PRL导读-2023年130卷14期

Motivated by recent experiments, we investigate the Lieb-Liniger gas initially prepared in an out-of-equilibrium state that is Gaussian in terms of the phonons, namely whose density matrix is the exponential of an operator quadratic in terms of phonon creation and annihilation operators. Because the phonons are not exact eigenstates of the Hamiltonian, the gas relaxes to a stationary state at very long times whose phonon population is a priori different from the initial one. Thanks to integrability, that stationary state needs not be a thermal state. Using the Bethe-ansatz mapping between the exact eigenstates of the Lieb-Liniger Hamiltonian and those of a noninteracting Fermi gas and bosonization techniques we completely characterize the stationary state of the gas after relaxation and compute its phonon population distribution. We apply our results to the case where the initial state is an excited coherent state for a single phonon mode, and we compare them to exact results obtained in the hard-core limit.

Relaxation of Phonons in the Lieb-Liniger Gas by Dynamical Refermionization

I. Bouchoule, et al.

Phys. Rev. Lett. 130, 140401 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.130.140401

本征态热化假说 (ETH) 解释了为什么不可积量子多体系统在哈密顿量缺乏对称性的情况下会内部热化。如果哈密顿量中有一个守恒量 (“ 荷 ”) ，那么 ETH 意味着在一个电荷区域内，即在一个微正则子空间中的热化。但是量子系统可以不对易的荷，因此没有本征矢，这意味着微正则子空间可能不存在。此外，哈密顿量会有简并，所以 ETH 不一定意味着热化。作者通过在量子热力学中引入一个非阿贝尔 ETH 和近似微正则子空间，来让 ETH 适用于不对易的荷。利用 SU(2) 对称性，作者利用非阿贝尔 ETH 计算局部算符的时间平均期望值和热力学期望值。结果证明，在很多情况下，时间期望值是热化的。然而，在物理上合理的假设下，时间期望值按全局系统尺寸的函数异常缓慢地收敛到热力学期望值。这项工作将多体物理学的基石 —ETH, 扩展到不对易荷 -- 最近量子热力学中一个非常活跃的主题。

（刀流云）

Non-Abelian Eigenstate Thermalization Hypothesis

C. Murthy, et al.

Phys. Rev. Lett. 130, 140402 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.130.140402

作者展示了空间广延多体量子混沌系统在空间方向上出现非厄米的 Ginibre 随机矩阵行为，就像混沌系统在时间方向上的厄米随机矩阵行为一样。从与具有复值谱的对偶转移矩阵相关联的平移不变模型出发，通过计算能级间距分布和耗散谱形因子，作者证明了谱形因子的线性斜坡要求对偶谱具有非平凡的相关性，这实际上属于 Ginibre 系综的普适类。由于这种联系， Ginibre 系综的精确谱形因子可以用来普遍地描述平移不变多体量子混沌系统在标度极限下的谱形因子，其中  t 和  L 较大，而 L 与 L _Th （多体 Thouless 长度）之比是固定的。通过对 Ginibre 模型进行适当的变形，作者分析论证了该结论同样适用于不具有平移不变性的模型。不同于传统的厄米随机矩阵系综的出现， Ginibre 系综的出现是我们所考虑的量子混沌系统的强相互作用和空间扩展性质的真正结果。

（胡坤）

Many-Body Quantum Chaos and Emergence of Ginibre Ensemble

S. Shivam, et al.

Phys. Rev. Lett. 130, 140403 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.130.140403

绝热定理提供了制备目标基态所需时间的充分条件。尽管通过更一般的量子退火协议可以更快地准备目标态，但超出绝热区域的严格结果很少。在这篇文章中，作者提供了这样一个结果，推导出了成功执行量子退火所需时间的下限。这些下限通过三个已知快速退火方法的玩具模型渐近饱和： Roland 和 Cerf 非结构化搜索模型， Hamming 尖峰问题和铁磁 p- 自旋模型。这些下限证明了这些方法具有最优的扩展性。这些结果还表明，快速退火需要能量本征态的相干叠加，从而将量子相干作为计算资源。

（张凡）

Lower Bounds on Quantum Annealing Times

L. P. García-Pintos, et al.

Phys. Rev. Lett. 130, 140601 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.130.140601

控制连续极限和提取有效引力理论是基于量子离散结构的量子引力方法的共同挑战。近期将张量群场论 (TGFT) 对量子引力的描述应用于唯象学，特别是宇宙学方面的相关研究取得了很大进展。此应用依赖于相变到可由平均场理论描述的非平凡真空（冷凝）状态的假设。由于相关 TGFT 模型的复杂性，该假设很难通过完整的 RG 流动分析来证实。在本文的研究中，作者证明了该假设是合理的，因为它能够现实量子几何 TGFT 模型的特定部分：联系非局部相互作用、物质自由度和洛伦兹群数据，以及微因果关系的编码。这大大加强了在群场和自旋泡沫量子引力中存在有意义的连续体引力机制的证据，其唯象学适用于平均场近似中的显式计算。

Mean-Field Phase Transitions in Tensorial Group Field Theory Quantum Gravity

Luca Marchetti, Daniele Oriti and et al.

