lett. 121, 205501 (2018)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.121.205501
挠曲电效应的压电模拟数量级大于理论预测的“巨型”挠曲电效应已经频繁地被观察到，但它的起源仍受到密切关注。
有越来越多的证据表明，巨类挠曲电效应与寄生压电有关，但目前尚不清楚压电（应变产生的极化）如何在典型的弯梁实验中成功地模仿挠曲电（由应变梯度产生的极化）；因为在弯梁中，网应变为零。此外，压电性在空间反演下改变符号，巨挠曲电却对空间反演不敏感，这似乎与压电起源理论相矛盾。
本文中Abdollahi等人表明，如果压电材料的压电系数在样品上不对称分布，它将产生非零弯曲诱导的极化，即使通过反转样品也不可能与真正的挠曲电区分开。由压电引起的有效挠曲电系数在功能上与固有挠曲电相同，并且通常大于固有挠曲电：作者的计算表明，对于标准钙钛矿铁电体，即使是微小的压电梯度（压电系数在1 mm内变化1%）也足以产生巨大的有效挠曲电系数，1μC/m，比内在期望值大三个数量级。
Piezoelectric Mimicry of Flexoelectricity
A. Abdollahi, et al.
Phys. Rev. Lett. 121, 205502 (2018)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.121.205502
离散位错带与多变量马氏体微结构耦合演化的无标度建模
Levitas等人建立了离散位错带和多变量马氏体组织耦合演化的无标度模型。与以往仅适用于纳米级样品的相场模型不同，该模型允许处理任意尺寸的样品中位错塞积演化、孪晶尖端和剪切带处的马氏体的成核和演化过程。该模型用于多晶试样在压缩和剪切作用下的塑性应变诱导相变（PTs）的有限元模拟。
这一模型的提出，解释了由塑性剪切引起的PT压力如何实现降低一到两个数量级，证明了不完全转变稳态的存在，以及找到了用于应变诱导合成高压相的最佳剪切应变强度。
Scale-Free Modeling of Coupled Evolution of Discrete Dislocation Bands and Multivariant Martensitic Microstructure
V. Levitas, S. Esfahani, I. Ghamarian
Phys. Rev. Lett. 121, 205701 (2018)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.121.205701
冰上芳香分子的电子诱导解离的微观观察
作者使用扫描隧道显微镜、光电子能谱和从头算方法研究了吸附在冰上的卤化苯分子的电子诱导解离。卤代苯的解离是由附着在卤代苯的π*轨道上的过剩电子触发的，它们从π*轨道转移到σ*轨道。σ*轨道提供了一个解离的潜在表面。在冰上的吸附足以降低轨道之间转移的能垒，这可以促进溴-和氯-的解离，而不是低温下氟苯的解离。本文研究结果揭示了环境上重要的冰粒子对卤代芳香分子反应性的影响。
Microscopic Insight into Electron-Induced Dissociation of Aromatic Molecules on Ice
Philipp Auburger, et al.
Phys. Rev. Lett. 121, 206001 (2018)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.121.206001
疏水面可增强水中静电相互作用
具有较大的介电常数是液态水的特性之一，这表明带电物质之间的静电相互作用在水中会大大减弱。作者通过分子动力学模拟，发现了在疏水面附近水的介电常数的减小。进一步的研究表明，介电常数的减小是由于水密度的降低和垂直于表面方向的水偶极关联强度的衰减所致。该工作说明，水的静电相互作用实际上在疏水表面附近是增强的。
Hydrophobic Surface Enhances Electrostatic Interaction in Water
Takato Sato, et al.
Phys. Rev. Lett. 121, 206002 (2018)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.121.206002
锐钛矿型TiO2(001)-(1×4)上的水解离和羟基有序化Beinik等人应用扫描隧道显微镜、X射线光电子能谱和密度泛函理论研究了水与锐钛矿TiO2（001）表面的相互作用。水分子分解吸附在（1×4）重建表面的脊上，因此产生了羟基对的（3×4）周期结构。他们在120 K观察到这个过程，产生的羟基通过重组到水中从表面解吸，这个过程发生在300K以下。
Beinik等人的计算揭示了水解离机制并且发现了对覆盖范围的非常明显的依赖性。这种强烈的覆盖依赖性可以通过锐钛矿TiO2（001）-(1×4)的水诱导重建来解释。这里观察到的锐钛矿TiO2（001）表面对水的高内在反应性与在二氧化钛的其他表面上看到的有本质上的不同，这或许可以解释其在多相催化和光催化中的高催化活性。
Water Dissociation and Hydroxyl Ordering on Anatase TiO2(001)−(1×4)
Igor Beinik, et al.
