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普通物理:统计与量子物理导读:王子;责编:任捷一维热玻色气体中的全计数统计与大偏差本文作者通过全计数统计,得到了一维相互作用玻色子在某一区间内原子数量的分布。
文中结果适用于弱相互作用条件下,处于较大参数范围内(温度与区间长度)的所有系统。
我们得到的分布显著地偏离准凝聚状态的高斯分布。
而在足够小的区间内,大数目涨落的概率剧烈地增大。
FullCountingStatisticsandLargeDeviationsinaThermal1DBoseGasM.ArzamasovsandD.GangardtPhys.Rev.Lett.122,120401(2019)https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.120401自发对称破缺稳定光子猫态阵列量子模拟与量子计算的关键是纠缠的受控产生与保护。
在单模式层次上,基于光子猫态的方案给人们提供了巨大的希望。
它能提供前所未有的长时间相干性,并且可能与强有力的误差纠正方案结合起来。
本文作者证明,在具有成对跳跃的Bose-Hubbard模型中基于自发U(1)对称性破缺机制,可以产生稳健的“多体光子猫态”系综。
作者给出了基态为重度简并流形,且包含局域猫态的参数区域。
其中,猫态可在整个晶格上分解,它每个独立的守恒宇称量可用来实现一个量子比特的寄存器。
只要保证长程序的建立,上述现象可产生于具有任意尺寸与几何的系统之中,并可以被推广到驱动-耗散的情形。
在热力学极限下,这与从Mott绝缘体到成对超流相的转变相联系。
StabilizingArraysofPhotonicCatStatesviaSpontaneousSymmetryBreakingJoséLebreuilly,etal.Phys.Rev.Lett.122,120402(2019)https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.120402功率限制下通过电子自旋进行的核自旋量子控制与传感目前针对核自旋频域测量或频域处理的量子传感实验要求人们以目标频率驱动探测系统。
此外,在强磁场下进行上述实验具有巨大的优势。
但此时被测量的自旋的拉莫频率会很高。
因此一个自然现存的巨大挑战在于:当探测系统不能被设置为与目标频率共振时,如何操纵一个非常高频的目标系统。
本文作者提出了一系列方案。
即便在探测系统和目标系统之间存在较大频率不匹配时,由此也可克服实验上的挑战。
这在核极化以及量子传感中都适用。
QuantumControlandSensingofNuclearSpinsbyElectronSpinsunderPowerLimitationsNatiAharon,etal.Phys.Rev.Lett.122,120403(2019)https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.120403基于实际测量装置的普适N体d级纯态纠缠目击Entanglementwitnessesareoperatorsthatarecrucialforconfirmingthegenerationofspecificquantumsystems,suchasmultipartiteandhigh-dimensionalstates.Forthisreason,manywitnesseshavebeentheoreticallyderivedwhichcommonlyfocusonestablishingtightboundsandexhibitmathematicalcompactnessaswellassymmetrypropertiessimilartothatofthequantumstate.However,forincreasinglycomplexquantumsystems,establishedwitnesseshavelackedexperimentalachievability,asithasbecomeprogressivelymorechallengingtodesignthecorrespondingexperiments.Here,wepresentauniversalapproachtoderiveentanglementwitnessesthatarecapableofdetectingthepresenceofanytargetedcomplexpurequantumsystemandthatcanbecustomizedtowardsexperimentalrestrictionsoraccessiblemeasurementsettings.Usingthistechnique,wederiveexperimentallyoptimizedwitnessesthatareabletodetectmultipartited-levelclusterstates,andthatrequireonlytwomeasurementsettings.Wepresentexplicitexamplesforcustomizingthewitnessoperatorsgivendifferentrealisticexperimentalrestrictions,includingwitnessesforhigh-dimensionalentanglementthatuseonlytwo-dimensionalprojectionmeasurements.Ourworkenablesustoconfirmthepresenceofprobedquantumstatesusingmethodsthatarecompatiblewithpracticalexperimentalrealizationsindifferentquantumplatforms.UniversalN-Partited-LevelPure-StateEntanglementWitnessBasedonRealisticMeasurementSettingsStefaniaSciara,etal.Phys.Rev.Lett.122,120501(2019)https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.120501陈绝缘体的标度不变性连续纠缠重整化多标度纠缠重整化拟设(MERA)假设存在量子回路,可进行实空间中不同标度纠缠的重整化。
然而对陈绝缘体来说,这样标度不变的有限维离散MERA回路并不存在。
本文中作者证明,适用于场论的连续MERA版本,cMERA,可得到陈数非零的不动点波函数。
另外众所周知,逆向的MERA回路可被用来有效地制备量子态,其所用的时间随系统尺寸仅以对数形式增长。
然而以MERA方式进行的态制备通常需要借助成熟的量子计算机。
本文中作者说明,cMERA可以通过现有的模拟量子计算机得以实现,例如光晶格中,具有光致自旋轨道耦合的超冷原子费米气体。
Scale-InvariantContinuousEntanglementRenormalizationofaChernInsulatorSu-KuanChu,etal.Phys.Rev.Lett.122,120502(2019)https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.120502具有唯一多体最大纠缠态的纠缠资源理论Entanglementtheoryisformulatedasaquantumresourcetheoryinwhichthefreeoperationsarelocaloperationsandclassicalcommunication(LOCC).Thisdefinesapartialorderamongbipartitepurestatesthatmakesitpossibletoidentifyamaximallyentangledstate,whichturnsouttobethemostrelevantstateinapplications.However,thesituationchangesdrasticallyinthemultipartiteregime.Notonlydothereexistinequivalentformsofentanglementforbiddingtheexistenceofauniquemaximallyentangledstate,butrecentresultshaveshownthatLOCCinducesatrivialordering:almostallpureentangledmultipartitestatesareincomparable(i.e.,LOCCtransformationsamongthemarealmostneverpossible).InordertocopewiththisproblemweconsideralternativeresourcetheoriesinwhichwerelaxtheclassofLOCCtooperationsthatdonotcreateentanglement.Weconsidertwopossibletheoriesdependingonwhetherresourcescorrespondtomultipartiteentangledorgenuinelymultipartiteentangled(GME)statesandweshowthattheyarebothnontrivial:noinequivalentformsofentanglementexistinthemandtheyinduceameaningfulpartialorder(i.e.,everypurestateistransformabletomoreweaklyentangledpurestates).Moreover,weprovethattheresourcetheoryofGMEthatweformulateherehasauniquemaximallyentangledstate,thegeneralizedGHZstate,whichcanbetransformedtoanyotherstatebytheallowedfreeoperations.ResourceTheoryofEntanglementwithaUniqueMultipartiteMaximallyEntangledStatePatriciaContreras-Tejada,etal.Phys.Rev.Lett.122,120503(2019)https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.120503实验上具量子通信复杂性指数型优势的量子开关在量子信息领域的研究中,对量子和经典信息任务间指数型差别的探寻成果丰硕。
