PRL导读-2023年130卷25期

根据最近的新定义，如果一个多方行为不能通过在一个只有二部分的非局域资源的底层网络上的测量来建模，并且可能由所有各方共享的局域（经典）资源来补充，那么它就是真正的多部分非局域。新的定义在是否允许对潜在的二部分资源进行纠缠测量和 / 或在其之间进行超量子行为方面有所不同。在这里，作者对三方量子网络中真正的多部分非局域的这些新的候选定义的完整层次进行了分类，强调了与网络效应的设备无关证据的密切联系。一个关键发现是，在最简单的非平凡多部分测量场景（三方、两个测量设置和两个结果）中存在一种行为，这种行为无法在禁止纠缠测量和超量子资源的二部分网络中模拟，从而见证了最普遍的真正的多部分非局域形式，但可以用纠缠的仅二部分量子态来模拟测量，表明了一种使用比以前的协议更少的设置对纠缠测量进行设备独立认证的方法。令人惊讶的是，作者还发现，这种（ 3 ， 2 ， 2 ）行为，以及之前作为纠缠测量的设备无关证据研究的其他行为，都可以在真正的多部分非局域层次的更高层次上进行模拟，该层次允许超量子二分资源，同时仍禁止纠缠测量。这对纠缠测量作为一种不同于二部分非局域性的可观察现象的独立于理论的理解提出了挑战。

（刘承葛）

Hierarchy of Multipartite Nonlocality and Device-Independent Effect Witnesses

P. Bierhorst and J. Prakash

Phys. Rev. Lett. 130, 250201 (2023)

https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.130.250201

在封闭的一般多体系统中，酉演化将局域量子信息分散到高度非局域的物体中，导致热化。这种过程被称为信息加扰，其快速性通过算符大小的增长来量化。然而，对于嵌入在环境中的量子系统，与环境的耦合对信息加扰过程的影响仍未被探索。在这里，作者预测了量子系统中的动力学跃迁，所有子系统到所有子系统的相互作用都伴随着一个分离两相的环境。在耗散阶段，随着算子大小随时间衰减，信息加扰停止，而在加扰阶段，信息的分散持续存在，并且算子大小在系统的自由度为 N 的长期极限中增长并饱和到 O （ N ）值。这种转变是由系统的内在和环境驱动的扰动与环境引起的耗散之间的竞争驱动的。作者的预测来自基于流行病学模型的一般论点，并通过可解的 Brownian-Sachdev-Ye-Kitaev 模型进行解析证明。作者提供了进一步的证据，表明当量子混沌系统与环境耦合时，这种转变是普遍的。作者的研究揭示了量子系统在环境中的基本行为。

（刘承葛）

Dynamical Transition of Operator Size Growth in Quantum Systems Embedded in an Environment

Pengfei Zhang and Zhenhua Yu

Phys. Rev. Lett. 130, 250401 (2023)

https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.130.250401

多体量子疤痕的概念与特殊的本征态有关，这些本征态通常集中在希尔伯特空间的某些部分，在全局表现出热化的状态下会产生强大的持续振荡。在这里，作者将这些研究扩展到许多具有以高维混沌相空间为特征的真正经典极限的物体系统，这些系统不受任何特定的动力学约束。作者证明了在玻色 - 哈伯德模型中，波函数的真实量子疤痕集中在不稳定的经典周期平均场模式附近。这些特殊的量子多体态在这些经典模式下表现出不同的相空间局域化。它们的存在符合 Heller 的疤痕准则，并且似乎在热力学长晶格极限下持续存在。沿着这些疤痕发射量子波包会导致可观察到的长期振荡，其特征是周期与经典 Lyapunov 指数成渐近比例，并显示出反映潜在混沌动力学的内在不规则性，而不是常规的隧道振荡。

（刘承葛）

Genuine Many-Body Quantum Scars along Unstable Modes in Bose-Hubbard Systems

Q. Hummel, K. Richter, and P. Schlagheck

Phys. Rev. Lett. 130, 250402 (2023)

https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.130.250402

作者分析了由局部量子通道建模的退相干对量子临界态的影响，并发现了由此产生的混合态纠缠的普遍性质，无论是在系统与环境之间还是在系统内部。 Renyi 熵表现出由共形场论中的 “g 函数 ” 控制的子序常数的体积律标度，使作者能够定义量子通道之间的重整化群流（或 “ 相变 ” ）的概念。作者还发现，子系统在退相干状态下的熵随子系统大小的变化具有亚对数标度，并将其与共形场论中边界条件变化算子的相关函数联系起来。最后，作者发现子系统纠缠负性，一种混合态内量子关联性的度量，可以表现出基于重整化群流的对数比例或面积定律。当通道对应于边缘扰动时，对数缩放系数可以随着退相干强度而连续变化。作者说明了横场 Ising 模型临界基态的所有这些可能性，在该模型中，作者确定了四个退相位通道的重整化群不动点，并对重整化群流进行了数值验证。作者的结果与在有噪声的量子模拟器上实现的量子临界态有关，在这些模拟器中，作者预测的纠缠缩放可以通过阴影层析成像方法进行探测。

