PRL导读-2023年131卷14期

作者考虑了一个网络中一些节点可能串通并失信的设备无关量子态认证任务。作者引入了失信各方的自我测试范式，并在此框架中为 Greenberger-Horne-Zeilinger 态提供了认证协议，以及关于共享态保真度的鲁棒声明。作者将他们的结果扩展到集群场景，其中许多各方的子群可能相互串通。作者的发现为最初由 Svetlichny 引入的真正多方非定域性的强定义提供了一个新的操作动机。

（张皓玥）

Self-Testing with Dishonest Parties and Device-Independent Entanglement Certification in Quantum Communication Networks

G. Murta and F. Baccari

Phys. Rev. Lett. 131, 140201 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.131.140201

Page 和 Wooters 在量子力学的背景下，忽略了系统和环境之间的相互作用，提出了时间作为一个系统从环境中衍生而来的本质 [Phys. Rev. D 27, 2885 (1983)] 。在这里，作者通过从由系统、环境及其相互作用组成的全局哈密顿量的能量本征态推导出系统的时间相关 Schrödinger 方程，为时间的相关概念增加了强有力的支持。作者的结果与时间产生的概念是一致的，在这种情况下，以对环境的半经典处理为代价考虑了相互作用。将系统和环境之间的耦合不加近似地包括在内，为相关时间方法增加了缺失的一环，使其能够研究相互作用系统和纠缠量子态的动力学现象。

（张皓玥）

Emergence of Time from Quantum Interaction with the Environment

S. Gemsheim and J. M. Rost

Phys. Rev. Lett. 131, 140202 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.131.140202

由于其概率性质，量子力学中的测量过程产生可能结果的分布。这个分布—或者它的傅立叶变换被称为全计数统计 — 包含的信息比测量的可观测量的平均值要多得多，使用它有时是获得系统相关信息的唯一途径。事实上，全计数统计是一种更一般的可观测量 — 带电矩 — 的极限，它表征了在全局对称性存在的情况下，量子纠缠如何在不同的对称扇区中分裂。在这里，作者考虑了全计数统计和 U(1) 电荷在全局量子猝灭后截断到有限区域的带电矩的演化。对于大尺度，这些量采取简单的大偏差形式，表现出两种不同的时间函数 : 对于比区域尺寸大得多的时间，它们接近由局部平衡态设定的稳定值，对于比区域尺寸小的时间，它们表现出对时间的非平凡依赖。作者证明，当初态也是 U(1) 对称时，非平衡状态下的全计数统计和带电矩在时间上的领头阶可以通过时空对偶性来确定。也就是说，它与时间和空间角色互换的系统中的稳定值一致。作者利用这一观察发现了全计数统计和非平衡带电矩的一些一般性质，并在相互作用的可积模型中推导了这些量的精确表达式。作者用 54 号规则量子元胞自动机的精确结果和 XXZ 自旋 1/2 链的精确数值来测试这个表达式。

（张皓玥）

Nonequilibrium Full Counting Statistics and Symmetry-Resolved Entanglement from Space-Time Duality

B. Bertini, P. Calabrese, et al.

Phys. Rev. Lett. 131, 140401 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.131.140401

量子神经网络已成为理解物理世界的重要工具，但其优点和局限性尚未得到充分理解。一些具有特定编码方法的量子神经网络可以由经典代理有效地模拟，而另一些具有量子记忆的量子神经网络可能比经典分类器表现更好。在这里，作者系统地研究了量子神经分类器在多类分类任务中的问题相关能力。通过对预期风险的分析，作者发现了两个关键发现：首先，训练损失主导了功率，而不是泛化能力；其次，量子神经分类器经历 U 形风险曲线，与深度神经分类器的双下降风险曲线形成对比。作者还揭示了最优量子神经分类器与 Helstrom 边界和等角紧框架之间的内在联系。利用这些发现，作者提出了一种利用量子神经分类器的损失动力学来估计产生最小风险的最优超参数设置的方法。数值结果表明，作者的方法有效地解释了量子神经分类器在奇偶数据集上优于多层感知器的优越性，以及它们在图像数据集上相对于卷积神经网络的局限性。作者的工作揭示了量子神经网络与问题相关的能力，并为评估其潜在优点提供了一个实用的工具。

（刘承葛）

Problem-Dependent Power of Quantum Neural Networks on Multiclass Classification

Yuxuan Du, Yibo Yang, et al.