人们相信指数型差别在量子计算中存在,而对应的性质已经在量子通信复杂度中得到了严格证明。
近期,一种被称为量子开关的量子资源已在理论上得到。
其中,量子开关通过量子因果律可以产生因果顺序上不同事件的相干叠加。
这是新的一种提供指数型差别的方案。
作者通过实现两方分布计算中的通信方向叠加,在实验上展示了此指数型优势。
文中的光子设备使用了d状态(d可达213)量子系统,展现了它的通信复杂度优势。
它与以因果顺序排列的方案相比,只需要少于其(0.696±0.006)倍的时间。
这些结果揭示了单向处理任务里通信方向相干性在指数型差别中的关键作用。
这为在实验上探究不定型因果结构的基本特征与应用问题铺平了新的道路。
ExperimentalQuantumSwitchingforExponentiallySuperiorQuantumCommunicationComplexityKejinWei,etal.Phys.Rev.Lett.122,120504(2019)https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.120504以随机关联矩表征多体纠缠对多体纠缠的实验探测需要恰当地选择一系列关于先前共有参考系校准过的局域量子测量。
但对例如基于卫星的光子量子通信等过程来说,这样的前提是十分苛刻的。
因而发展一种替代性的手段十分需要。
其中一种可能是:通过在一致随机分布的多个装置中进行局域测量,排除经典参考系带来的影响。
本文作者以这种方式,证明通过结合各阶统计矩,可以改进对多体纠缠的探测与表征。
作者使用了伪随机数过程,由此将上述方法与传统方法进行了比较。
他们先将二比特系统作为例子,说明了本文方法的优越性,接下来进一步将示例延伸到了更为复杂的多体纠缠中。
CharacterizingMultipartiteEntanglementwithMomentsofRandomCorrelationsAndreasKetterer,etal.Phys.Rev.Lett.122,120505(2019)https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.120505统计推断的最大熵原理:非香农熵的情形作者证明,统计估计理论中最大熵原理的Shore-Johnson公理可以涵盖说明远超先前所理解的一大类熵泛函。
除了证明并给出公理允许的一类单参数熵函数,作者还进一步通过分析弱关联的影响支撑了自己的观点。
他们还讨论了两个相关的例子:二比特量子系统,以及高能质子-质子碰撞中强子的横向动量行为。
MaximumEntropyPrincipleinStatisticalInference:CaseforNon-ShannonianEntropiesPetrJizbaandJanKorbelPhys.Rev.Lett.122,120601(2019)https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.120601引力与天体物理导读:郭敏勇;责编:高思杰正电子和511keV辐射可作为近期双中子星的合并的标记物从中子星-中子星(NS-NS)和中子星-黑洞(NS-BH)合并中喷出的富含中子的物质被核过程加热到几百keV的温度,导致产生很多电子-正电子对。
一些正电子从喷射物的外层逃逸。
作者表明,银河系中由NS-NS和NS-BH合并产生的低能正电子群可以解释观测到的来自银河系中心(GC)的511-keV线。
此外,他们提出如何将正电子和相关的511-keV辐射作为近期合并的标记物。
最近发现来自超微小矮星系ReticulumII的511-keV辐射,与罕见的NS-NS合并事件一致,为他们的提议提供了确凿的证据。
Positronsand511keVRadiationasTracersofRecentBinaryNeutronStarMergersGeorgeM.Fuller,etal.Phys.Rev.Lett.122,121101(2019)https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.121101原始能谱中暴胀替代物的独特指纹原初宇宙中的有质量场作为标准时钟和密度扰动中的特征时钟信号,可以直接记录原初宇宙尺度因子随时间的变化a(t)。
对这些信号的测量会以模型无关的方式识别原初宇宙的特定情形。
在这篇文章中,作者介绍了一种新的机制,通过这种机制,有质量场的量子涨落可作为标准时钟。
在替代暴胀方案的功率谱中,时钟信号表现为尺度依赖的振荡信号。
UniqueFingerprintsofAlternativestoInflationinthePrimordialPowerSpectrumXingangChen,etal.Phys.Rev.Lett.122,121301(2019)https://journals.aps.org/prl/c/10.1103/PhysRevLett.122.121301基本粒子与场论责编:晁伟、刘晓辉4维简单超共形场论的地形作者探索了有着一个共轭和一对基本表示的螺旋多重态的N=1超对称SU(2)规范理论的重整化群流的空间。
考虑了所有可能的相关形变,作者发现在这个简单的理论框架下,有34个固定点。
作者发现这类理论有着许多新奇的现象:有涌现对称性,算符解耦和较窄的中心荷a/c的分布。
这样的理论配置包含了两个N=2的最小Argyres-Douglas理论和他们的质量变化版本的理论。
此外,作者发现了36个候选固定点理论,这些理论有非物理的费米算符,包括一个比任何已知的超共形理论都小的中心荷(a,c)~(0.2,0.2),值得进一步的研究。
LandscapeofSimpleSuperconformalFieldTheoriesin4DKazunobuMaruyoshietal.Phys.Rev.Lett.122,121601(2019)https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.121601两圈5粒子振幅的解析结果作者计算了N=4超杨-米尔斯理论中的完整色结构的两圈、5粒子振幅的符号,包括了所有的非平面次领头色的贡献。
该振幅能写成Parke-Taylor树图振幅和维数正规化参数的纯函数的组合,这与之前的猜测相一致。
得到的结果有正确的共线极限和红外因子化性质,因此能让我们定义一个有限的剩余函数。
作者还研究了非平面项的多-Regge极限,分析了它的次领头指数修正,并给出了领头对数项的解析结果。
AnalyticResultforaTwo-LoopFive-ParticleAmplitudeD.Chicherinetal.Phys.Rev.Lett.122,121602(2019)https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.121602N=4超杨-米尔斯理论的两圈5点振幅作者计算了N=4超杨-米尔斯理论中的两圈5点振幅的符号,包括了完整的色贡献。
作者给出了所有所需的符号,包含了两圈5点非平面无质量主积分。
Two-LoopFive-PointAmplitudeinN=4Super-Yang-MillsTheorySamuelAbreuet.al.Phys.Rev.Lett.122,121603(2019)https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.121603测量D+s→η’e+νe衰变的动力学实验测量了分支比BD+s→ηe+νe=(2.323±0.063stat±0.063syst)%和BD+s→η′e+νe=(0.824±0.073stat±0.027syst)%,从而确认η−η‘的混合角为ϕP=(40.1±2.1stat±0.7syst)°。
MeasurementoftheDynamicsoftheDecaysD+s→η’e+νeM.Ablikimetal.(BESIIICollaboration)Phys.Rev.Lett.122,121801(2019)https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.121801ABRACADABRA-10厘米实验的首个结果:搜寻亚-μeV轴子暗物质ABRACADABRA-10厘米发布了1个月的搜索轴子暗物质结果。
实验没有发现暗物质,并在95%置信度对质量区域为3.1×10−10–8.3×10−9eV的轴子-光子耦合设置了上限。
该上限与宇宙学的限制相当。