（刘承葛）

Channeling Quantum Criticality

Yijian Zou, Shengqi Sang, and T. H. Hsieh

Phys. Rev. Lett. 130, 250403 (2023)

https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.130.250403

具有截断实势 V(x)=-|x| ^p 的势垒上量子散射提供了一个实验上可获得的平台，该平台在 p 变化时表现出自发的宇称时间对称性破缺。不间断相具有无反射态，这些无反射态对应于在任意高的离散实能量的非截断势的连续体中的束缚态。在完全断裂阶段，没有束缚态。有一个混合相，其中异常点出现在特定的能量和 p 值。这些效应应该可以在冷原子散射实验中观察到。

（刘承葛）

Experimentally Realizable PT Phase Transitions in Reflectionless Quantum Scattering

M. B. Soley, C. M. Bender, and A. D. Stone

Phys. Rev. Lett. 130, 250404 (2023)

https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.130.250404

多体局域化系统即使是相互作用的、不可积的、处于广泛激发态的系统，在其自身的动力学下也不能达到热平衡。多体局域化系统热化的一个不稳定性是所谓的 “ 雪崩 ” ，即局部热化的罕见区域能够将热化扩散到整个系统。在有限一维多体局域化系统中，雪崩的扩散可以通过在系统一端弱耦合一个无限高温度环境来模拟和数值研究。作者发现雪崩主要通过封闭系统中罕见的近共振本征态之间的强多体共振传播。因此，作者发现并探索了多体局域化系统中多体共振与雪崩之间的详细联系。

（张皓玥）

Many-Body Resonances in the Avalanche Instability of Many-Body Localization

H. Ha, A. Morningstar, and D. A. Huse

Phys. Rev. Lett. 130, 250405 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.130.250405

作者提出了一种用于无控制相位估计的误差抑制方法。作者证明了一个定理，即在一阶修正下，幺正算子的相位不受只有 Hermitian Kraus 算子的噪声通道的影响，从而识别了用于相位估计的某些良性噪声类型。通过进一步结合随机编译协议，作者可以将相位估计电路中的一般噪声转化为随机泡利噪声，从而满足定理的条件。因此，作者在没有任何量子资源开销的情况下实现了抗噪声相位估计。仿真实验表明，该方法可将相位估计误差显著降低 2 个数量级。作者的方法为在容错量子计算机出现之前使用量子相位估计铺平了道路。

（张皓玥）

Noise-Resilient Phase Estimation with Randomized Compiling

Yanwu Gu, Yunheng Ma, et al.

Phys. Rev. Lett. 130, 250601 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.130.250601

当使用像超导量子电路这样的多能级系统作为量子比特时，最大限度地减少计算态的泄漏是一个挑战。作者在 Battistel 等人提出的电路量子电动力学架构中实现并延伸了用于传输的量子硬件高效、全微波泄漏抑制单元。该泄漏抑制单元有效地减少了第二和第三激发传输态的泄漏，在 220 ns 内效率高达 99% ，对量子比特子空间的影响最小。作为量子纠错背景下的第一个应用，作者展示了多个同时泄漏抑制单元如何在权重 -2 稳定器测量的 50 个周期内降低错误检测率并将数据和辅助量子比特的泄漏积聚抑制在 1% 以内。

（张皓玥）

All-Microwave Leakage Reduction Units for Quantum Error Correction with Superconducting Transmon Qubits

J. F. Marques, H. Ali, et al.

Phys. Rev. Lett. 130, 250602 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.130.250602

[ 编辑推荐 ] 一系列的演示大大简化了在长距离上实现量子加密协议的要求。

点 - 点量子密钥分发的安全密钥速率从根本上受到速率损耗极限的限制。最近双场量子密钥分发的突破可以克服这一极限，实现长距离量子通信，但它的实现需要复杂的全局相位跟踪，并且需要强相位参考，这不仅增加了噪声，而且还降低了量子传输的占空比。在这里，作者解决了这些缺点，并通过实现一种创新但更简单的独立于测量设备的量子密钥分发，通过异步重合配对实现类似中继器的通信，重要地实现了比双场量子密钥分发更高的安全密钥速率。在 413 和 508 千米的光纤上，作者实现了 590.61 和 42.64 bit/s 的有限大小的安全密钥速率，分别是其相应绝对速率极限的 1.80 和 4.08 倍。值得注意的是， 306 千米的安全密钥速率超过 5 kbit/s ，满足语音通信实时一次性加密的比特率要求。作者的工作将带来经济高效的城际量子安全网络。

（张皓玥）

Experimental Quantum Communication Overcomes the Rate-Loss Limit without Global Phase Tracking

Lai Zhou, Jinping Lin, et al.