Phys. Rev. Lett. 131, 140601 (2023)

https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.131.140601

互补性是量子力学的一个基本特征。一个可观测的本征态的制备意味着其互补可观测的完全随机性。在量子密码学中，互补性使作者能够根据相位误差校正来制定安全分析。然而，在没有设备特征的情况下提供安全性的设备独立机制中，这一概念变得更加微妙。与设备无关的量子密码任务的安全证明通常很复杂，与更标准的与设备相关的同类任务的安全性证明截然不同。现有的证明对实验提出了巨大的挑战，其中大数据量的要求是关键。在这里，作者展示了与设备无关任务的互补性安全起源。通过将互补性与量子非局域性联系起来，作者将与设备无关的方案重新定义为量子纠错协议。超越相同和独立分布的情况，作者认为是最普遍的攻击。作者将经典香农理论中的样本熵推广到有限尺寸分析中。作者的方法表现出良好的有限尺寸性能，并将器件无关方案带到了一个更实用的方案中。将其应用于最近一项基于离子阱的设备无关量子密钥分发实验中的数据，可以将对数据大小的要求降低到三分之一以下。此外，互补性的操作意义自然地扩展了与设备无关的场景，以利于关键蒸馏，通过容忍更高的损耗和更低的透射率来简化实验。

（刘承葛）

Quantum Complementarity Approach to Device-Independent Security

Xingjian Zhang, Pei Zeng, et al.

Phys. Rev. Lett. 131, 140801 (2023)

https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.131.140801

作者给出了最流行的基于 BB84 态的量子位置验证协议的容错率和错误率之间关系的严格表征。将其与经典信息相结合，作者使用半定编程首次展示了一种容错协议，该协议对预先共享线性纠缠量（在经典信息中）、任意慢速量子信息的攻击者是安全的，并且可以容忍一定量的光子损失。作者还将这一分析扩展到两个以上基矢的情况，显示出对该情况更强的损失容忍度。最后，作者证明了该项技术可以应用于改进单边设备无关量子密钥分发协议的分析。

（刘承葛）

Single-Qubit Loss-Tolerant Quantum Position Verification Protocol Secure against Entangled Attackers

L. Escolà-Farràs and F. Speelman

Phys. Rev. Lett. 131, 140802 (2023)

https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.131.140802

使用全息对偶，作者提出了一个解析可控的理论，用于描述有限无序和有限电荷密度下无准粒子的量子临界点。这些不动点是通过用相关无序扰动无无序量子临界点来获得的，其算符维度在哈里斯边缘附近。作者从场论的角度和通过求解全息理论中的体方程来分析这些不动点。作者计算了红外理论的临界指数，以及热电传输系数。无论是在全息模型还是非全息模型中，作者对无序不动点的临界指数的预测与先前的研究结果一致。

Disordered Quantum Critical Fixed Points from Holography

Xiaoyang Huang, Subir Sachdev, and Andrew Lucas

Phys. Rev. Lett. 131, 141601 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.131.141601

[ 编辑推荐 ] 对亚稳态核同位素 ^178m Hf 的碰撞失激解析搜索对非弹性暗物质的参数空间提出了新的限制。

作者 描述了从一种 ^178m Hf 样品中测量辐射以搜索暗物质。由于样品的高活性， Los Alamos 国家实验室核化学部门使用 Ge 探测器在距离 1.2 米的位置测量了该样品的 γ 射线通量。 作者 搜索的 γ 射线不可能来自 ^178m Hf 的放射性衰变，但可能来自与暗物质发生非弹性散射导致的核态的产生。通过对这个 γ 射线通量获得的限制， 作者 把它们转化为对非弹性暗物质参数空间的约束。最后， 作者 描述了使用 ^178m Hf 进行未来研究的潜在范围。