FirstResultsfromABRACADABRA-10cm:ASearchforSub-μeVAxionDarkMatterJonathanL.Ouellet,etal.Phys.Rev.Lett.122,121802(2019)https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.121802在√s=13TeV质子质子对撞中综合搜索希格斯粒子对的产生文章报道了在质子质子对撞中,通过各个衰变道,对希格斯粒子对的产生进行搜索,并对希格斯对产生截面设置了上限。
CombinationofSearchesforHiggsBosonPairProductioninProton-ProtonCollisionsat√s=13TeVA.M.Sirunyanetal.(CMSCollaboration)Phys.Rev.Lett.122,121803(2019)https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.121803反对称夸克张量的核子矩阵元如果超出标准模型的物理在电弱能标进入我们的实现,他的低能效应由标准模型有效场论来描述。
在6维,许多包含了反对称夸克张量的算符很难被实验、Ward恒等式或者低能定理来限制。
然而,从格点QCD确定的归一化,解析性和幺正性常常允许我们在较大的动力学范围内预言动量依赖。
从最近的介子区域的结果开始,作者把这些结果拓展到了核子,从而提供了一系列综合的夸克张量的核子形状因子的结果。
NucleonMatrixElementsoftheAntisymmetricQuarkTensorMartinHoferichteretal.Phys.Rev.Lett.122,122001(2019)https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.122001原子核物理责编:耿立升夸克-胶子等离子体中的预定标和远离平衡态流体动力学预定标是一种远离平衡的现象,它描述了一种普适定标分布形式的确定远先于其定标指数达到普适数值的情况。
AleksasMazeliauskas和JürgenBerges研究了在能量足够高的重离子碰撞中产生的夸克-胶子等离子体系统的时空演变,通过求解同时包含弹性和非弹散射过程的QCD动力学理论,展示了胶子和夸克分布非常快速地采取了一种自相似的定标形式,该形式与初始条件细节以及系统参数无关。
随后,预定标机制的动力学效应被完全编码在少数几个时间依赖的定标指数中,它们的缓慢演化导致了远离平衡态的流体动力学行为。
(肖杨)PrescalingandFar-from-EquilibriumHydrodynamicsintheQuark-GluonPlasmaA.MazeliauskasandJ.BergesPhys.Rev.Lett.122,122301(2019)https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.122301用QCD动力学理论匹配重离子碰撞的非平衡初始阶段和流体动力学高能核碰撞会产生一种非平衡的夸克-胶子离子体,该夸克-胶子等离子体会热化并表现出流体动力学流的性质。
目前还没有实用的框架能够将经典场模拟中的早期粒子的产生与随后的流体动力学演化联系起来。
利用在QCD动力学理论中计算的非平衡态格林函数,Kurkela等人建立了一个将初始能量-动量张量传播到流体动力学态的理论框架。
他们证明这种方法可以很容易地结合到现有的流体动力学模拟中,从而导致对早期能量密度和QCD介质的传输特性的更强约束。
基于格林函数的(共形)定标特性,他们进一步获得了流体动力学在核碰撞中的适用性的实用界限。
(肖杨)MatchingtheNonequilibriumInitialStageofHeavyIonCollisionstoHydrodynamicswithQCDKineticTheoryAleksiKurkelaetal.Phys.Rev.Lett.122,122302(2019)https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.122302晕核11Li的镜像核——非束缚11O的首次观测T.B.Webb等人实现了对双中子晕核113Li8的镜像核,极丰质子核118O3结构的首次实验研究。
他们利用13O束流的双中子敲出反应产生了11O,随后观测到了其放射出两个质子的衰变产物(2p+9C),并构建了它们的不变质量谱。
在该不变质量谱中,有一个宽度约为3.4MeV的峰。
利用Gamow耦合道方法,他们发现该峰是一个多重态,其贡献源于11O的最低的四个共振态,其Jπ分别为3/2-1,3/2-2,5/2+1,5/2+2。
这些态的宽度与组态展示出对p-9C势场深度很强的非单调依赖。
这种异常行为是由10N的一个宽阈值共振态的出现引起的,类似于由库伦相互作用导致的10Li的虚态。
利用实验数据优化模型后,他们发现11O和11Li基态之间的同位旋不对称性比较温和。
(肖杨)FirstObservationofUnbound11O,theMirroroftheHaloNucleus11LiT.B.Webbetal.Phys.Rev.Lett.122,122501(2019)https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.122501类夸克偶素物质与中子星LarryMcLerran和SanjayReddy指出类夸克偶素(quarkyonic)物质能自然地解释中子星的各种观测性质。
他们认为这种物质可能存在于接近核物质饱和密度处,并且在形成阶段,其中的压力和声速迅速增加。
在夸克颜色数目Nc很大的极限下,该转变(从核物质到类夸克偶素物质)表现为压力随着重子数密度改变的不连续变化。
通过构建一个类夸克偶素的简单模型,他们指出声速一般是密度的非单调函数-它在相对较低的密度下达到最大值,接着减小,然后再次增加到其渐近值(1/√3)。
(肖杨)QuarkyonicMatterandNeutronStarsLarryMcLerranandSanjayReddyPhys.Rev.Lett.122,122701(2019)https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.122701原子、分子与光学导读:宋新秀;责编:张文凯利用相干散射对悬浮纳米粒子进行腔基三维冷却[编辑推荐]研究人员对悬浮纳米粒子进行了三维腔体冷却,利用光在粒子上的散射达到了创纪录的低温。
本文在实验上实现了空腔冷却真空中悬浮纳米粒子的所有三个平动自由度。
粒子被与腔无关的光镊所捕获,并将光相干地散射到蓝色失谐腔模式中。
对于大约10-5mbar的真空压力,作者观察到了毫开尔文的腔轴的极低温度。
同时,沿其他两个空间方向的质心运动也被冷却到几百毫开尔文的极低温度。
随着压力的变化来测量温度和阻尼率,作者发现冷却效率取决于腔内驻波内的粒子位置。
作为腔失谐和光镊功率的函数的质心温度的数据和状态与实验的理论分析相一致。
本文进一步概述了该方法的实验限制和各种可能性。
Cavity-Based3DCoolingofaLevitatedNanoparticleviaCoherentScatteringDominikWindey,etal.Phys.Rev.Lett.122,123601(2019)https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.123601利用相干散射法研究悬浮纳米粒子的腔体冷却[编辑推荐]研究人员对悬浮纳米粒子进行了三维腔体冷却,利用光在粒子上的散射达到了创纪录的低温。
本文主要研究光学腔内的悬浮纳米粒子的三维(3D)冷却。
该冷却机制是利用光镊的腔增强相干散射。
所观察到的3D动力学和冷却速率可在理论上由粒子运动和腔场之间的相互作用的线性和二次项而推导出来。
通过对颗粒位置实现纳米级控制,作者优化了位置相关的耦合,并在6×10-2mbar的背景压力下演示了两个数量级的轴向冷却。
本文还估计了对激光相位噪声加热的显著压制(>40dB),这是相干散射方案的一个特殊特性。
实验观察到的性能表明,在低于1×10-7mbar的背景压力下,可以实现悬浮纳米粒子的量子基态腔冷却。
CavityCoolingofaLevitatedNanospherebyCoherentScatteringUrošDelić,etal.Phys.Rev.Lett.122,123602(2019)https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.123602具有径向周期势的二维自旋轨道耦合玻色-爱因斯坦凝聚体中的稳定多环和旋转孤子Weconsidertwo-dimensionalspin-orbit-coupledatomicBose-Einsteincondensateinaradiallyperiodicpotential.Thesystemsupportsdifferenttypesofstableself-sustainedstatesincludingradiallysymmetricvorticity-carryingmodeswithdifferenttopologicalchargesintwospinorcomponentsthatmayhavemultiringprofilesandatthesametimeremainremarkablystableforrepulsiveinteractions.Solitonsofthesecondtypeshowpersistentrotationwithconstantangularfrequency.Theycanbestableforbothrepulsiveandattractiveinteratomicinteractions.Becauseoftheinequivalencebetweenclockwiseandcounterclockwiserotationdirectionsintroducedbyspin-orbitcoupling,thepropertiesofsuchsolitonsstronglydifferforpositiveandnegativerotationfrequencies.Thecollisionofsolitonslocatedinthesameordifferentringsisaccompaniedbyachangeoftherotationfrequencythatdependsonthephasedifferencebetweencollidingsolitons.StableMultiringandRotatingSolitonsinTwo-DimensionalSpin-Orbit-CoupledBose-EinsteinCondensateswithaRadiallyPeriodicPotentialY.KartashovandD.ZezyulinPhys.Rev.Lett.122,123201(2019)https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.123201利用单光束在极阱中连续加载超冷基态85Rb2分子Wehavedevelopedanapproachtocontinuouslyloadultracold85Rb2vibrationalground-statemoleculesintoacrossedopticaldipoletrapfromamagneto-opticaltrap.Thetechniquereliesonasinglehigh-powerlightbeamwithabroadspectrumsuperimposedontoanarrowpeakatanenergyofabout9400cm−1.Thissinglelasersourceperformsalltherequiredsteps:theshort-rangephotoassociationcreatingground-statemoleculesafterradiativeemission,thecoolingofthemolecularvibrationalpopulationdowntothelowestvibrationallevelνX=0,andtheopticaltrappingofthesemolecules.Furthermore,weprobebydepletionspectroscopyanddeterminethat75%oftheνX=0ground-statemoleculesareinthethreelowestrotationallevelsJX=0,1,2.Thelifetimeoftheultracoldmoleculesintheopticaldipoletrapislimitedtoabout70msbyoff-resonantlightscattering.Theproposedtechniqueopensperspectivesfortheformationofnewmolecularspeciesintheultracolddomain,whicharenotyetaccessiblebywell-establishedapproaches.ContinuousLoadingofUltracoldGround-State85Rb2MoleculesinaDipoleTrapUsingaSingleLightBeamHenryFernandesPassagem,etal.Phys.Rev.Lett.122,123401(2019)https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.123401基于弱值形式的亚波长结构的多参数同步测量在光学聚焦矢量束散射测量实验的背景下,本文提出了从弱值形式到多参数同步测量的数学扩展。
该示例利用空间变化极化的控制来实现预选和后选,并通过定制来优化其对参数变化的灵敏度。
双参数情况的初步实验表明,该方法可用于测量其分辨率至少比光照波长小1000倍的物理参数。
SimultaneousMeasurementofMultipleParametersofaSubwavelengthStructureBasedontheWeakValueFormalismAnthonyVella,etal.Phys.Rev.Lett.122,123603(2019)https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.123603多光子Jaynes-Cummings模型:Fock空间和量子滤波器中的任意旋转ThemultiphotonJaynes-Cummingsmodelisinvestigatedandapplicationsinquantuminformationscienceareexplored.Consideringthestrongatom-fieldcouplingregimeandanN-photoninteraction,anonlineardrivingfieldcanperformanarbitraryrotationintheFockspaceofabosonicmodeinvolvingthevacuumandanM-Fockstate,withM<N.Inaddition,drivingabosonicmodewithalinearcoherentfield(superpositionofmanyFockstates),onlythecavitystateswithintheFocksubspace{|0⟩,|1⟩,…,|N−1⟩}canbepopulated;i.e.,weshowhowtoimplementaFockstatefilter,orquantumscissor,thatrestrictsthedynamicsofagivenbosonicmodetoalimitedHilbertspace.Suchadevicecanbeemployedasageneratoroffinite-dimensionalquantum-opticalstatesandalsoasaquantum-opticalintensitylimiter,allowingasaspecialcasethegenerationofsingle-photonpulses.Ontheotherhand,oursystemalsoprovidesaveryrichphysicsintheweakatom-fieldcouplingregime,inparticular,multiphotonelectromagneticallyinducedtransparencylikephenomena,inducinganarrow(controllable)reflectivitywindowfornonlinearprobefields.Theseresultsareusefulforapplicationsinquantuminformationprocessingandalsomotivatefurtherinvestigations,e.g.,theuseofanN-photonJaynes-Cummingssystemasaquditwithharmonicspectrumandtheexplorationofmultiphotonquantuminterference.MultiphotonJaynes-CummingsModel:ArbitraryRotationsinFockSpaceandQuantumFiltersC.Villas-BoasandD.RossattoPhys.Rev.Lett.122,123604(2019)https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.123604对确定性纠缠态制备中局部洛伦兹不变性的改进检验Thehighdegreeofcontrolavailableoverindividualatomsenablesprecisiontestsoffundamentalphysicalconcepts.InthisLetter,weexperimentallystudyhowprecisionmeasurementscanbeimprovedbypreparingentangledstatesimmunetothedominantsourceofdecoherence.Using40Ca+ions,weexplicitlydemonstratetheadvantagefromentanglementonaprecisiontestoflocalLorentzinvariancefortheelectron.Reachingthequantumprojectionnoiselimitsetbyquantummechanics,weobserve,forbipartiteentangledstates,theexpectedgainofafactoroftwointheprecision.Underspecificconditions,multipartiteentangledstatesmayyieldsubstantialfurtherimprovements.OurmeasurementsimprovethepreviousbestlimitforlocalLorentzinvarianceoftheelectronusing40Ca+ionsbyafactoroftwotofourtoabout5×10−19.ImprovedTestofLocalLorentzInvariancefromaDeterministicPreparationofEntangledStatesEliMegidish,etal.Phys.Rev.Lett.122