Phys. Rev. Lett. 130, 250801 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.130.250801

[ 编辑推荐 ] 一系列的演示大大简化了在长距离上实现量子加密协议的要求。

双场量子密钥分发是一种很有前途的长距离光纤量子通信解决方案。然而，先前的双场量子密钥分发示范需要锁相技术来相干地控制双光场，这不可避免地用额外的光纤通道和外围硬件使系统复杂化。在这里，作者提出并演示了一种复原单光子干涉图并实现无锁相双场量子密钥分发的方法。该方法将通信时间分为参考帧和量子帧，其中参考帧作为建立全局相位参考的灵活方案。为此，作者开发了一种基于快速傅立叶变换的定制算法，通过数据后处理有效地调和相位参考。作者演示了在标准光纤上从短距离到长距离的无锁相双场量子密钥分发。在 50 千米标准光纤中，作者获得了 1.27 Mbit/s 的高密钥速率；而在 504 千米标准光纤中，作者获得了比无中继器密钥容量高 34 倍的类中继器密钥速率缩放。作者的工作为双场量子密钥分发提供了一个可扩展和实用的解决方案，从而代表了其广泛应用的重要一步。

（张皓玥）

Twin-Field Quantum Key Distribution without Phase Locking

Wei Li, Likang Zhang, et al.

Phys. Rev. Lett. 130, 250802 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.130.250802

按照宇宙的暴涨理论，现在宇宙中的大多数基本粒子都是在暴涨之后的再加热过程中产生出来的。本文中自洽地耦合了爱因斯坦暴涨方程与由全息理论描述的强耦合量子场论，并证明了这一耦合会导出膨胀的宇宙和再加热阶段，且最终达到由热平衡态的量子场论主导的宇宙。

Dynamical Inflaton Coupled to Strongly Interacting Matter

Christian Ecker, Elias Kiritsis, and Wilke van der Schee

Phys. Rev. Lett. 130, 251001 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.130.251001

本文通过比较石英振子与 Rb87 的超精细结构跃迁和 Dy164 的电子跃迁的频率，来寻找标量与赝标量超轻玻色暗物质（ UBDM ）的影响。对质量在 1×10 ^-17 ~ 8.3×10 ^-14 eV 的标量 UBDM 场，我们约束了标量 UBDM 场与标准模型（ SM ）场之间的线性相互作用；对于质量在 5×10 ^-18 ~ 4.1×10 ^-13 eV 赝标量 UBDM 场，我们约束了赝标量 UBDM 场与 SM 场之间的二次相互作用。在各自范围的区域中，我们对线性相互作用的约束显著优于之前对原子参数振荡的直接搜索；而对二次相互作用的约束超过了之前搜索和天文观测所施加的限制。

Search for Ultralight Dark Matter with Spectroscopy of Radio-Frequency Atomic Transitions

Xue Zhang, Abhishek Banerjee and et al.

Phys. Rev. Lett. 130, 251002 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.130.251002

在高温辐射对称破缺的理论中，本文作者提出了气泡成核的规范不变的框架。作为一个过程，该微扰框架基于高温展开中的一致幂次计数，建立了一个实用的、规范不变的一阶成核率计算。在模型构建和粒子唯象学中，该框架具有应用，如计算气泡成核温度和电弱重子生成率以及来自宇宙学相变的引力波信号。

Nucleation at Finite Temperature: A Gauge-Invariant Perturbative Framework

Johan Löfgren, et al.

Phys. Rev. Lett. 130, 251801 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.130.251801

本文在 510 GeV 的极化 pp 碰撞中给出了直接光子产生的横截面和双螺旋度不对称 A _LL 的测量结果。用相对论重离子对撞机上的 PHENIX 探测器在中快度（ |η|<0.25 ）下进行了测量。在相对论能量下，直接光子主要由初始夸克 - 胶子硬散射产生，并且不通过领头阶的强相互作用。因此在 √s=510   GeV 时   ，其中领头阶效应占主导地位，这些测量提供了在胶子动量分数 0.02<x<0.08 范围内对极化质子中胶子螺旋度的干净和直接的估计，对胶子贡献的符号具有直接的敏感性。

Measurement of Direct-Photon Cross Section and Double-Helicity Asymmetry at √s=510  GeV in pp Collisions

N. J. Abdulameer  et al.  (PHENIX Collaboration)

Phys. Rev. Lett. 130, 251901 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.130.251901

Using (1.0087±0.0044)×10 ¹⁰    J/ψ events collected with the BESIII detector at the BEPCII storage ring, the process Ξ ⁰ _n →Ξ ⁻ _p  is studied, where the Ξ ⁰  baryon is produced in the process J/ψ→Ξ ⁰ ¯Ξ ⁰  and the neutron is a component of the  ⁹ Be,  ¹² C, and  ¹⁹⁷ Au nuclei in the beam pipe. A clear signal is observed with a statistical significance of 7.1σ. The cross section of the reaction Ξ ⁰ + ⁹ Be→Ξ ⁻ +p+ ⁸ Be is determined to be σ(Ξ ⁰ + ⁹ Be→Ξ ⁻ +p+ ⁸ Be) = (22.1±5.3stat±4.5sys)    mb at the  Ξ ⁰  momentum of 0.818    GeV/c, where the first uncertainty is statistical and the second is systematic. No significant H-dibaryon signal is observed in the Ξ ⁻ _p  final state. This is the first study of hyperon-nucleon interactions in electron-positron collisions and opens up a new direction for such research.