Phys. Rev. Lett. 130, 141501 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.130.141501

We formulate a Bayesian framework to analyze ringdown gravitational waves from colliding binary black holes and test the no-hair theorem. The idea hinges on mode cleaning—revealing subdominant oscillation modes by removing dominant ones using newly proposed “rational filters.” By incorporating the filter into Bayesian inference, we construct a likelihood function that depends only on the mass and spin of the remnant black hole (no dependence on mode amplitudes and phases) and implement an efficient pipeline to constrain the remnant mass and spin without Markov chain Monte Carlo. We test ringdown models by cleaning combinations of different modes and evaluating the consistency between the residual data and pure noise. The model evidence and Bayes factor are used to demonstrate the presence of a particular mode and to infer the mode starting time. In addition, we design a hybrid approach to estimate the remnant black hole properties exclusively from a single mode using Markov chain Monte Carlo after mode cleaning. We apply the framework to GW150914 and demonstrate more definitive evidence of the first overtone by cleaning the fundamental mode. This new framework provides a powerful tool for black hole spectroscopy in future gravitational-wave events.

Black Hole Spectroscopy by Mode Cleaning

Sizheng Ma, Ling Sun and et al.

Phys. Rev. Lett. 130, 141401 (2023)

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本文讨论了三维麦克斯韦理论与 k 级陈 - 西蒙斯项耦合的动力学。受到弦论中 S- 对偶性的启发，作者认为该理论具有 S- 对偶描述。 S- 对偶理论包含一个由 Deser 和 Jackiw [Phys. Lett. 139B ， 371 (1984)] 提出的非规范一形式场和一个 k 级 U(1) 陈 - 西蒙斯项， L _MCS = L _DJ L _CS 。本文还讨论了与外部电流和磁流的耦合以及在弦论中的实现。

S-Dual of Maxwell–Chern-Simons Theory

Adi Armoni

Phys. Rev. Lett. 130, 141601 (2023)

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在许多尝试中，人们试图观察希格斯玻色子衰变成光子和一种无质量的隐性暗光子。要在 LHC 上观察到这种衰变，必须存在在标准模型和暗光子之间传递的新介质。在本文中，作者研究了来自希格斯信号强度、倾斜参数、电子电偶极矩和单位性的这类介质的界限。作者发现，希格斯玻色子衰变为光子和暗光子的分支比受到的限制远小于现有对撞机搜索的敏感度，这使得当前的实验努力需要重新考虑。

Is the Decay of the Higgs Boson to a Photon and a Dark Photon Currently Observable at the LHC? 

Hugues Beauchesne and Cheng-Wei Chiang

Phys. Rev. Lett. 130, 141801 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.130.141801

本文作者利用来自 ZEUS 合作组织的高动量分数 x 数据，抽取了质子的部分子密度分布，研究了 QCD 微扰区。数据主要约束上夸克手性分布函数，并新提出了关于其 x 依赖性和上夸克携带动量的结果。作者采用贝叶斯分析方法获得了上述结果，其可以作为未来部分子密度抽取的模型。

Constraints on the Up-Quark Valence Distribution in the Proton

Ritu Aggarwal et al.

Phys. Rev. Lett. 130, 141901 (2023)

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CLAS 合作组利用 CLAS 探测器和连续电子束流加速器装置上 5.014 GeV 的电子束流，测量了氘、碳、铁和铅靶上半单举深度非弹散射过程中 超 Λ 子的产生，这是在流碎裂和靶碎裂区内，对 Λ 超子多重数比和横向动量展宽随能量分数（ z ）变化的首次测量。结果表明，高 z 处的多重数比显著降低，低 z 处的多重数比增强。横向动量展宽的测量结果比在轻介子的相应结果高一个量级，这表明反应产物在传播过程中与核介质发生了强烈的相互作用，可能意味着即使在高 z 情况下，也至少在一段时间内在核介质中出现了双夸克组态的传播。这些结果（尤其是多重数比）的趋势可由 Giessen Boltzmann-Uehling-Uhlenbeck 输运模型定性描述。他们的观测可能会开启研究核子和奇异重子结构的新时代。

First Measurement of Λ Electroproduction off Nuclei in the Current and Target Fragmentation Regions

T. Chetry et al . (CLAS Collaboration)

Phys. Rev. Lett. 130, 142301 (2023)

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利用光腔衰荡光谱探测 N ₂ 中 CO 的 R 分支跃迁，作者表明只要引入压力相关的谱线区域，就可以使用复杂的谱线轮廓对前几个转动量子数 J 相关的线形光谱核心进行精确建模。这种修正会随着 J 值的增加而消失，在 CO-He 混合物中总是可以忽略不计。分子动力学模拟支持这些结果，并将这种效应归因于短时间内碰撞的非马尔可夫行为。这项工作具有重要意义，因为在确定积分线强度、光谱数据库和用于气候预测和遥感的辐射传输代码时必须考虑这些修正。

Effect of Non-Markovian Collisions on Measured Integrated Line Shapes of CO

Zachary D. Reed, et al.