,123605(2019)https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.123605利用光谱定制的紫外线频梳对9Be+离子进行多功能控制Wedemonstratequantumcontrolof9Be+ionsdirectlyimplementedbyanopticalfrequencycomb.Basedonnumericalsimulationsoftherelevantprocessesin9Be+fordifferentmagneticfieldregimes,wedemonstrateawideapplicabilitywhencontrollingthecomb’sspectralproperties.Weintroduceanoveltechniquefortheselectiveandefficientgenerationofaspectrallytailorednarrow-bandwidthopticalfrequencycombnear313nm.Weexperimentallydemonstrateinternalstatecontrolandinternal-motionalstatecouplingof9Be+ionsimplementedbystimulated-Ramanmanipulationusingaspectrallyoptimizedopticalfrequencycomb.OurpulsedlaserapproachisakeyenablingstepfortheimplementationofquantumlogicandquantuminformationexperimentsinPenningtraps.VersatileControlof9Be+IonsUsingaSpectrallyTailoredUVFrequencyCombA.-G.Paschke,etal.Phys.Rev.Lett.122,123606(2019)https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.123606窄带超纠缠光子的直接生成在量子通信和光子量子信息处理中,对量子中继器和量子存储器的要求往往对纠缠光子施加了严格的带宽先决条件。
同时,对于光子对也有更多纠缠度的要求(即,超纠缠)。
本文报告了冷原子中窄带轨道角动量和极化超纠缠光子的直接生成。
除了在冷原子集合中的自发四波混频过程中由于自旋和轨道角动量守恒条件引起的时间-频率自由度之外,窄带光子对还自然地纠缠于极化和轨道角动量中。
本文报道的窄带超纠缠光子对光源有望在基于量子存储器的长距离量子通信中发挥重要的作用。
DirectGenerationofNarrow-bandHyperentangledPhotonsTian-MingZhao,etal.Phys.Rev.Lett.122,123607(2019)https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.123607薄膜腔的X射线L-边跃迁的光谱控制通过在X射线腔中嵌入一层钽薄膜,作者观察到了金属内层电子跃迁的光谱特性的变化。
腔模真空和LIII边跃迁之间的相互作用得到了增强,这就容许了对集体兰姆位移、超辐射和类Fano腔共振干涉效应的观测。
本文实验证明了,在X射线范围内具有电子共振的腔量子电动力学的可行性,并将其应用于在X射线腔中利用高分辨率X射线光谱学来操纵和探测凝聚态物质的电子结构。
SpectralControlofanX-RayL-EdgeTransitionviaaThin-FilmCavityJohannHaber,etal.Phys.Rev.Lett.122,123608(2019)https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.123608非线性动力学和流体力学责编:兰岳恒结构泵浦量子模式识别Qiu等人报导了一种新的鬼影成像方法,用具有空间结构的泵在自发参数下转换傅里叶域中基于量子相关进行模式识别。
作者利用拉盖尔-高斯模式傅里叶变换的数学特征来描述鬼影图像的泵调制形成。
特别令人感兴趣的是VanderLugt滤波器量子等效的实验证明,基于该实验,作者成功用非局部螺旋相位对比,实现了涡旋映射和基于量子相关的人脸识别。
用于探测测试对象,扫描数据库和产生关联信号的光子可以归为三种不同的光束,表明这项技术可以在一些需要低光照明和保密操作的安全应用中起到作用。
(郑皓天)Structured-Pump-EnabledQuantumPatternRecognitionXiaodongQiu,etalPhys.Rev.Lett.122,123901(2019)https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.123901多模光纤中无序介导的波凝结剧烈加速Classicalnonlinearwavesexhibitaphenomenonofcondensationthatresultsfromthenaturalirreversibleprocessofthermalization,inanalogywiththequantumBose-Einsteincondensation.WavecondensationoriginatesinthedivergenceofthethermodynamicequilibriumRayleigh-Jeansdistribution,whichisresponsibleforthemacroscopicpopulationofthefundamentalmodeofthesystem.However,achievingcompletethermalizationandcondensationofincoherentwavesthroughnonlinearopticalpropagationisknowntorequireprohibitivelargeinteractionlengths.Here,wederiveadiscretekineticequationdescribingthenonequilibriumevolutionoftherandomwaveinthepresenceofastructuraldisorderofthemedium.Ourtheoryrevealsthataweakdisorderacceleratestherateofthermalizationandcondensationbyseveralorderofmagnitudes.Suchacounterintuitivedramaticaccelerationofcondensationcanprovideanaturalexplanationfortherecentlydiscoveredphenomenonofopticalbeamselfcleaning.Ourexperimentsinmultimodeopticalfibersreporttheobservationofthetransitionfromanincoherentthermaldistributiontowavecondensation,withacondensatefractionofupto60%inthefundamentalmodeofthewaveguidetrappingpotential.(郑皓天)DramaticAccelerationofWaveCondensationMediatedbyDisorderinMultimodeFibersAdrienFusaro,etalPhys.Rev.Lett.122,123902(2019)https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.123902用于选择性滤波弹性超材料刚性的时域周期调制:理论与实验具有时间调制刚性的弹性波导拥有频域周期色散谱,其中不同分支在调制频率半整数倍处合并,跨越一个有限波数范围。
在此范围内,频率变成复数,其实部保持不变。
与这些平带相关联群速度的消失导致在非调制和时间调制介质界面处频率的选择性反射,将宽带输入转换为以调制频率一半为中心的窄带输出。
这种行为表现在横向运动的弹性波导中,其通过由开关电路控制的负电容分流压电贴片阵列实现调制。
切换时间规定了调制频率并允许选择性输出频率。
该发现适用于研究时空调制弹性超材料的许多性质,例如非互易性和单向传播,并且有助于在压电基板上操作的声波器件新功能的实现。
(郑皓天)Time-PeriodicStiffnessModulationinElasticMetamaterialsforSelectiveWaveFiltering:TheoryandExperimentGiuseppeTrainiti,etalPhys.Rev.Lett.122,124301(2019)https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.124301线性势中波包的幅度和相位WetheoreticallystudyandsuccessfullyobservetheevolutionofGaussianandAirysurfacegravitywaterwavepacketspropagatinginaneffectivelinearpotential.Thispotentialresultsfromahomogeneousandtime-dependentflowcreatedbyacomputer-controlledwaterpump.Forbothwavepacketswemeasuretheamplitudesandthecubicphasesappearingduetothelinearpotential.Furthermore,wedemonstratethattheself-accelerationoftheAirysurfacegravitywaterwavepacketscanbecompletelycanceledbyalinearpotential.(郑皓天)AmplitudeandPhaseofWavePacketsinaLinearPotentialGeorgiGaryRozenman,etalPhys.Rev.Lett.122,124302(2019)https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.124302粘弹性电解质中的电对流具有聚合物添加剂液体电解质的直接数值模拟表明,粘弹性促进从稳定到不稳定电对流更早转变。