First Study of Reaction Ξ ⁰ _n →Ξ ⁻ _p  Using Ξ ⁰ -Nucleus Scattering at an Electron-Positron Collider

M. Ablikim  et al.  (BESIII Collaboration)

Phys. Rev. Lett. 130, 251902 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.130.251902

[ 编辑推荐 ] 对光学时钟频率振荡的研究为超轻暗物质粒子设定了新的约束条件。

基于对两个光学频率比的长期测量，作者提出了改进的超轻玻色子暗物质与光子耦合的约束条件。在这些光学钟比较中，作者将 ¹⁷¹ Yb ⁺ 中的 ² S _1/2 ( F =0)↔ ² F _7/2 ( F =3) 电八极 (E3) 跃迁频率与同一离子的 ² S _1/2 ( F =0)↔ ² D _3/2 ( F =2) 电四极 (E2) 跃迁频率以及 ⁸⁷ Sr 中的 ¹ S ₀ ↔ ³ P ₀ 跃迁频率联系起来。第一个频率比 ν _E3 / ν _E2 的测量是通过对单个离子中的两个跃迁交替测量进行。基于 E3 跃迁的单离子钟与锶光学晶格钟的比较可得第二个频率比 ν _E3 / ν _Sr 。用这些测量结果限制精细结构常数 α 的振荡，对于质量在（ 10 ⁻²⁴ –10 ⁻¹⁷ ） eV/ c ² 范围内的暗物质，作者改进了超轻暗物质与光子之间标量耦合 d _e 的现有约束条件。在这一范围的大部分情况下，这些结果比之前的研究提高了一个数量级以上。作者还使用重复测量 ν _E3 / ν _E2 的值来改进 α 的线性时间漂移及其与重力耦合的现有约束条件。

Improved Limits on the Coupling of Ultralight Bosonic Dark Matter to Photons from Optical Atomic Clock Comparisons

M. Filzinger, et al.

Phys. Rev. Lett. 130, 253001 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.130.253001

作者研究了由量子光引起的强场电离现象。通过发展一个经过量子光学修正的强场近似模型，作者使用压缩态光模拟了光电子动量分布，这种分布与相干态（经典）光产生明显不同的干涉结构。利用鞍点方法，作者分析了电子动力学，揭示压缩态光场的光子统计特性赋予隧穿电子波包时变的相位不确定性并可调制光电子的周期内和周期间干涉。此外，作者还发现量子光的涨落对隧穿电子波包的传播有显著的影响，其中电子的电离几率在时域上有很大的变化。

Strong-Field Ionization of Hydrogen Atoms with Quantum Light

Yiqi Fang, et al.

Phys. Rev. Lett. 130, 253201 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.130.253201

[ 编辑推荐 ] 驱动原子间激发能量转移中核动力学的量子干涉，也称为受抑原子间库仑衰变，在许多形式的物质中（包括团簇和液体）起着电子弛豫机制的作用。

作者研究处于原子间库仑衰变 (ICD) 阈值以下的氩二聚体，实验观测到其中核波包动力学的量子干涉会驱动超快激发能量转移。通过时间分辨光离子 - 光离子符合光谱和量子动力学模拟，作者揭示了一个原子的内价层 3 s 空穴导致另一个原子的 4 s 或 4 p 激发的电子弛豫动力学受到核量子动力学初始状态的影响，这对符合 Ar ⁺ −Ar ⁺ 离子对的动能释放（ KER ）光谱产生大幅的周期性调制。此外，时间分辨 KER 谱显示了能量转移过程中量子干涉效应的特征指纹。作者的发现为阐明更复杂系统 ( 如分子团簇和溶剂化分子 ) 中超快电荷和能量转移动力学中的量子干涉效应铺平了道路。

Observation of Nuclear Wave-Packet Interference in Ultrafast Interatomic Energy Transfer

Meng Han, et al.

Phys. Rev. Lett. 130, 253202 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.130.253202

作者考察了一维几何中通过零程 p - 波力相互作用的极化费米子的多体基态。作者严格证明了在无限吸引力极限下，描述任意子系统的任意阶约化密度矩阵的谱性质完全独立于外部势能的形状。这意味着在此极限下任意两个子系统间的量子关联对约束不敏感。此外，作者证明了这些量化量子关联量的矩阵的纯度可以在不对角化的情况下对任意数量的粒子解析计算获得。这一观察结果可作为描述强相互作用 p - 波费米子的其他模型和方法的严格基准。

Universality of Internal Correlations of Strongly Interacting p -Wave Fermions in One-Dimensional Geometry

Przemysław Kościk and Tomasz Sowiński

Phys. Rev. Lett. 130, 253401 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.130.253401

干涉仪对相位差非常敏感，可应用于许多方案。特别值得关注的是量子 SU(1,1) 干涉仪，它能够提高经典干涉仪的灵敏度。作者从理论上发展并实验展示了一种基于 4 f 构型的两个时间透镜的时间 SU(1,1) 干涉仪。该时间 SU(1,1) 干涉仪具有高时间分辨率，在时域和谱域均有干涉，并对相位导数敏感，这对检测超快相位变化具有重要意义。因此，这种干涉仪可用于时间模式编码、成像以及研究量子光的超快时间结构。

Ultrafast Temporal SU(1,1) Interferometer

Sara Meir, et al.