Phys. Rev. Lett. 130, 143001 (2023)

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作者提出了一种通用协议，利用电偶极相互作用按需生成了超冷 ¹ Σ 和 ² Σ 极性分子的核和 / 或电子自旋的鲁棒纠缠态。通过在自旋和转动分子能级的组合集合中编码自旋 1/2 自由度，作者从理论上证明会出现 Ising 和 XXZ 形式的有效自旋 - 自旋相互作用，这是通过对电偶极相互作用的有效磁控制实现的。作者展示了如何利用这些相互作用来创造长寿命的团簇和压缩自旋态。

Robust Nuclear Spin Entanglement via Dipolar Interactions in Polar Molecules

Timur V. Tscherbul, et al.

Phys. Rev. Lett. 130, 143002 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.130.143002

作者从理论上研究了原子 - 离子碰撞中陷阱辅助复合物的形成及其对俘获离子稳定性的影响。 Paul 阱的时间依赖势通过降低原子的能量来促进临时复合物的形成，原子的能量暂时停留在原子 - 离子势中。因此，这些复合物显著影响通过三体重组形成分子离子的三分子反应。作者发现在含有重原子的系统中，复合物的形成更为明显，但质量对瞬态寿命没有影响。相反，复合物的形成速率强烈依赖于离子微动的振幅。作者还表明，即使在与时间无关的谐波阱情况下，复合物的形成仍然存在。在这种情况下，作者发现比 Paul 阱有更高的形成速率和更长的寿命，这表明原子 - 离子混合物中的原子 - 离子复合物在光学阱中发挥了重要作用。

Trap-Assisted Complexes in Cold Atom-Ion Collisions

H. Hirzler, et al.

Phys. Rev. Lett. 130, 143003 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.130.143003

作者通过里德伯激发的微波电离将分离良好的 ⁸⁷ Rb ⁺ 离子引入原子系综，并在曝光时间为 1 μ s 的情况下实现了单个离子的单次成像。这种成像灵敏度是通过使用离子 - 里德伯原子相互作用诱导吸收的零差检测来达到的。通过分析采集的单次成像图中的吸收点，作者获得了 (80±5)% 的离子探测保真度。这些原位图像提供了离子 - 里德伯相互作用阻断的直接可视化，并揭示了里德伯激发之间清晰的空间关联性。单次成像单个离子的能力对于研究混合离子 - 原子系统中的碰撞动力学和探索离子作为测量量子气体的探针很有意义。

Fast Single-Shot Imaging of Individual Ions via Homodyne Detection of Rydberg-Blockade-Induced Absorption

Jinjin Du, et al.

Phys. Rev. Lett. 130, 143004 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.130.143004

寻找超越标准模型的相互作用一直是量子传感领域的兴趣所在。本文中，作者展示了一种理论和实验上的方法，用原子磁强计在厘米尺度上寻找与自旋和速度相关的相互作用。通过探测扩散的光偏振原子，抑制了光抽运带来的不良影响，如光偏移和功率展宽效应，从而实现 1.4fT _rms /Hz ^1/2 的噪声底限并降低了原子磁强计的系统误差。作者的方法对 1σ 置信度下力范围 λ>0.7mm 的电子和核子之间的耦合强度设置了最严格的实验室实验约束。对于 1mm ～ 10mm 之间的力范围，该限制比之前的限制严格 3 个数量级以上，对于 10mm 以上的力范围则严格一个数量级。

Femtotesla Atomic Magnetometer Employing Diffusion Optical Pumping to Search for Exotic Spin-Dependent Interactions

Wei Xiao, et al.

Phys. Rev. Lett. 130, 143201 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.130.143201

用于手性鉴别的光电子能谱通常用于低光电子动能 (PKEs) ，而对于高 PKEs 则被认为是不可能的。作者从理论上证明了利用手性选择性分子取向进行高 PKEs 的手性光电子能谱是可能的。与非偏振光单光子电离相关的光电子角分布可以用单一参数 β 来表征。作者表明当 β 为 2 时，大多数其他各向异性参数为零，这在高 PKEs 中是常见的情况。特别的，即使对于高 PKEs ，奇数阶各向异性参数也会因取向而增加 20 倍。

Improved Chiral Photoelectron Spectroscopy via Selection of Chirality-Selective Molecular Axis Orientations: A Theoretical Analysis of Non-Negative Smooth Functions

Yoshi-Ichi Suzuki

Phys. Rev. Lett. 130, 143202 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.130.143202

作者证明了利用偏振矢量旋转的偏振倾斜（ PS ）激光脉冲，可完全以角度 - 时间分辨方式操纵 H ₂ 的离解电离。以展开场偏振为特征的 PS 激光脉冲的前沿和下降沿依次分别触发拉伸 H ₂ 分子的平行和垂直跃迁。这些跃迁导致了违反直觉的明显偏离激光偏振方向的质子喷射。作者的研究结果表明可以通过微调 PS 激光脉冲的时间相关偏振来控制反应路径。使用直观的波包表面传播模拟方法很好地再现了实验结果。本文强调了 PS 激光脉冲作为解析和操纵复杂激光分子相互作用的强大镊子的潜力。

Manipulating Parallel and Perpendicular Multiphoton Transitions in H ₂ Molecules

Shengzhe Pan, et al.