粘弹性还使对流产生的过限电流减少达40%。
这两种效应都会降低离子流空间变化的时间平均,表明聚合物流体可能抑制枝晶生长。
表面附近的聚合物弛豫使流动结构不稳定并且减少了高通量流动的持续时间。
这种聚合物诱导的流量减少机制广泛适用于具有质量,热量或动量传递的壁面限制流动。
(郑皓天)ElectroconvectioninaViscoelasticElectrolyteGaojinLi,etalPhys.Rev.Lett.122,124501(2019)https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.124501零雷诺数近似对于纤毛流是否有效?Stokes方程通常用于模拟微米级纤毛周围的流体动力行为。
利用高时空分辨率的光学镊子,准确测量周期流的速度,可以实验研究零雷诺数近似的有效性。
DaWei等人发现摆动纤毛产生的流动与Stokes方程预测的斯托克斯场完全不同。
特别地,流速在空间上衰减的速度更快,并且随着远离纤毛相位延迟增大。
这表明拟稳态近似和用于不稳定纤毛流的Stokes方程并不总是合理的,并且涡度扩散的有限时间尺度不容忽视。
DaWei等人的结果在微观游动体的同步和集体动力学研究中具有重要意义。
(张毓)IstheZeroReynoldsNumberApproximationValidforCiliaryFlows?DaWei,etal.Phys.Rev.Lett.122,124502(2019)https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.124502惯性弹性湍流中的临界层结构和机制Simulationsofelastoinertialturbulence(EIT)ofapolymersolutionatlowReynoldsnumberareshowntodisplaylocalizedpolymerstretchfluctuations.Theseareverysimilartostructuresarisingfromlinearstability(Tollmien-Schlichtingmodes)andresolventanalyses,i.e.,critical-layerstructureslocalizedwherethemeanfluidvelocityequalsthewavespeed.Computationsofself-sustainednonlinearTollmien-Schlichtingwavesrevealthatthecriticallayerexhibitsstagnationpointsthatgeneratesheetsoflargepolymerstretch.ThesekinematicsmaybethegenesisofsimilarstructuresinEIT.(张毓)Critical-LayerStructuresandMechanismsinElastoinertialTurbulenceAshwinShekar,etal.Phys.Rev.Lett.122,124503(2019)https://journals.aps.org/prl/pdf/10.1103/PhysRevLett.122.124503湍流中的功率波动为了产生或维持湍流,需要引入动能。
这种能量注入必然会波动,而功率波动作用于所有活跃的湍流长度尺度。
如果注入功率用的是与速度成正比的力(例如,剪切流中常见的力)或仅用在最大尺度上起作用的力,那么这些波动频谱具有与能谱成正比的惯性区间。
(张毓)PowerfluctuationsinturbulenceWouterJ.T.BosandR.ZamanskyPhys.Rev.Lett.122,124504(2019)https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.124504超短脉冲携带轨道角动量的上界Photonsinaring-shapedvortexlightbeamcanhaveanarbitrarilyhighorbitalangularmomentum(OAM)lℏ,inadditiontothespinangularmomentumℏ.Forapulsedvortexbeam,thereis,however,anupperboundtotheintegerunitslofOAM,ortopologicalchargeofthevortex,andalowerboundtothepulsedurationtocarryOAM.Theselimitshaveimplicationsinexperimentswithultrashortvortices,e.g.,inthegenerationoftwistedattosecondburstsintheextremeultraviolet,inthetemporalresolutioninultrafastspectroscopy,orintheperformanceofOAM-basedopticalcommunicationsorcryptographicsystems,aswellasinotherareasofphysicsasacousticsorelectronwaves.(张毓)UpperBoundtotheOrbitalAngularMomentumCarriedbyanUltrashortPulseMiguelA.PorrasPhys.Rev.Lett.122,123904(2019)https://journals.aps.org/prl/pdf/10.1103/PhysRevLett.122.123904通过光子高频带激发的谷涡旋态和简并提升DaohongSong等人展示了光子石墨烯中谷涡旋的生成。
两个谷的激发导致在第三个等价谷处布拉格反射时光学涡旋的形成,而不破坏反转对称性,其手征性由谷自由度决定。
DaohongSong等人观察到并通过数值模拟证实,涡-反涡对具有与谷相关的拓扑电荷翻转。
此外,DaohongSong等人开发了一个三波段有效哈密顿模型来描述耦合谷的动力学,并发现常用的双波段模型不足以解释观察到的涡旋简并提升。
这种谷极化涡流态来自无合成场引发带隙口的高频带激发。
DaohongSong等人在光子装置上得到的结果可以为在其他系统中研究谷比对和贝瑞相介导的拓扑现象提供思路。
(张毓)ValleyVortexStatesandDegeneracyLiftingviaPhotonicHigher-BandExcitationDaohongSong,etal.Phys.Rev.Lett.122,123903(2019)https://journals.aps.org/prl/pdf/10.1103/PhysRevLett.1212.123903凝聚态物理:结构责编:马天星通过对称扩散板进行宽带增强透射[编辑推荐]当夹在无序扩散板之间时,波导中的不透明势垒传输更多。
Chéron等人发现,当把一个不透明势垒放在对称的扩散无序板之间,会产生显著的、宽频带透射增强。
透射增强伴随着一个透射本征值的双峰分布,并且对于给定的势垒透射率,作者发现了无序板的最佳特定长度值。
作者通过一个简单的模型,进行了量化参数之间的无量纲换算,这些参数表明势垒越强,最大可能增强越强。
作者还探讨了对称缺陷的敏感性,这显示出波基传感的巨大潜力。
(黄通昀)Broadband-EnhancedTransmissionthroughSymmetricDiffusiveSlabsÉ.Chéron,S.Félix,V.PagneuxPhys.Rev.Lett.122,125501(2019)https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.125501硅的高压相图中的非谐因素和不规则晶相演化趋势研究本文使用密度泛函理论、演化算法和晶格动力学的多层面第一性原理方法,得到了高达4TPa高压和26000K高温下的硅相图。
通过计算分析发现:(i)在压力分别为2.87和3.89TPa时,沿着冷态有效性曲线,会出现从一系列不规则的面心立方晶体到体心立方晶体,再到简单立方晶体的结晶相变过程;(ii)当只考虑吉布斯自由能的非谐波贡献时,Imma和Cmce-16斜方晶相才会出现在相图中;(iii)当考虑立方金刚石相的非谐自由能影响时,可以在相图中观察到Hugoniot曲线斜率明显的变化。
(张陆峰)AnharmonicandAnomalousTrendsintheHigh-PressurePhaseDiagramofSiliconR.Paul,S.X.Hu,V.KarasievPhys.Rev.Lett.122,125701(2019)https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.125701机械载荷下金属材料中晶界迁移的尺寸依赖性传统金属材料变形过程中,晶界一般认为是位错运动的“静态”几何障碍,材料的强度随着晶粒尺寸减小而增加,符合Hall-Petch关系;但金属材料晶粒尺寸减小至纳米尺度时,机械变形过程中其晶界迁移性显著增强,并伴随着晶粒长大,如拉伸、压缩、压痕等过程中均可观察到明显的晶粒粗化现象,所以纳米晶材料强度与晶粒尺寸的关系也逐渐偏离Hall-Petch关系。