Phys. Rev. Lett. 130, 253601 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.130.253601

结果表明，采用标准速率方程模型的随机解释可以精确计算单发射纳米激光器的量子强度噪声。采用的唯一假设是发射极激发和光子数是具有整数值的随机变量。这将速率方程的有效性扩展到平均场极限之外，可避免使用标准朗之万方法，该方法已被证明对少数发射极无效。该模型通过与相对强度噪声和二阶强度关联函数 g ⁽²⁾ (0) 的全量子模拟进行比较来验证。令人惊讶的是，即使全量子模型显示出未被速率方程考虑的真空拉比振荡，随机方法也能正确预测强度量子噪声。因此，采用简单的发射极和光子布居离散化方法，对描述激光器中的量子噪声有很大帮助。除了为新兴纳米激光器建模提供了一个通用且易于使用的工具外，这些结果还提供了对激光器中量子噪声基本性质的洞见。

Stochastic Approach to the Quantum Noise of a Single-Emitter Nanolaser

Matias Bundgaard-Nielsen, et al.

Phys. Rev. Lett. 130, 253801 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.130.253801

直接数值模拟和理论分析显示，湍流中的能量耗散率和涡度的概率密度函数（ PDFs ）是渐近拉伸的伽马分布，其拉伸指数是相同的，而且无论雷诺数如何，涡度 PDF 的左右尾部都比能量耗散率的要长。 PDF 尾部的差异是由于运动学效应，涡度和能量耗散率有不同数量的项贡献。同时，拉伸指数由动力学和奇点的可能性决定。

（邱仲普）

Kinematic Effects on Probability Density Functions of Energy Dissipation Rate and Enstrophy in Turbulence

Toshiyuki Gotoh, Takeshi Watanabe, Izumi Saito

Phys. Rev. Lett. 130, 254001 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.130.254001

电热不稳定性在电流驱动金属的应用中起着重要的作用，它会产生条纹（触发磁 - 瑞利 - 泰勒不稳定性）和细丝（提供更快的等离子体形成路径）这两种结构。然而，对这两种结构的最初成因还没有定论。 E. P. Yu 等人的模拟首次显示了一个常见的孤立缺陷如何通过连接电流和电导率的反馈回路转变为更大的条纹和细丝。该模拟结果已经用缺陷驱动的自发射模式进行了实验验证。

（张业民）

Seeding the Electrothermal Instability through a Three-Dimensional, Nonlinear Perturbation

E. P. Yu, et al .

Phys. Rev. Lett. 130, 255101 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.130.255101

[ 编辑推荐 ] 在超导体表面沉积两个近邻的原子杂质，当用扫描隧道显微镜探测时，会产生双曲干涉条纹，使得提取出以前无法获得的序参数对称数据成为可能。

Ding 等人研究了在间隙超导体 (SC) 表面源自一对近邻杂质发出的准粒子干涉 (QPI) 图案。他们发现，由于双杂质散射的环路贡献， QPI 信号中可以出现双曲线条纹 (HFs) ，其中两种杂质的位置是双曲线焦点。对于单口袋费米面，对于非磁性杂质，双曲线条纹图案表现出手性超导序，而对于非手性超导则需要磁性杂质。对于多口袋情况，符号变化的序参数（如 s _± 波）同样产生双曲线条纹特征。他们讨论了孪生杂质 QPI 作为一种新工具，以补充局域光谱对超导序的分析。

（董静萍）

Hyperbolic Fringe Signal for Twin Impurity Quasiparticle Interference

Peize Ding et al.

Phys. Rev. Lett. 130, 256001 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.130.256001

单质材料为研究超导电性提供了干净和基础的平台。然而，迄今为止，在单质中观察到的最高超导临界温度 ( T _c ) 还没有超过 30 K 。发现具有更高 T _c 的单质超导体是凝聚态物理中最基本和最具挑战性的任务之一。在 Ying 等人的研究中，通过施加高达约 260 GPa 的高压，他们利用输运测量表明单质钪 (Sc) 的超导转变温度可以提高到 36 K ，这是超导元素的最高 T _c 。 T _c 的压力依赖性表明 Sc 中发生了多次相变，这与先前的 x 射线衍射结果一致。如他们的第一性原理计算所表明的， T _c 的优化是在 Sc-V 相实现的，这可以归因于 d 电子和中频声子之间的强关联。这项研究为探索新的高 T _c 单质金属提供了新见解。

（董静萍）

Record High 36 K Transition Temperature to the Superconducting State of Elemental Scandium at a Pressure of 260 GPa

Jianjun Ying et al.