Phys. Rev. Lett. 121, 206003 (2018)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.121.206003
凝聚态物理：电子性质
责编：袁喆、马锋杰、沈卡
非中心对称BiPd中双晶界附近一维表面态的运动稳定性和高维度的电子态相比，被限制在一维系统中的电子态可以表现出许多高维度电子态所没有的特性，比如：非费米液体行为、Luttinger液体的形成、Majorana束缚态的形成等。所以，寻找到受拓扑保护的一维电子态是十分有必要的。
本文中，作者利用低温扫描隧道显微镜，在非中心对称材料BiPd表面双晶界处演示了一维电子态的形成。作者表明这些双晶界属于拓扑缺陷，它们分隔了晶体b轴反平行方向的区域。通过调节二维表面态在双晶界上的有效质量的变化，可以在该体系中形成一维电子态。该工作为设计具有强自旋轨道耦合的一维电子态提供了新途径。
Kinetic Stabilization of 1D Surface States near Twin Boundaries in Noncentrosymmetric BiPd
C. M. Yim et al.
Phys. Rev. Lett. 121, 206401 (2018)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.121.206401
CuTe中准一维电荷密度波的角分辨光电子能谱证据
Zhang等人报导了通过角分辨光电子能谱研究的具有高电荷密度波(CDW)转变温度Tc=335K的CuTe的电子结构。在由Te px轨道形成的准一维能带中观察到最大值为190meV的各向异性电荷密度波能隙。这个电荷密度波能隙可以通过原位钾沉积掺杂电子或增加温度得到填充。结合实验结果与计算的电子散射磁化率和声子谱，他们认为费米面嵌套和电子-声子耦合在CDW的出现中都起着重要作用。
Evidence for a Quasi-One-Dimensional Charge Density Wave in CuTe by Angle-Resolved Photoemission Spectroscopy
Kenan Zhang et al.
Phys. Rev. Lett. 121, 206402 (2018)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.121.206402
准周期系统中多体局域化跃迁的普适性质在具有相互作用的量子多体系统中，人们已经提出存在多体局域化效应(MBL)，但对随机和准周期系统中MBL跃迁的形成机制仍然还不太清晰。目前普遍认为是体系中的随机无序或准周期势诱导了MBL跃迁的形成。
本文中，作者通过实空间重整化群的方法，计算一维准周期系统和随机系统中的MBL跃迁效应。结果表明，一维准周期系统中MBL跃迁的临界指数为2.4。进一步分析表明，该指数不仅和准周期系统中的Harris-Luck束缚态有关，也和随机系统中的Harris-Chayes-Chayes-Fisher-Spencer束缚态有关，从而说明一维准周期系统中的MBL跃迁和弱淬火无序无关。
Universal Properties of Many-Body Localization Transitions in Quasiperiodic Systems
S. X. Zhang and H. Yao
Phys. Rev. Lett. 121, 206601 (2018)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.121.206601
纳米线量子点中Kondo共振的热电特性
Svilans等人通过实验验证了迄今为止未经测试的关于Kondo关联量子点(QD)的热电特性的理论预测。实验中的量子点是在纳米线中外延生长的，并使用了最近研发的用于控制和测量纳米级温差的方法。这使得可以在Kondo温度之下和之上获得非常高质量的数据，并且允许与理论预测进行定量比较。特别地，他们验证了Kondo关联性可以引起热电流的极性变化，这可以通过升高温度或通过施加磁场来逆转。
Thermoelectric Characterization of the Kondo Resonance in Nanowire Quantum Dots
Artis Svilans et al.