Phys. Rev. Lett. 130, 143203 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.130.143203

[ 编辑推荐 ] 通过在耦合系统的异常点同时降低等离子体衰减和临界相互作用强度来实现等离子体 - 单激子强耦合的策略在很大程度上放宽了实现超小模体积和发射极偶极矩与模场的方向对准的单激子强耦合的苛刻要求。

在室温下，单激子与局域等离子体模 (LPM) 的强耦合对于开发量子技术是非常理想的。然而，由于苛刻的临界条件，其实现的概率非常低，严重影响了其应用。本文中，作者提出一种通过基于耦合系统的阻尼抑制和匹配来降低异常点的临界相互作用强度，而不是增强耦合强度来克服系统的大阻尼的高效方法来实现这种强耦合。实验上，作者使用漏腔法布里 - 珀罗腔将 LPM 的阻尼线宽从约 45 nm 压缩到约 14 nm ，这与约 10 nm 的激子线宽非常匹配。这种方法将对模体积的苛刻要求大大放宽了一个数量级以上，并让激子偶极子相对于模场的最大方向角达到约 71.9° ，从而将实现与 LPMs 的单激子强耦合的成功率从大约 1% 显著提高到大约 80% 。

Highly Efficient Single-Exciton Strong Coupling with Plasmons by Lowering Critical Interaction Strength at an Exceptional Point

Wei Li, et al.

Phys. Rev. Lett. 130, 143601 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.130.143601

光学模式和单光子态的有效操作、分类和测量是经典科学和量子科学的基础。本文中，作者实现了对在横向空间自由度中编码的非正交、重叠的光状态的同时有效排序。作者使用专门设计的多平面光转换器对 d ＝ 3 到 d ＝ 7 的维度编码的状态进行排序。通过使用辅助输出模式，多平面光转换器同时执行明确区分所需的幺正操作和结果空间分离所需的基变化。作者的研究成果为通过光学网络进行最佳图像识别和分类奠定了基础，在从自动驾驶汽车到量子通信系统等领域有潜在应用。

Simultaneously Sorting Overlapping Quantum States of Light

Suraj Goel, et al.

Phys. Rev. Lett. 130, 143602 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.130.143602

莫尔晶格最近在固体物理和光子学中引起了广泛的兴趣，可探索操纵量子态时的奇异现象。本文中，作者研究了由两个不同长度的谐振调制环形谐振器耦合构成的合成频率维度中的 “ 莫尔 ” 晶格的一维 (1D) 模拟。作者发现了与平带操纵以及频率维度中每个单元内部的定位位置的灵活控制相关的独特特征，这可以通过选择平带来控制。因此，作者的研究为在 1D 合成频率空间中模拟莫尔物理学提供了见解，对光学信息处理的潜在应用具有重要意义。

Moiré Lattice in One-Dimensional Synthetic Frequency Dimension

Danying Yu, et al.

Phys. Rev. Lett. 130, 143801 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.130.143801

表征加速器中粒子束的相空间分布是理解粒子束动力学和提高加速器性能的核心问题。然而，传统的分析方法要么使用简化的假设，要么需要专门的诊断来推断高维 (> 2D) 束特性。 R. Roussel 等人提出了一种通用算法，它将神经网络与可微粒子追踪相结合，在不使用专门的束诊断或束操作的情况下，有效地重建高维相空间分布。研究表明，利用来自单个聚焦四极杆和诊断屏的有限的测量数据，该算法在模拟和实验中均可准确地重建具有相应置信区间的详细 4D 相空间分布。该技术允许同时测量多个相关相空间，这将有利于在未来实现简化的 6D 相空间分布重构。

（陈鹏）

Phase Space Reconstruction from Accelerator Beam Measurements Using Neural Networks and Differentiable Simulations

R. Roussel, et al .

Phys. Rev. Lett. 130, 145001 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.130.145001

超音速流产生的碰撞等离子体激波是许多天体物理和实验室高能量密度等离子体的重要特征。与单离子组分等离子体激波相比，多离子组分等离子体激波前沿具有额外的结构，包括由组分含量、温度、压强和电势的梯度驱动的组分离子分离。 F. Chu 等人给出了由超音速等离子体射流对向合并产生的碰撞等离子体激波中，两种离子的时间分辨密度和温度测量，据此可确定离子扩散系数。研究结果首次为多离子组分基本输运理论提供了实验验证。文中的温度分离是一种高阶效应，对促进 HED 和 ICF 实验建模具有重要价值。

（刘泰齐）

Experimental Measurements of Ion Diffusion Coefficients and Heating in a Multi-Ion-Species Plasma Shock

F. Chu, et al .

Phys. Rev. Lett. 130, 145101 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.130.145101