Phys. Rev. Lett. 130, 256002 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.130.256002

A resistor at finite temperature produces white noise fluctuations of the current called Johnson-Nyquist noise. Measuring the amplitude of this noise provides a powerful primary thermometry technique to access the electron temperature. In practical situations, however, one needs to generalize the Johnson-Nyquist theorem to handle spatially inhomogeneous temperature profiles. Recent work provided such a generalization for Ohmic devices obeying the Wiedemann-Franz law, but there is a need to provide a similar generalization for hydrodynamic electron systems, since hydrodynamic electrons provide unusual sensitivity for Johnson noise thermometry but they do not admit a local conductivity nor obey the Wiedemann-Franz law. Here we address this need by considering low-frequency Johnson noise in the hydrodynamic setting for a rectangular geometry. Unlike in the Ohmic setting, we find that the Johnson noise is geometry dependent due to nonlocal viscous gradients. Nonetheless, ignoring the geometric correction only leads to an error of at most 40% as compared to naively using the Ohmic result.

Current Noise of Hydrodynamic Electrons

Aaron Hui et al.

Phys. Rev. Lett. 130, 256301 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.130.256301

[ 编辑推荐 ] 利用一维量子自旋系统表明了两个对拓扑性质的量子场论描述有用的新概念，即多重性和不必要临界性。

Prakash 等人提出了具有连续临界表面的自旋梯的微观模型，其性质和存在不寻常地不能从侧面相推断出来。这些模型要么表现出 “ 多重性 ”—— 在分离两个不同相的临界表面的有限区域上存在不同的普适类，要么表现出与其近邻 “ 不必要的临界性 ”—— 在单个可能平庸相中存在一个稳定的临界表面。他们使用阿贝尔玻色子化和密度矩阵重整化群模拟来阐明这些特性，并试图提炼出概况这些项所需的关键成分。   

（董静萍）

Multiversality and Unnecessary Criticality in One Dimension

Abhishodh Prakash et al.

Phys. Rev. Lett. 130, 256401 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.130.256401

As a fundamental concept of all crystals, space groups are partitioned into symmorphic groups and nonsymmorphic groups. Each nonsymmorphic group contains glide reflections or screw rotations with fractional lattice translations, which are absent in symmorphic groups. Although nonsymmorphic groups ubiquitously exist on real-space lattices, on the reciprocal lattices in momentum space, the ordinary theory only allows symmorphic groups. In this work, we develop a novel theory for momentum-space nonsymmorphic space groups ( k -NSGs), utilizing the projective representations of space groups. The theory is quite general: Given any k -NSGs in any dimensions, it can identify the real-space symmorphic space groups ( r -SSGs) and construct the corresponding projective representation of the r -SSG that leads to the k -NSG. To demonstrate the broad applicability of our theory, we show these projective representations and therefore all k -NSGs can be realized by gauge fluxes over real-space lattices. Our work fundamentally extends the framework of crystal symmetry, and therefore can accordingly extend any theory based on crystal symmetry, for instance, the classification crystalline topological phases.

General Theory of Momentum-Space Nonsymmorphic Symmetry

Chen Zhang et al.

Phys. Rev. Lett. 130, 256601 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.130.256601

The interaction between acoustic wave and magnetization in ferromagnetic thin films has attracted great attention due to its interesting physics and potential applications. However, up to now, the magneto- acoustic interaction has mainly been studied on the basis of magnetostriction. In this Letter, we develop a phase field model of magneto-acoustic interaction based on the Einstein–de Haas effect, and predict the acoustic wave during the ultrafast core reversal of magnetic vortex in a ferromagnetic disk. Because of the Einstein–de Haas effect, the ultrafast change of magnetization at the vortex core leads to a large mechanical angular momentum, which induces a body couple at the vortex core and excites a high-frequency acoustic wave. Moreover, the displacement amplitude of the acoustic wave is highly dependent on the gyromagnetic ratio. The smaller the gyromagnetic ratio is, the larger the displacement amplitude is. The present work not only provides a new mechanism for dynamic magnetoelastic coupling but also sheds new insights on the magneto-acoustic interaction.

Acoustic Waves Induced by Einstein-de Haas Effect in the Ultrafast Core Reversal of Magnetic Vortex

Jiajun Sun et al.

Phys. Rev. Lett. 130, 256701 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.130.256701

High-resolution neutron and THz spectroscopies are used to study the magnetic excitation spectrum of Cs ₂ CoBr ₄ , a distorted-triangular-lattice antiferromagnet with nearly XY -type anisotropy. What was previously thought of as a broad excitation continuum [L. Facheris et al ., Phys. Rev. Lett. 129 , 087201 (2022)] is shown to be a series of dispersive bound states reminiscent of “Zeeman ladders” in quasi-one-dimensional Ising systems. At wave vectors where interchain interactions cancel at the mean field level, they can indeed be interpreted as bound finite-width kinks in individual chains. Elsewhere in the Brillouin zone their true two-dimensional structure and propagation are revealed.