Dark Matter Constraints from Isomeric ^{178 m} Hf 

D.   S.   M. Alves et al.

Phys. Rev. Lett. 131, 141801 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.131.141801

Using  

 of  

  collision data taken with the BESIII detector at the BEPCII collider, we report the first experimental study of the purely leptonic decay  

 . Our data contain a signal of this decay with a statistical significance of  

 . The branching fraction of  

 .is measured to be  

 , corresponding to an upper limit of  

 at the 90% confidence level. Taking the total width of the  

 predicted with the radiative  

  decay from the lattice QCD calculation as input, the decay constant of the  

 is determined to be  

 , corresponding to an upper limit of 354 MeV at the 90% confidence level.

First Experimental Study of the Purely Leptonic Decay  

 .

M. Ablikim et al. (BESIII Collaboration)

Phys. Rev. Lett. 131, 141802 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.131.141802

[Editors’ Suggestion] The GERDA collaboration has made the most precise determination of the two-neutrino double-β decay half-life of ⁷⁶ Ge.

GERDA 合作组在 GERDA 第二阶段实验中测量了 ⁷⁶ Ge 两中微子双贝塔衰变速率。根据 GERDA 数据的一个子集（曝光量为 11.8 kg yr ），他们确定该过程的半衰期为 T ^{2 v} _1/2 = (2.022±0.018 _stat ±0.038 _syst )×10 ²¹ yr 。此次实验是迄今为止 ⁷⁶ Ge 两中微子双贝塔衰变半衰期最精确的测量，同时也是所有双贝塔衰变过程最精确的测量之一。他们提取了与该过程相关的核矩阵元，其值为 M ^{2 v} _eff =(0.101 ± 0.001) 。

（肖杨）

Final Results of GERDA on the Two-Neutrino Double-β Decay Half-Life of ⁷⁶ Ge

M. Agostini et al. (GERDA Collaboration)

Phys. Rev. Lett. 131, 142501 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.131.142501

对包含氢原子的结构动力学，由于它们的散射截面很低，直接用超快衍射方法成像很复杂。在这里，作者演示兆电子伏特超快电子衍射有足够的灵敏度，可以跟踪孤立分子中的氢动力学。在对气相氨的光解作用研究中，作者同时观察到含时衍射中解离动力学引发的核特征和相应的电子结构变化。通过光化学动力学的从头算和由此产生的衍射观测量证实了这两种指认。虽然实验的瞬时分辨率不足以实时解决解离问题，但作者的结果是在实空间和时间域中观察质子动力学的重要一步。

Femtosecond Electronic and Hydrogen Structural Dynamics in Ammonia Imaged with Ultrafast Electron Diffraction

Elio G, et al.

Phys. Rev. Lett. 131, 143001 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.131.143001

作者观察到热 (35–60°C) 原子 (Rb) 系综被驱动到高度激发的里德堡态 ( 主要量子数 n 在 43 到 79 之间 ) 的同步现象。由于原子运动，不会预期系统中存在同步；然而，作者从理论上证明对全局里德堡密度平均场施加足够强的相互作用会导致频率和相位同步。采用双光子激发方案，通过探针激光的透射检测到蒸汽体相物理量出现的振荡。

Emergence of Synchronization in a Driven-Dissipative Hot Rydberg Vapor

Karen Wadenpfuhl and C. Stuart Adams

Phys. Rev. Lett. 131, 143002 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.131.143002

作者把 500eV 的正电子和电子照射到 LiF(110) 晶体表面，研究了正离子的解吸附以检测正电子和离子晶体之间的相互作用。只有单原子离子，如 H ⁺ , Li ⁺ ，和 F ⁺ 在电子辐射下被检测到。然而，正电子辐射导致离子分子的显著解吸， 特别是 FH ⁺ 和 F ⁺ 。相比原子离子，分子离子的产生对温度更敏感。基于这些发现，作者提出一个解吸模型：正电子复合物最初在表面产生，在正电子湮灭后通过俄歇衰变以分子离子的形式解吸。