Phys. Rev. Lett. 121, 206801 (2018)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.121.206801
与共振杂质能级相关的非相干载流子及其对反常超导体Pb1-xTl xTe中超导性的影响Pb1-xTl xTe因具有较高的超导临界温度而一直受到广泛关注。近期，有实验表明，掺杂可使得该类材料的价带中存在浅杂质能级，从而影响其超导性。
基于此，本文作者结合磁输运测量技术和密度泛函理论计算，研究反常超导体Pb1-xTl xTe中费米面随着体系中掺铊的变化。结果表明，当铊浓度超过临界值时，费米能与Pb1-xTl xTe中的共振杂质态能级重合。同时，作者表明此时费米能上不存在附加价带的可能性。
进一步地，通过与非超导Pb1-xNaxTe的比较，作者表明这些杂质态在费米能量上的存在有利于提供增强的配对相互作用，从而诱导该类材料中反常高温超导性的实现。
Evidence of Incoherent Carriers Associated with Resonant Impurity Levels and Their Influence on Superconductivity in the Anomalous Superconductor Pb1−xTl xTe
P. G. Gallo et al.
Phys. Rev. Lett. 121, 207001 (2018)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.121.207001
负热磁阻率作为外尔超导体中手性反常的标志
Kobayashi等人提出外尔超导体的手性反常在由序参数涡旋结构或者晶格拉伸产生的手性磁场的诱导下会表现出负的热磁阻率。这个工作结合了基于贝利曲率的论证和包含非均匀结构引起的量子修正的准经典理论。作者发现手性反常对热导率的贡献表现出独特的温度依赖性，这可以看作是手性反常的标志性特征。
Negative Thermal Magnetoresistivity as a Signature of a Chiral Anomaly in Weyl Superconductors
Takuro Kobayashi et al.
Phys. Rev. Lett. 121, 207002 (2018)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.121.207002
FeSe衍生超导体中的分立超导相非常规超导体有一个一般性特征：在相图中存在一个超导圆顶。本文中Ying等人发现通过固体离子浇注技术嵌入Li离子和Na离子连续调节载流子浓度可以在最简单的铁基超导体FeSe薄片中产生一系列分立的超导相。
当用S离子替换20%的Se离子时，这些分立的超导相基本不受影响，然而当用Cu离子替换2%的Fe离子时，这些分立的超导相受到明显破坏。这意味着保持铁离子格点的完整性对这些分立超导相的产生非常重要。作者还给出了FeSe衍生物与其他非常规超导体不一样的超导相图。
Discrete Superconducting Phases in FeSe-Derived Superconductors
T. P. Ying et al.
Phys. Rev. Lett. 121, 207003 (2018)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.121.207003
强约束赋范密度泛函在过渡金属磁性中的适用性
作为计算材料性质的重要技术，强约束赋范密度泛函在处理磁性性质时的不足。近期发展的自洽的、恰当赋范超广义梯度近似能够在很多材料中得到高度精准的结果，然而，Fu和Singh在这个工作中发现这种方法不能描述钢材中铁相的稳定性和其他重要性质。这是由于该方法高估了铁的磁性和磁能，在其他的过渡金属材料中，作者也发现了类似的现象。
Applicability of the Strongly Constrained and Appropriately Normed Density Functional to Transition-Metal Magnetism
Yuhao Fu and David J. Singh
Phys. Rev. Lett. 121, 207201 (2018)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.121.207201
由反铁磁磁振子介导的层间耦合共线反铁磁体(AF)可以产生两个带有相反自旋极化的简并磁振子激发，也因此磁子可以在一系列自旋相关现象中充当类电子的功能。
在绝缘铁磁体(F)/AF/F三层中，Cheng等人通过计算共线反铁磁体中的磁振子热能作为绝缘铁磁体取向的函数来探索磁振子介导的层间耦合。该效果表现为层间交换相互作用和垂直磁各向异性；它们都依赖于温度和共线反铁磁体厚度。特别是，交换相互作用在低温下变成反铁磁性，在高温下变成铁磁性，且对于纳米级分离其大小可以达到10-100μV，这在实验上可以得到验证。
Interlayer Couplings Mediated by Antiferromagnetic Magnons
Ran Cheng, Di Xiao, Jian-Gang Zhu
Phys. Rev. Lett. 121, 207202 (2018)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.121.207202
石墨烯中电子轨迹相干操控正交极化激光脉冲产生可控的变化电流，其方向可以在一个飞秒以内反转。Heide等人研究了石墨烯中的电子在两个正交极化的、只有几个周期的激光脉冲构成的电场波形影响下的相干动力学。此前，作者已经证明了线性极化的驱动脉冲能够结合电子的带内运动和带间跃迁，引起亚光周期的Landau-Zener量子路径干涉。
在这个工作中，作者进一步引入一个与原驱动脉冲极化相正交的控制激光脉冲，观测由此引起的电子动力学行为。两束脉冲间的相对延迟作为可调参数控制电子在石墨烯二维倒空间中运动轨迹。这是由于电子在倒空间中轨迹依赖于由于延迟造成的相对相位，比如说轨迹在一定条件下可以发生变形从而抑制驱动激光脉冲引起的量子路径干涉。
有趣的是，这种基于强场的二维导体中复杂物质波的操控是由高重复率激光振荡器驱动的，这意味着不需要复杂而昂贵的放大激光系统。
Coherent Electron Trajectory Control in Graphene
Christian Heide et al.