尽管机械驱动晶界迁移的内在机制存在争议,但大量研究认为晶界迁移通过晶界原子短程运动或晶界位错运动的方式进行,这说明该过程与晶界结构或成分等密切相关。
Zhou等人对剧烈塑性变形制备的不同平均晶粒尺寸梯度分布的纳米晶Ag、Cu、Ni进行准静态拉伸变形,通过对变形前后晶粒尺寸变化分析发现晶界迁移行为具有明显的晶粒尺寸效应。
从超细晶到纳米晶,随着晶粒尺寸减小,晶界迁移先逐渐增强,但当晶粒尺寸小于临界值时,晶界迁移逐渐变弱。
Ag、Cu、Ni中晶界迁移效应峰值对应平均晶粒尺寸分别约为80、75、38nm。
此外,通过合适的后序热处理,发现部分临界尺寸附近纳米晶晶界迁移效应也明显减弱。
分析发现纳米晶晶界迁移受到抑制的主要原因是变形或热处理诱导其晶界驰豫效应,晶界能量较低,稳定性提高。
驰豫态的纳米晶在变形过程中主导塑性变形机制从晶界迁移转变为不全位错运动形成变形孪晶或层错。
研究结果说明晶界驰豫与晶界偏聚效应类似,可通过调整晶界结构提高晶界稳定性,这为提高纳米晶机械稳定性提供新的途径。
(王婧瑶)SizeDependenceofGrainBoundaryMigrationinMetalsunderMechanicalLoadingXinZhou,XiuyanLi,andK.LuPhys.Rev.Lett.122,126101(2019)https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.126101线性特征:位错中亚稳相的形成和共存Turlo等人利用原子模拟方法,在体心立方铁镍合金的刃位错附近发现了亚稳态B2−FeNi与稳态L10−FeNi、L12−FeNi3的三相共存。
在较大范围的组成和温度下,观察到了沿着位错线受压侧形成的稳定的纳米级沉淀阵列,并将其定义为线性特征。
作者通过分析稳态、亚稳态相变相关的热力学解释了亚稳相的形成和共存,并在此过程中定义了理论和实验研究的新途径。
(马驰)LinearComplexions:MetastablePhaseFormationandCoexistenceatDislocationsVladyslavTurloandT.RupertPhys.Rev.Lett.122,126102(2019)https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.126102磁场控制晶界在微结构工程中,利用外磁场影响多晶材料中微结构的能力具有巨大应用潜力。
为了探索这种潜力并理解电磁场与固态物质输运之间的复杂相互作用,Backofen等人研究了晶体相场模型。
利用高效、可扩展的数值算法,这种模型可用来分析外磁场对缺陷构造与晶界的演变、扩散时间尺度所起的作用。
作者以平面和圆形晶界为例,解释了基本的原子过程,并采用二维大尺度模拟获得了外场影响下晶粒生长的统计数据。
(黄通昀)ControllingGrainBoundariesbyMagneticFieldsR.Backofen,K.R.Elder,A.VoigtPhys.Rev.Lett.122,126103(2019)https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.126103凝聚态物理:电子性质责编:袁喆,马锋杰,沈卡空穴掺杂LuFe2O4+δ中的电荷-晶格耦合:二阶调制的起源理解有序结构中的奇异性,例如晶格调制中的位错和电荷序中的孤子,为解开电子自由度和晶格之间的相互作用提供了很好的机会。
具体地,调制结构传统上以离散傅里叶级数的形式表示,每个分量具有恒定的相位和幅度。
在这里,Deng等人报导了空穴掺杂LuFe2O4+δ中一种新调制波的原子尺度观察和分析,需要对有序结构的传统建模进行显著修改。
只有在相位和幅度参数空间中引入明确定义的第二调制矢量,才能准确地描述这种具有不寻常准周期奇异性的新调制。
结合密度泛函理论(DFT)计算,他们的结果表明,这些奇异性源于系统中间隙氧原子引起的晶格错位的不连续性。
他们的工作方法适用于各种有序系统,提高了人们对奇异性和调制性质的理解。
(方子明)Charge-LatticeCouplinginHole-DopedLuFe2O4+δ:TheOriginofSecond-OrderModulationShiqingDengetal.Phys.Rev.Lett.122,126401(2019)https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.126401在π-结Rashba层中的二阶拓扑超导性WeconsideraJosephsonjunctionbilayerconsistingoftwotunnel-coupledtwo-dimensionalelectrongaslayerswithRashbaspin-orbitinteraction,proximitizedbyatopandbottoms-wavesuperconductorwithphasedifferenceϕclosetoπ.Weshowthat,inthepresenceofafiniteweakin-planeZeemanfield,thebilayercanbedrivenintoasecondordertopologicalsuperconductingphase,hostingtwoMajoranacornerstates(MCSs).Ifϕ=π,inarectangulargeometry,thesezero-energyboundstatesarelocatedattwooppositecornersdeterminedbythedirectionoftheZeemanfield.Ifthephasedifferenceϕdeviatesfromπbyacriticalvalue,oneofthetwoMCSsgetsrelocatedtoanadjacentcorner.Asthephasedifferenceϕincreasesfurther,thesystembecomestriviallygapped.TheobtainedMCSsarerobustagainststaticandmagneticdisorder.Weproposetwosetupsthatcouldrealizesuchamodel:oneisbasedoncontrollingϕbymagneticflux,theotherinvolvesanadditionallayerofrandomlyorientedmagneticimpuritiesresponsibleforthephaseshiftofπintheproximity-inducedsuperconductingpairing.Second-OrderTopologicalSuperconductivityinπ-JunctionRashbaLayersY.Volpezetal.Phys.Rev.Lett.122,126402(2019)https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.126402两种不同对称自旋劈裂的共存表面或界面的对称性在确定二维能带的自旋劈裂和纹理中起重要作用。
Yaji等人通过自旋和角度分辨光电子能谱仪研究了SiC(0001)衬底上由Sn组成的三角晶格原子层(TLAL)的自旋极化带。
令人惊讶的是,Zeeman和Rashba型自旋分裂带在没有和具有自旋简并性的情况下都共存于SnTLAL的K点。
根据SiC周期性的晶体结构,K点具有三重对称性而没有反演对称性,这意味着Zeeman型与晶格的对称性一致,而Rashba型不一致。
他们的密度泛函理论计算表明,Rashba型(Zeeman型)能带的电荷密度分布在K点存在(无)反演对称性。
因此,电荷密度分布的对称性与两种类型的自旋劈裂一致。
(方子明)CoexistenceofTwoTypesofSpinSplittingOriginatingfromDifferentSymmetriesKoichiroYajietal.Phys.Rev.Lett.122,126403(2019)https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.126403温度诱导的无带隙拓扑绝缘体了解无序、相互作用和温度对物质拓扑性的影响对于预测物质在真实环境中的拓扑特性及其稳定性至关重要。
Haldane-Falicov-Kimball模型是一个集合了拓扑性、相互作用以及有限温度下自发无序的模型。
本文中,作者研究了Haldane-Falicov-Kimball模型的相图。
首先,作者借助于数值方法,绘制出了相互作用-温度平面上的相图。
在已知相的基础上,作者揭示了具有无带隙激发的绝缘电荷有序态以及温度驱动的无带隙拓扑绝缘相。
这种意外的行为可以通过内禀(温度产生)的无序来解释。
该研究结果为两种费米子组成的质量不平衡系统中,温度可驱动有带隙和无带隙拓扑绝缘相的产生提供了直接的证据。
(刘钱)Temperature-DrivenGaplessTopologicalInsulatorM.Gonçalvesetal.Phys.Rev.Lett.122,126601(2019)https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.126601一维拓扑超导体中弱无序的优势Majorana束缚态是一维(1D)拓扑超导体末端的零能模式。
引入无序通常会增加Majorana局域长度,直到最终导致拓扑相变为平凡相。