Lunt 等人提出了一个新的概念来解决磁约束聚变等离子体的功率耗散问题。它依赖于事先在 X 点附近建立的辐射区，该辐射区可在能量到达偏滤器靶板之前把大部分能量消耗掉。尽管 X 点在空间上接近磁约束等离子体区域，但该奇点在磁坐标中远离聚变高温等离子体，因此允许具有高辐射能力的冷致密等离子体共存。在紧凑型辐射偏滤器 (CRD) 中，靶板放置在靠近 X 点的位置。ASDEX Upgrade托卡马克中的高性能实验表明了这一概念的可行性。尽管场线入射角较浅，约 θ _⊥ =0.2° 量级，在 P _heat =15MW 的最大加热功率下，红外摄像机监测的靶板表面上也没有观察到热点。即使 X 点正好位于靶板表面上并且没有密度或杂质反馈控制，放电仍然稳定，约束良好（ H _98,y2 =1 ），没有热点，偏滤器处于脱靶状态。除了技术上的简单性之外， CRD 还可以方便地扩展到聚变堆规模的等离子体，其将增加的约束等离子体体积、获得更大的增殖包层空间、需要更小的极向场线圈电流，以及可能增加垂直稳定性。

（刘泰齐）

Compact Radiative Divertor Experiments at ASDEX Upgrade and Their Consequences for a Reactor

T. Lunt, et al .

Phys. Rev. Lett. 130, 145102 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.130.145102

Turnbull 等人测量了激光在有限长度等离子体中传输过程中的逆轫致吸收，研究使用了高空间分辨的汤姆逊散射诊断测量了该等离子体的参数。然后使用诊断的等离子体条件来计算预期吸收，同时改变吸收模型。为了匹配数据，必须考虑以下因素：（i）朗道效应；（ii）库仑对数中的激光频率（而不是等离子体频率）依赖性，这是轫致辐射理论的典型特征，而不是输运理论；（iii）离子屏蔽引起的修正。迄今为止，惯性约束聚变内爆的辐射流体动力学模拟使用了输运文献中的库仑对数，没有屏蔽修正。预计，更新碰撞吸收模型将很大程度上改变人们对内爆中激光与靶耦合的理解。

（樊浩）

Inverse Bremsstrahlung Absorption

D. Turnbull, et al.

Phys. Rev. Lett. 130, 145103 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.130.145103

本文采用功能重整化群方法，确定了菱形三层石墨烯中观察到的超导相的配对机制和对称性。该体系的超导电性在载流子密度和位移场的弱扭曲环形费米海的情况下出现。作者发现，由于库仑排斥相互作用，可以利用与费米海环有限宽度相关的动量空间的结构在费米面上诱导出电子配对。自旋单态和自旋三重态之间的简并性被谷交换相互作用解除，这种相互作用由重整化群流加强，产生非平庸的动量空间的结构。本文发现类d波和自旋单态导致配对失稳，理论相图与载流子密度和位移场的关系与实验定性一致。

（潘月）

Functional Renormalization Group Study of Superconductivity in Rhombohedral Trilayer Graphene

Wei Qin, et al.

Phys. Rev. Lett. 130, 146001 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.130.146001

本文讨论了时间分辨光学电导率测量中的系统误差，这在高泵浦强度下变得很重要。作者表明，常见光学的非线性可以扭曲光电导性深度剖面，且产生扩展扭曲光电导性光谱。作者证明了这种扭曲存在于 K ₃ C ₆₀ 的现有测量中，并描述了它如何产生光诱导超导电性。类似的误差也可能出现在其他泵浦探针光谱测量中，本文讨论了如何对它们进行校正。

（潘月）

Optical Saturation Produces Spurious Evidence for Photoinduced Superconductivity in K ₃ C ₆₀

J. Steven Dodge, et al.

Phys. Rev. Lett. 130, 146002 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.130.146002

因为具有半填充的 t _2g - 电子构型， 3 d ³ 钙钛矿系统中的 B O ₆ 八面体畸变通常是非常受限的。作者采用高压和高温两种方法合成了一种具有 3 d ³ Mn ⁴⁺ 态的钙钛矿状氧化物 Hg _0.75 Pb _0.25 MnO ₃ （ HPMO ）。与其他 3 d ³ 钙钛矿系统，如 R Cr ³⁺ O ₃ （ R 为稀土元素）相比，这种化合物表现出异常大的八面体畸变，增强了约 2 个数量级。与中心对称的 HgMnO ₃ 和 PbMnO ₃ 本质上不同， A- 位掺杂的 HPMO 具有空间群 A ma 2 的极性晶体结构，以及由 A- 位和 B- 位离子的偏离中心位移引起的大量自发电极化（理论上为 26.5μC/cm ² ）。更有趣的是，在当前的多晶 HPMO 中观察到一个显著的净光电流和具有可持续光电响应的可切换光电效应。因此，本文提供了一个特殊的 d ³ 材料系统，它显示出异常大的八面体扭曲和位移型铁电性，违反了 “ d ⁰ -ness” 的规则。

（陈超）

Octahedral Distortion and Displacement-Type Ferroelectricity with Switchable Photovoltaic Effect in a 3d3-Electron Perovskite System

B. W. Zhou, et al.

Phys. Rev. Lett. 130, 146101 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.130.146101