Phys. Rev. Lett. 121, 207401 (2018)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.121.207401
超导Kondo问题的费米液体方法Zazunov等提出了一种用于超导Kondo问题的费米液体方法，适用于Kondo温度比超导能隙大的情况。为了说明这个理论，他们研究了两个s波超导体间Anderson杂质的电流相位关系和Andreev能级谱。
在粒子–空穴对称的Kondo极限中，他们发现了4π周期性的Andreev谱。这个4π周期性在小电压偏置下仍然存在，但会导致Andreev能级的不对称扭曲。后者将这个4π效应与拓扑Majorana结中的效应区分开来。
Fermi-Liquid Approach for Superconducting Kondo Problems
Alex Zazunov, S. Plugge, R. Egger
Phys. Rev. Lett. 121, 207701 (2018)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.121.207701
软物质与交叉科学
导读：巫浩；责编：涂展春
聚合物-纳米粒子复合材料中随纳米粒子尺寸减小而减小的界面效应
Emamy等人使用分子模拟研究在固定填料加载下的模型聚合物纳米复合材料，发现界面聚合物动力学受纳米粒子（NP）尺寸减小的影响较小。然而，对于极小的NP，玻璃化转变温度Tg变化明显。这种明显矛盾的原因是平均NP间距随粒径减小而减小。因此，对于足够小的NP，所有聚合物都相当于是在界面上的，即使界面效应较小，这也会导致相对大的Tg变化。
对于较大的NP，界面弛缓明显慢于基质，以获得有利的NP-聚合物相互作用。少数“束缚”聚合物与聚合物基质动态分离，而且作者发现，相对于大NP的体聚合物，Tg仅发生微小变化。作者利用这些结果来整理和分析大量相关的实验数据，并提出了对NP之间的面对面距离与聚合物链的回转半径之比的表观普适依赖关系。
Diminishing Interfacial Effects with Decreasing Nanoparticle Size in Polymer-Nanoparticle Composites
Hamed Emamy, et al.
Phys. Rev. Lett. 121, 207801 (2018)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.121.207801
混合溶剂中聚合物线圈在接近临界点时的异常构型转变Zheng等人发现，在退混合临界温度附近，二元溶剂（硝基乙烷+异辛烷）中聚合物线圈（Coils）的异常行为。
溶剂组分之间极其接近的折射率导致临界乳光相对较弱，因此使得作者能够同时观察聚合物线圈的布朗运动和临界涨落发散的关联长度。聚合物线圈在接近临界温度时经历坍塌－再溶胀－扩张－再收缩的转变。虽然第一阶段（坍塌）可以用Brochard和de Gennes的理论来解释，但随后的扩张－再收缩转变是一种迄今为止尚未观察到的新现象。作者相信这种效应具有一般性，并将其归因于聚合物线圈内溶剂的微相分离。
Unusual Transformation of Polymer Coils in a Mixed Solvent Close to the Critical Point
Xiong Zheng, et al.