在这篇快讯中,Haim等人表明,在某些情况下,弱无序会导致Majorana局域长度减少,使拓扑相更加稳健。
进一步增加无序最终可导致趋势变化并且相变到平庸相。
有趣的是,转变发生在ξ0>>l,其中l是无序平均自由程,ξ0是纯净极限中的局域长度。
他们的结果与平面约瑟夫森结中形成的一维拓扑超导体尤其相关。
(方子明)BenefitsofWeakDisorderinOne-DimensionalTopologicalSuperconductorsArbelHaimandAdySternPhys.Rev.Lett.122,126801(2019)https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.126801隧穿至与噪声电容电极耦合的有限Luttinger液体Tunnelingspectroscopyofone-dimensionalinteractingwirescanbeprofoundlysensitivetotheboundaryconditionsofthewire.Here,weanalyzethetunnelingspectroscopyofawirecoupledtocapacitivemetallicleads.Strikingly,withincreasingmany-bodyinteractionsinthewire,theimpactoftheboundarynoisebecomesmoreprominent.Thisinterplayallowsforasmoothcrossoverfromstandard1Dtunnelingsignaturesintoaregimewherethetunnelingisdominatedbythefluctuationsattheleads.Thisregimeischaracterizedbyanelevatedzero-biastunnelingalongsideauniversalpower-lawdecayathighenergies.Furthermore,localtunnelingmeasurementsinthisregimeshowauniquespatialdependencethatmarkstheformationofplasmonicstandingwavesinthewire.Ourresultoffersatunablemethodbywhichtocontroltheboundaryeffectsandmeasuretheinteractionstrength(Luttingerparameter)withinthewire.TunnelingintoaFiniteLuttingerLiquidCoupledtoNoisyCapacitiveLeadsAntonioŠtrkaljetal.Phys.Rev.Lett.122,126802(2019)https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.1268022H−TaS2中压力诱导的电荷密度波崩塌和希格斯模式可见性ThepressureevolutionoftheRamanactiveelectronicexcitationsofthetransitionmetaldichalcogenides2H−TaS2isfollowedthroughthepressurephasediagramembeddingincommensuratecharge-density-waveandsuperconductingstates.Athighpressure,thecharge-densitywaveisfoundtocollapseat8.5GPa.Inthecoexistingcharge-density-waveandsuperconductingorders,weunravelastrongin-gapsuperconductingmode,attributedtoaHiggsmode,coexistingwiththeexpectedincoherentCooper-pairbreakingsignature.Thelatterremainsinthepuresuperconductingstatereachedabove8.5GPa.OurreportconstitutesanewobservationofsuchRamanactiveHiggsmodesincethelong-standinguniquecase2H−NbSe2.Pressure-InducedCollapseoftheChargeDensityWaveandHiggsModeVisibilityin2H−TaS2RomainGrassetetal.Phys.Rev.Lett.122,127001(2019)https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.127001C9H18N2CuBr4中平面耦合自旋阶梯的Higgs模式及其观测[编辑推荐]利用大尺度量子蒙特卡罗模拟,金属-有机化合物C9H18N2CuBr4中的Higgs模式可被理解为一个强各项异性(伊辛)极限下双磁振子束缚态。
C9H18N2CuBr4是一种二维近量子临界的自旋1/2two-leg阶梯化合物,具有弱的易轴交换各向异性。
近期,极化非弹性中子散射实验在C9H18N2CuBr4中发现了Higgs模式。
本文中,作者利用大尺度量子蒙特卡罗模拟,从理论上研究了这种平面耦合自旋阶梯系统的动力学自旋结构因子,能够在一个自洽的量子自旋模型内,定量描述中子散射实验数据。
结果显示,在磁激励作用下,该系统可以从具有完全SU(2)对称性的各向同性极限演化到主导易轴交换作用的伊辛极限。
同时发现,Higgs模式在海森堡极限处存在过阻尼现象,而在伊辛区域则演化成一个双磁振子束缚态。
相反,对于弱耦合类的阶梯化合物,同样的模态会发生凝聚,并产生量子无序相。
(刘钱)HiggsModeofPlanarCoupledSpinLaddersanditsObservationinC9H18N2CuBr4T.Yingetal.Phys.Rev.Lett.122,127201(2019)https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.127201XXZ自旋链中自旋扩散和超扩散的动力学理论WeaddressthenatureofspintransportintheintegrableXXZspinchain,focusingontheisotropicHeisenberglimit.WecalculatethediffusionconstantusingakineticpicturebasedongeneralizedhydrodynamicscombinedwithGaussianfluctuations:wefindthatitdiverges,andshowthataself-consistenttreatmentofthisdivergencegivessuperdiffusion,withaneffectivetime-dependentdiffusionconstantthatscalesasD(t)∼t1/3.Thisexponenthadpreviouslybeenobservedinlarge-scalenumericalsimulations,buthadnotbeentheoreticallyexplained.WebrieflydiscussXXZmodelswitheasy-axisanisotropyΔ>1.Ourmethodgivesclosed-formexpressionsforthediffusionconstantDintheinfinite-temperaturelimitforallΔ>1.WefindthatDsaturatesatlargeanisotropy,anddivergesastheHeisenberglimitisapproached,asD∼(Δ−1)−1/2.KineticTheoryofSpinDiffusionandSuperdiffusioninXXZSpinChainsS.GopalakrishnanandR.VasseurPhys.Rev.Lett.122,127202(2019)https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.127202亚铁磁性GdFeCo合金中的低磁阻尼本文中,作者在较大温度区间内研究了由稀土-过渡金属组成的亚铁磁材料的吉尔伯特阻尼参数α。
作者根据外场驱动磁畴壁的运动速度,得到体系的α。
结果显示,在该类体系中,α低至10-3量级,且当温度在角动量补偿温度TA上下,α几乎是个常数,不随温度的变化而变化,这和以前的预测十分不符合。
以前研究表明,当温度达到TA时,由于体系总角动量的消失,α会发散。
进一步地,作者指出该类亚铁磁材料中的磁阻尼大小与总角动量的存在与否无关,而是由费米能级上电子的散射情况所决定,其中过渡金属起主导作用。
吉尔伯特阻尼参数α的这一低值表明,亚铁磁体可以作为低损耗高速磁性器件的候选材料。
(刘钱)LowMagneticDampingofFerrimagneticGdFeCoAlloysD.Kimetal.Phys.Rev.Lett.122,127203(2019)https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.127203利用X射线磁圆二色性在高磁场下同时观察到亚铁磁铒铁石榴石铒L2,3带边处Er和Fe子晶格的磁矩Strohm等人在铒铁石榴石中进行了磁圆二色性实验,发现铒L2,3带边处的谱线形状会随着温度和磁场的改变而改变。
作者借助奇异值分解法提出,谱线在磁场和温度中的这种变化