Molecular Ion Desorption from LiF(110) Surfaces by Positron Annihilation

T. Tachibana, et al.

Phys. Rev. Lett. 131, 143201 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.131.143201

基于一系列布拉格跃迁，作者通过大动量转移原子光学实现了光脉冲原子干涉仪。作者在超冷原子干涉仪中展示了达到 200 个光子反冲的动量分裂。作者提出了相消干涉丢失的新机制，这会导致分束器的效率显著提高。由于准布拉格脉冲的固有多端口特性，作者对寄生干涉仪进行了全面研究。最后，作者用实验验证了相移增强，并表征了干涉仪的可见度损失。

Atom Interferometry with Coherent Enhancement of Bragg Pulse Sequences

A. Béguin, et al.

Phys. Rev. Lett. 131, 143401 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.131.143401

作者显示热浴中电子振动分子发射的声子和光子的二阶双时关联函数分别会造成聚束和反聚束 ( 纯量子效应 ) 。声子与环境交换的有关指纹通过光子 - 光子关联得以揭示。作者证明互相关函数对检测顺序有很强的依赖性，从而揭示了声子动力学如何影响光的发射。这项工作为研究凝聚相分子系统中的量子效应提供了新的条件。

Phonon Signatures in Photon Correlations

Ben S. Humphries, et al.

Phys. Rev. Lett. 131, 143601 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.131.143601

最近获得的关于磁体的平衡压缩和纠缠的深刻见解为量子科学和技术指出了令人兴奋的机会，但是仍需具体的开发协议。在这里，作者从理论上证明了量子位和非本征模式的磁振子之间的直接色散耦合能够检测磁振子数态的量子叠加，该量子叠加态通过量子位激发光谱形成实际特征模态（压缩磁振子）的基态。此外，通过量子位的态及其激发，作者发现这种独特的耦合能够控制平衡磁振子压缩，并确定性地产生压缩恒定的福克态。作者的工作证明了在自旋系统中可以实现的到非本征模式的直接色散耦合，可作为开发平衡压缩和相关量子性质的一般途径，进而促进在其他平台上探索类似的实现。

Resolving Nonclassical Magnon Composition of a Magnetic Ground State via a Qubit

Anna-Luisa E. Römling, et al.

Phys. Rev. Lett. 131, 143602 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.131.143602

目前为止，激光干涉力传感最有效的方法是使用单色载波光，其信号边带频谱处于压缩真空态。量子退相干，即由于光学损耗导致的与普通真空态的混合，是主要的灵敏度极限。在这篇论文中，作者提供了理论和实验证据，证明对高精度激光干涉力传感器，随光腔和压缩光注入增强的量子退相干可通过在传感器腔内进行量子压缩操作得以减轻。作者的实验表明，在较宽的范围内，增强的测量灵敏度与光学读数损耗无关。作者的研究结果为先前由于高退相干而无法使用压缩光情形的量子改进铺平了道路，在推进量子传感器领域和实现高精度测量技术的新实验方法方面富有前景。

Mitigating Quantum Decoherence in Force Sensors by Internal Squeezing

M. Korobko, et al.

Phys. Rev. Lett. 131, 143603 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.131.143603

作者用理论研究了由开放塔维斯 - 卡明斯模型描述的单模光腔中的原子系综构成的受驱耗散量子多体系统。在混合的光 - 物质系统中，相干和耗散过程交互影响，导致了强相关的超辐射脉冲，甚至对于包含数百到数千个粒子的系统也是如此。平均场动力学的核心特征是两个自旋自由度由于潜在的时间反演对称性而发生自我反转，但 这被量子涨落破坏。 作者展示了一个拟制协议，可以在长时间尺度上维持强非高斯状。这种普遍机制为复杂涨落模式的产生和控制提供了有趣的可能性，正如为改进耗散自旋放大的量子传感方法所建议的那样。

Quantum Fluctuation Dynamics of Dispersive Superradiant Pulses in a Hybrid Light-Matter System

Kevin C. Stitely, et al.