具有近藤相互作用阻锉的量子杂质模型可以描述具有分数激发的量子临界点。最近的实验现象 [W. Pouse et al., Nat. Phys. (2023)] 说明，在一个包含两个耦合的金属 - 半导体岛的电路上显示出这样一个临界点的输运特征。在本文中，作者使用玻色化技术，描述了该器件的双电荷 - 近藤模型可以在图卢兹极限下映射到一个正弦 - 戈登模型。它的 Bethe-ansatz 解表明， Z ₃ 仲费米子出现在临界点，其特征是小数 1/2 ln (3) 的残余熵和散射分数电荷 e /3 。作者还给出了模型的全数值重整化群计算，并表明预测的电导行为与实验结果一致。

（陈超）

Z ₃ Parafermion in the Double Charge Kondo Model

C. B. Karki, et al.

Phys. Rev. Lett. 130, 146201 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.130.146201

统一控制可以通过转换外部光模式来改变物体的吸收和发射。作为相干全吸收的基础，被广泛使用。然而，有两个基本问题仍未得到解答：对于一个处于统一控制下的给定物体，可以获得什么样的吸收率 α ，发射率 e ，以及它们的对比度 δ=e-α? 如何获得给定的 α,e 和 δ ？本文中，作者同时回答了以上两个问题。作者证明，统一控制可以在非互易物体中实现对基尔霍夫定律的完全违背或保持，以及对任何物体的均匀吸收或发射。

（郭恺怡）

Majorization Theory for Unitary Control of Optical Absorption and Emission

Cheng Guo, et al.

Phys. Rev. Lett. 130, 146202 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.130.146202

[ 编辑推荐 ] 在二碲化钨的光诱导电子发射过程中发现了一种新的自旋行为。

作者证明了一种重要的量子材料 WTe ₂ 在光电发射中表现出一种新型的几何诱导自旋滤波效应，这种效应来源于低对称性，是其奇异输运性质产生的原因。通过激光驱动的自旋偏振角分辨光发射费米表面映射，作者展示了 WTe ₂ 表面态光发射电子的高度不对称的自旋纹理。这种不对称性不存在于初始态自旋纹理中，受到时间反演和晶格镜像平面对称性的约束。这些发现通过模型光电发射形式中的理论建模得到了定性的再现。在自由电子最终态模型中，这种效应可以理解为来自不同原子位置的发射引起的干扰。观察到的效应是光电发射过程中初始状态时间反演对称性破坏的表现，因此，特殊的实验几何结构不能消除这样的效应，只能影响其大小。

（郭恺怡）

Geometry-Induced Spin Filtering in Photoemission Maps from WTe ₂ Surface States

Tristan Heider, et al.

Phys. Rev. Lett. 130, 146401 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.130.146401

作者利用密度泛函理论和蒙特卡洛法组合的方式，计算了磁电效应材料 Cr ₂ O ₃ 在有限温条件下的表面磁化。这种缺乏翻转和时间反演对称性的反铁磁体，在对称性的要求下，需要在特定的表面拥有无补偿的磁化。本文中，作者首次展示了，在理想的（ 001 ）平面，当整体在 N´eel 温度时，最顶层的磁矩依旧是顺磁。另外，作者还展示了和实验一致的表面磁化密度理论计算的结果。当表面减弱了有效的海森堡耦合强度时，相比体内部，表面有序温度比较低是一个表面磁化的一般特征。作者又发现， Cr ₂ O ₃ 中的表面磁化可以在高温时稳定存在。特别的，作者展示了表面磁性离子有效的耦合可以剧烈的上升，无论是通过选择不同的表面 Miller 平面还是 Fe 掺杂。作者的发现提供了一个对反铁磁体表面磁化性质更深刻的理解。

（马润宇）

Characterizing and Overcoming Surface Paramagnetism in Magnetoelectric Antiferromagnets

Sophie F. Weber, et al.

Phys. Rev. Lett. 130, 146701 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.130.146701

[ 编辑推荐 ] 磁性自旋激发可以和声子结合，产生一种发射激光样微波的奇异粒子。

通过开发一种增益嵌入式的腔体磁振子平台，作者创造了一种增益驱动，被放大的电磁场激活的极化激元。增益驱动的光-物质相互作用产生的不同效应，诸如极化激元自动谐振，极化激元相奇点，极化激元亮模的自选择和增益驱动的磁声同步被理论研究和实验展示。利用持续增益的声子与增益驱动的极化激元相干，作者展示了基于极化激元的相干微波放大（ ~40 dB ）并得到了高质量的相干微波发射（ Q > 10 ⁹ ）。

（马润宇）

Coherent Microwave Emission of Gain-Driven Polaritons

Bimu Yao, et al.