Confinement of Fractional Excitations in a Triangular Lattice Antiferromagnet

L. Facheris et al.

Phys. Rev. Lett. 130, 256702 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.130.256702

[ 编辑推荐 ] 基于相对论量子力学形式的自旋电流张量、电环形多极和手性之间的关系表明，与自旋电流张量相关的自旋衍生极化是表征电环形多极的基本物理量。

在固体物理中，通常观察到的相变都是电荷、自旋或电流微观分布的变化。然而，局域电子轨道中固有的一个奇异的序参量不能被这三个基本量所捕获。该序参量被描述为自旋 — 轨道耦合下连接不同总角动量的电环形多极。对应的微观物理量是原子尺度上的自旋电流张量，它诱导圆排列的自旋衍生电极化和狄拉克方程的手性密度。在这篇文章中，通过阐明这个奇异序参数的性质， Hoshino 得到了下列不局限于局域电子系统的一般结果；手性密度对于明确描述电子态是不可缺少的，它是电环形多极的一种，正如电荷密度是电多极的一种一样。此外，他们进一步推导了手性的连续性方程，并讨论了它与手性异常和光学手性的关系。这些发现将狄拉克理论中的微观自旋电流和手性与多极概念联系起来，并为物质的量子态提供了一个新的视角。  

（董静萍）

Spin-Derived Electric Polarization and Chirality Density Inherent in Localized Electron Orbitals

Shintaro Hoshino et al.

Phys. Rev. Lett. 130, 256801 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.130.256801

[ 编辑推荐 ] 低强度拉曼探针揭示了石墨烯中 Dirac 点附近的电子与布里渊区边界光学声子的耦合增强。

Venanzi 等人报道了石墨烯上激发光子能量低至 1.16 eV 的共振拉曼光谱测量，以研究低能载流子如何与晶格振动相互作用。由于 K 点 Dirac 点附近的激发能，他们揭示了双共振 2D 和 2D ^’ 峰之间的强度与在石墨中测量的强度相比有巨大的增加。与完全从头开始的理论计算相比，他们得出这一观测结果可以用电子和布里渊区边界光学声子之间增强的动量依赖耦合来解释。这一发现适用于二维 Dirac 系统，并对室温下石墨烯器件的输运建模具有重要意义。

（董静萍）

Probing Enhanced Electron-Phonon Coupling in Graphene by Infrared Resonance Raman Spectroscopy

Tommaso Venanzi et al.

Phys. Rev. Lett. 130, 256901 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.130.256901

[ 编辑推荐 ] 第一性原理模型计算预测了由异质节点线系统 ( 如 HSnN-MoS ₂ 双层 ) 制成的电场偏置双层中存在大的可调谐光伏效应。

对于许多非线性光学 (NLO) 和光电应用来说，实现巨大的连续可调谐二阶光电流是一个巨大的挑战。在这篇文章中，基于两带模型， Jiang 等人提出了体电光伏效应的概念，即在异质节点线 (HNL) 系统中，一个面外外电场 (E _ext ) 可以连续调谐面内移位电流及其符号翻转。虽然节点环周围强烈的线性光跃迁可能会产生巨大的移位电流，但 E _ext 可以有效地控制节点环的半径，从而连续调制节点环内外保持相反符号的移位矢量分量。这个概念已经在 HNL HSnN/MoS ₂ 系统中使用第一性原理计算得以证实。 HSnN/MoS ₂ 异质双层不仅可以产生比其他已报道的体系大一到两个数量级的移位电流电导率，而且还可以实现巨大的体电光伏效应。他们的发现为在二维材料中创建和操纵 NLO 响应开辟了新的途径。

（董静萍）

Giant Bulk Electrophotovoltaic Effect in Heteronodal-Line Systems

Xiao Jiang et al.

Phys. Rev. Lett. 130, 256902 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.130.256902

Spin-lattice relaxation within the nitrogen-vacancy (NV) center’s electronic ground-state spin triplet limits its coherence times, and thereby impacts its performance in quantum applications. We report measurements of the relaxation rates on the NV center’s |m _s = 0> ↔ |m _s = ±1> and |m _s = -1> ↔ |m _s = +1> transitions as a function of temperature from 9 to 474 K in high-purity samples. We show that the temperature dependencies of the rates are reproduced by an ab initio theory of Raman scattering due to second-order spin-phonon interactions, and we discuss the applicability of the theory to other spin systems. Using a novel analytical model based on these results, we suggest that the high-temperature behavior of NV spin-lattice relaxation is dominated by interactions with two groups of quasilocalized phonons centered at 68.2(17) and 167(12) meV.

Temperature-Dependent Spin-Lattice Relaxation of the Nitrogen-Vacancy Spin Triplet in Diamond

M.C. Cambria et al.