Phys. Rev. Lett. 121, 207802 (2018)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.121.207802
微重力条件下碰撞诱导的颗粒团簇中的能量转移和耗散Katsuragi等人通过微重力实验研究了没有任何约束壁的情况下碰撞诱导的颗粒靶中的能量转移和耗散。在实验室落塔中，固体抛射物以低碰撞速度（0.045≤vp≤1.6ms-1）撞击颗粒靶。
作者使用软颗粒（多孔灰尘附聚物）或硬颗粒（玻璃珠）所组成的颗粒团簇作为靶。颗粒靶团簇的扩展由高速摄像机记录。利用实验数据，作者发现：（1）简单的能量尺度可以解释两种颗粒靶中的能量转移；（2）碰撞动能从撞击点各向同性地转移到靶上；（3）转移的动能是抛射物初始动能的2%-7%。能量转移的耗散—扩散模型可以定量地解释这些行为。
Impact-Induced Energy Transfer and Dissipation in Granular Clusters under Microgravity Conditions
Hiroaki Katsuragi, et al.
Phys. Rev. Lett. 121, 208001 (2018)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.121.208001
链长在二嵌段共聚物的Frank-Kasper相形成过程中所扮演的角色
具有聚合物嵌段不变聚合度Ṉb≈800的聚（苯乙烯）-b-聚（1,4-丁二烯）二嵌段共聚物的相行为表明没有出现Frank-Kasper相，这与具有相同构象非对称的低摩尔质量（Ṉb<100）二嵌段共聚物的相行为相反。Lewis三世等人识别出一个普适的自浓度（指高分子自身的体积和其线团所占据的体积比）过渡参数Ṉx≈400，其与聚合物熔体中的纠缠动力学的过渡直接相关。
当Ṉb>Ṉx时其相行为满足平均场近似，而复杂的低对称相的形成需要由涨落和空间填充约束所解释，这种相在Ṉb<Ṉx时占主导地位。
Role of Chain Length in the Formation of Frank-Kasper Phases in Diblock Copolymers
Ronald M. Lewis, III, et al.
Phys. Rev. Lett. 121, 208002 (2018)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.121.208002
动态固体表面张力导致液滴钉扎和去钉扎液滴在固体上的接触线施加纳米级的急剧变化的表面牵引力。这为研究软聚合物网络的高度局域化和动态表面形变提供了前所未有的工具。
在这种情况下，一个突出问题是在临界速度以上观察到的粘滑不稳定性，在此区间接触线周期性地从其自身的浸润脊上去钉扎。固体形变的时间分辨测量具有挑战性，动态去钉扎的机制也尚不清楚。这里van Gorcum等人提出对PDMS凝胶上的水扩散形成的动态浸润脊进行直接可视化。作者意外发现浸润脊的开口角度随着速度的增加而增加，这一现象不能由体流变学解释，却与固体表面张力的动态增加相关。
由此作者得出了去钉扎判据，并通过实验进行了确认。他们的研究结果揭示了粘滑过程与新发现的动态表面效应之间的深刻联系。
Dynamic Solid Surface Tension Causes Droplet Pinning and Depinning
M. van Gorcum, et al.
Phys. Rev. Lett. 121, 208003 (2018)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.121.208003
最优降噪网络自然和人工网络（从大脑皮层到大规模电网）面对将有噪输入转换为稳定信号的挑战。输入涨落通常表现出复杂但统计上可再现的关联，这些关联反映了潜在的内部或环境过程，例如突触噪声或大气湍流。
这提出了与实际和生物物理密切相关的问题：能否以及如何将噪声过滤直接植根到网络架构中？在成本约束下，Ronellenfitsch等人利用通用相位振荡器阵列从解析和数值上探讨了降噪网络的设计、效率和拓扑。具体而言，作者发现当输入涨落在空间或时间上关联更密切时，最佳网络架构变得更稀疏且组织得更富于层次化，类似于植物或动物中的脉络系统。
更广泛地说，本文的研究成果为设计更加稳定和高效的电网和传感器网络提供了具体的指导原则。
Optimal Noise-Canceling Networks
Henrik Ronellenfitsch, et al.
Phys. Rev. Lett. 121, 208301 (2018)
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.121.208301