Phys. Rev. Lett. 130, 146702 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.130.146702

[ 编辑推荐 ] 同一晶体材料的两个原子厚度层可以以产生铁电性的方式堆叠在一起。

二维 (2D) 铁电材料在自然界中较为罕见，但在高密度、低能耗非易失存储器等方面具有潜在应用价值。本文提出了一种双层堆叠铁电性 (BSF) 的理论，研究了双层材料在不同旋转和平移的情况下所表现出的铁电性。通过系统的群论分析，作者遍历了所有 80 个层群 (LGs) 中可能存在的 BSF ，并总结了双层体系的对称操作的产生和湮灭规律。利用这些规律，只需要知道单层材料的对称性（层群）就容易判断相应的双层材料在任意平移和特殊旋转情况下的铁电性。作者的通用性理论不仅可以解释以前的所有发现 ( 包括滑移铁电性 ) ，还提供了更加全面的视角。该研究发现，双层的电极化方向可能与单层完全不同；而且通过恰当堆叠两个中心对称的非极性单层，双层可能变成铁电材料。通过第一性原理模拟，作者将铁电性引入到中心对称的典型二维铁磁材料 CrI ₃ 中，从而实现多铁性。此外，作者发现在双层 CrI ₃ 中，垂直于平面的电极化与平面内的电极化相互锁定，提出可以通过施加面内的电场操纵垂直于平面的电极化。本文提出的 BSF 理论为设计大量双层铁电、多铁材料奠定了坚实的基础，从而为基础研究和应用提供了强大的理论工具。

（田玲钰）

General Theory for Bilayer Stacking Ferroelectricity

Junyi Ji, et al.

Phys. Rev. Lett. 130, 146801 (2023)

https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.130.146801

In/Si(111) 表面的一维 CDW 在光致相变过程中表现出 CDW 振荡的直接阻尼，与常规电荷密度波（ CDW ）材料形成鲜明对比。在这篇文章中，作者通过实时含时密度泛函理论（ rt-TDDFT ）模拟，成功地再现了在 In/Si(111) 表面光致 CDW 跃迁的实验观测。作者表明，光激发促使价电子从 Si 衬底转移到主要由长 In-In 键的共价 p-p 键态组成的空表面带。光激发通过产生原子间作用力的方式缩短长 In-In 键，从而驱动结构转变。在结构转变之后，这些表面带在不同的 In-In 键之间进行切换，导致原子间作用力旋转约 π/6 ，从而快速阻尼特征 CDW 模式的振荡。这些发现对光致相变提供了更深入的理解。

（田玲钰）

Origin of Immediate Damping of Coherent Oscillations in Photoinduced Charge-Density-Wave Transition

Wen-Hao Liu, et al.

Phys. Rev. Lett. 130, 146901 (2023)

https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.130.146901

转角双层石墨烯 (TBG) 表现出了极低的电子费米速度，声速超过费米速度。该机制提供了一种 TBG 的应用方法，即遵循与自由电子激光器相同的操作原理，通过受激辐射放大晶格振动波。文章提出了一种依靠慢电子带产生相干声子束的激光机制。作者提出了一种基于 TBG 中波动电子的器件，并称之为相位器。该器件在太赫兹 (THz) 频率范围内产生声子束，进而可用于产生太赫兹电磁辐射。在控制量子存储器、探测量子态、实现物质的非平衡相以及设计新型 THz 光学器件方面，在固体中产生相干声子的能力开辟了新领域。

（孟敬尧）

Generating Coherent Phonon Waves in Narrow-Band Materials: A Twisted Bilayer Graphene Phaser

Iliya Esin, et al.

Phys. Rev. Lett. 130, 147001 (2023)

https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.130.147001

Achlioptas 过程中的爆炸渗流表现出丰富新颖的临界现象，引起了学界的广泛关注。李明等人发现，在基于事件的系综中，爆炸渗流的临界行为仍然遵循标准的有限尺寸标度理论，只是伪临界点存在较大的涨落。在涨落窗口中出现了多个分形结构，其值可以从交叉标度理论推导得出。此外，它们的混合效应很好地解释了先前观测到的异常现象。利用事件系综的清晰标度，作者以较高精度确定了基于键插入规则的爆炸渗流临界点和相变指数。上述发现适用于任意空间维度。

Explosive Percolation Obeys Standard Finite-Size Scaling in an Event-Based Ensemble

Ming Li et al.

Phys. Rev. Lett. 130, 147101 (2023)

https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.130.147101

刚体的位移和形变构成了固体的总位移场，利用前者需要组织良好的运动学元素，而控制后者则可以构造变形材料。然而，对于能够同时控制刚体位移和形变的固体仍知之甚少。 Chen 等人利用规范变换展示了如何随意利用弹性极性 Willis 固体中的总位移场，以及如何以晶格超材料的形式来实现这些固体。所提出的转换方法利用了线性变换弹性中的位移计，产生了极性和 Willis 耦合，使得所得固体不仅破坏了刚度张量的次要对称性，而且显示出应力和位移之间的交叉耦合。作者通过定制几何形状、接地弹簧和耦合齿轮的组合来实现这些固体，并在数值上展现了一系列独特的位移控制功能，为接地极性 Willis 超材料的逆向设计提供了一个分析框架。

Controlling Displacement Fields in Polar Willis Solids via Gauge Transformations

Yangyang Chen et al.