Phys. Rev. Lett. 130, 256903 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.130.256903

不可逆性通常通过熵增来量化。外部观察者可以通过测量一个在时间反演下反对称的可观测量（如电流）来估计熵增。作者引入了一个普适框架，通过测量具有时间反演对称性的事件的时间分辨统计，特别是时间对称的瞬时事件，从而推断出熵增量的下界。作者强调马尔可夫性是某些事件的性质，而不是整个系统的性质，并引入了一种可操作的对这种弱马尔可夫性的判据。在概念上，该方法基于片段，即在两个马尔可夫事件之间轨迹的特定部分，并为此讨论了广义的细致平衡关系。

（谭宇涛）

Time-Resolved Statistics of Snippets as General Framework for Model-Free Entropy Estimators

Jann van der Meer, et al.

Phys. Rev. Lett. 130, 257101 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.130.257101

作者使用克隆 Kac-Rice 方法计算了描述物种丰富的生态系统的 Lotka-Volterra 方程平衡态的典型数量，这些方程具有随机的非互易相互作用。作者通过确定平衡之间的平均丰度和相似性作为其多样性 ( 即共存物种的数量 ) 和相互作用变异性的函数来表征多平衡阶段。作者证明了线性不稳定平衡是占主导地位的，并且平衡的典型数目相对于平均数目是不同的。

（谢梦祥）

Generalized Lotka-Volterra Equations with Random, Nonreciprocal Interactions: The Typical Number of Equilibria

Valentina Ros, et al.

Phys. Rev. Lett. 130, 257401 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.130.257401

当超薄褶皱片材在负载下表现出对数弛豫时， Lahini 等人对超薄褶皱片材发出的噪声进行了统计。作者发现对数松弛是通过一系列离散的、可听的、微力学事件进行的，这些事件是对数泊松分布的（即，当时间戳被对数取代时，该过程变成泊松过程）。该分析对这些系统中玻璃一样的慢松弛和记忆保留的可能机制进行了约束。

Crackling Noise during Slow Relaxations in Crumpled Sheets

Yoav Lahini, et al .

Phys. Rev. Lett. 130, 258201 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.130.258201

Li 等人阐明了不同的二维熔化路径之间的相互作用，并通过对硬多边形和圆盘的二元和三元混合物的熔化转变进行数值模拟，建立了固体 — 六方和六方 — 液体转变标准。作者证明混合物的熔化途径可能与其成分不同，并证明低共熔混合物的结晶密度高于其纯组分。比较许多二元和三元混合物的熔化情况，作者建立了通用的熔化标准：当拓扑缺陷的密度分别克服 ρ _d,h ≃ 0.046 和 ρ _d,h ≃ 0.123 时，固体相和六方相变得不稳定。

Two-Dimensional Melting of Two- and Three-Component Mixtures

Yan-Wei Li, et al .

Phys. Rev. Lett. 130, 258202 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.130.258202

大分子拥挤影响扩散、基因表达、细胞生长和衰老等多种生物物理过程。然而，对于拥挤如何影响反应，特别是多价结合，还没有全面的了解。在本快报中， Skóra 等人使用标度的粒子理论并开发了一种分子模拟方法来研究单价与二价生物分子的结合。作者发现，拥挤可以增加或减少协同性（结合第一个分子后第二个分子的结合增强的程度）几个数量级，具体取决于所涉及的分子复合物的大小。当二价分子膨胀然后在结合两个配体时收缩时，协同性通常会增加。作者的计算还表明，在某些情况下，拥挤可以实现原本不会发生的结合。作为一个免疫学例子，作者考虑了免疫球蛋白 G 与抗原的结合，结果表明，拥挤会大量增强其协同性，但当免疫球蛋白 G 与表面上的抗原结合时，拥挤会降低协同性。

Crowding-Regulated Binding of Divalent Biomolecules

Tomasz Skóra, et al .

Phys. Rev. Lett. 130, 258401 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.130.258401

谱模表示在从量子力学到流体湍流的各个物理学领域中发挥着重要作用，但它们尚未广泛用于表征和描述生命系统的行为动力学。在本快报中， Cohen 等人表明，从实验实时成像数据推断出的基于模式的线性模型可以提供蠕虫、蜈蚣、机器人和蛇的波动运动的准确低维描述。通过将物理对称性和已知的生物约束纳入动力学模型，作者发现形状动力学通常由模空间中的薛定谔方程控制。有效生物物理哈密顿量的本征态及其绝热变化使得能够使用格拉斯曼距离和贝里相位对自然、模拟和机器人有机体中的运动行为进行有效分类和区分。虽然作者的分析侧重于广泛研究的一类生物物理运动现象，但基本方法可推广到允许模表示受几何形状约束的其他物理或生命系统。

Schrödinger Dynamics and Berry Phase of Undulatory Locomotion

Alexander E. Cohen, et al .

Phys. Rev. Lett. 130, 258402 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.130.258402