Phys. Rev. Lett. 130, 147201 (2023)

https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.130.147201

近年来，张量网络技术在计算经典随机系统中动态轨迹的统计特性方面的应用取得突破性进展。本文中 Causer 等人利用投影纠缠对态（ PEPS ）在多达 40×40 个位点的晶格中计算了二维 East 模型和具有开放边界的二维对称简单排斥过程（ SSEP ）的动力学活动大偏差统计。研究表明，在较长时间内，这两个模型都存在活跃和非活跃动力学阶段之间的相变，且这种轨迹相变对于二维 East 模型是一阶的，而对于 SSEP 则是二阶的。作者随后展示了如何使用 PEPS 实现能够直接访问稀有轨迹的轨迹采样方案，并讨论了如何将这些方法推广到研究有限时间内的罕见事件。

Optimal Sampling of Dynamical Large Deviations in Two Dimensions via Tensor Networks

Luke Causer et al.

Phys. Rev. Lett. 130, 147401 (2023)

https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.130.147401

Jung 等人通过三角网络模型的计算机模拟研究了分支管状膜结构的能量学和稳定性。他们发现，如果分支之间的角度为120°，则可以通过施加机械力来创建并稳定三重（ Y ）结。对于具有四面体角的四面体结也是如此。如果强行采用错误的角度，分支会合并为线性结构，即纯管道。在释放机械力之后，如果将封闭体积和平均曲率（面积差）限制在固定值，则 Y 分支结构保持亚稳；然而，四面体结将分裂成两个Y结。稍显违反直觉的是，在具有固定表面积和管径的结构中，添加Y分支的能量成本是负的，即使考虑到额外分支端的正贡献也是如此。不过，对于固定的平均曲率，添加分支也会迫使管道减薄，因此总的曲率能量成本是正的。最后他们也讨论了对细胞中分支网络结构稳定性的可能影响。

（吴雨轩）

Stability of Branched Tubular Membrane Structures

Maike Jung, et al.

Phys. Rev. Lett. 130, 148401 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.130.148401

在相互吸引活性布朗粒子的简单模型中， L.Caprini 等人预测了集群行为，并挑战了其他角度，即对齐相互作用是观察这种集体现象的必要条件。在这里，他们展示了即使非对齐的吸引相互作用也可以导致集群态。监测速度极化作为序参量，作者揭示了从无序相（其特征是几个小团簇）到集群相（其中出现了单个集群）的一级相变的开始。通过研究粒子速度的空间连通相关函数，他们证实了这种情况在集群状态下呈现出无标度行为，在非集群结构中呈指数状衰减。他们的预测可以在微观和宏观实验中显示出集群行为，例如动物、迁移细胞和活性胶体。

(张清源)

Flocking without Alignment Interactions in Attractive Active Brownian Particle

L.Caprini and H.Löwen

Phys. Rev. Lett. 130, 148202 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.130.148202

【 编辑推荐 】 一组压缩弹性梁的行为是由几何决定的，而不是由复杂的力。

在受限条件下，一组薄结构会发生扣合、弯曲并相互碰撞。这样的接触可以导致模式的形成：头发会自组织成卷曲的形状；DNA链会分层进入细胞核；纸张在皱起时会折叠在一起，形成一堆交错的纸张。这种模式的形成改变了结构能够紧密堆积的程度，以及系统的机械性能。目前尚不清楚这些模式如何或何时形成，以及堆积这些结构所需的力。在这里，A. Guerra 等人研究了一个典型的细长结构堆积，即平行受限弹性梁的系统中秩序的涌现。通过使用台面实验、模拟和统计力学的标准理论，他们预测了将保证全局系统秩序的梁应所限制的量（即伸长或压缩），该量仅取决于系统的初始几何形状。此外，他们发现这种变形材料的压缩刚度和储存弯曲能量与在任何给定点处几何挫折的梁数成正比。他们期望这些结果能阐明导致形成这类系统中图案的机制，并提供出一种具有可调节抗压缩力的新型机械变形材料。

(张清源)

Self-Ordering of Buckling, Bending, and Bumping Beams

Arman Guerra, et al.

Phys. Rev. Lett. 130, 148201 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.130.148201

最近在聚合物凝胶中观察到了负内部能弹性（即负能弹性模量）的存在。这一发现挑战了橡胶状材料的弹性模量主要由熵弹性决定的传统观念。然而，负能弹性的微观起源尚未被弄清。本文以立方晶格上的 n 步相互作用自避免行走为单个聚合物链（聚合物凝胶中网络的子链）的模型。 Nobu C. Shirai 等人在 n=20 时进行了精确枚举，并在特殊情况下提供了任意 n 的解析表达式，从而理论上证明了负能弹性的出现。此外，他们证明了该模型的负能弹性源于聚合物-溶剂相互作用，该相互作用在局部使链变硬，反过来又使整个链的硬度变软。这个模型定性地再现了聚合物凝胶实验中观察到的负能弹性的温度依赖性，表明单个链的分析可以解释聚合物凝胶中负能弹性的特性。

（张一鸣）

Solvent-Induced Negative Energetic Elasticity in a Lattice Polymer Chain

Nobu C. Shirai, et al.

Phys. Rev. Lett. 130, 148101 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.130.148101