Phys. Rev. Lett. 131, 143604 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.131.143604

近场热辐射远远超过黑体辐射，这归因于表面等离子体激元的光谱锐利辐射。作者将 Cs （ 7 P _1/2 ）与蓝宝石界面之间的卡西米尔 - 波尔德相互作用转化为传感器，可以在 24.687 THz 处对近场蓝宝石辐射进行锐利滤波，其频率约为 24.5 THz 。作者展示了蓝宝石模式的温度演变。 Cs 传感器对色散和耗散都很敏感，显示离子体激元与考虑双折射和多重共振影响的远场蓝宝石辐射的预测相比 ，直到 1100K 仍存在红移并变得更加锐利。

Spectrally Sharp Near-Field Thermal Emission: Revealing Some Disagreements between a Casimir-Polder Sensor and Predictions from Far-Field Emittance

J.   C. de Aquino Carvalho, et al.

Phys. Rev. Lett. 131, 143801 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.131.143801

产生高效反向二次谐波的准相位匹配需要亚微米极化周期，这是一个不容易实现的制造壮举。作者首次报告了通过种子全光极化集成一阶准相位匹配产生的反向二次谐波。自组织光栅刻写避开了所有制造挑战。作者比较了反向和正向过程，并解释了光栅周期如何影响转换效率。这些结果展示了相干光电效应的独特性质，以及它如何为集成光子学带来新的非线性功能。

Integrated Backward Second-Harmonic Generation through Optically Induced Quasi-Phase-Matching

Ozan Yakar, et al.

Phys. Rev. Lett. 131, 143802 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.131.143802

使用非保守力而非保守强度梯度力的光阱扩展了阱参数空间。目前具有非保守螺旋度相关力的阱局限于手性粒子和具有螺旋度梯度的场。作者通过在渐逝场中提出非手性粒子的螺旋度和偏振梯度光阱来放宽这些约束。作者进一步提出一个光学开关系统，可捕获微球并利用偏振梯度在微纤维周围光学操纵它。作者的论文加深了对偏振梯度场中光与物质相互作用的理解，扩大了兼容粒子和稳定势阱的范围。

Helicity and Polarization Gradient Optical Trapping in Evanescent Fields

Jinsheng Lu, et al.

Phys. Rev. Lett. 131, 143803 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.131.143803

[Editors’ Suggestion] A new free-electron laser (FEL) scheme that uses chirped microbunching to compress pulse length has been demonstrated, opening the path to the realization of single-cycle FELs.

在种子自由电子激光器（ FEL ）中， FEL 脉冲的时间包络通常由种子脉冲的时间包络决定，因此，可用较短的种子脉冲获得较短的 FEL 脉冲。然而，这种相关性在极端情况下是不适用的。当种子脉冲很短（几个周期长度）时， FEL 脉冲被波荡器滑移效应拉伸。在之前的论文中， Takashi Tanaka 等人提出了一种基于“啁啾微束”，即具有可变调制周期的电子密度调制方案，来抑制滑移效应并最终将 FELs 的脉冲长度降低到单周期。为了实现基于该方案的 FELs ，研究人员在 NewSUBARU 同步辐射设备中进行实验，使用脉冲长度小于 5 个周期的超短种子脉冲，验证了其基本机制。实验结果中的光谱信息和互相关测量与理论预测一致，成功演示了所提出的方案。

（陈鹏）

Experimental Demonstration to Control the Pulse Length of Coherent Undulator Radiation by Chirped Microbunching

Takashi Tanaka, et al .

Phys. Rev. Lett. 131, 145001 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.131.145001

[ Editors’ Suggestion] Researchers demonstrate a method to reduce the energy spread of electrons used in electron microscopes, opening the door to time- and energy-resolved studies of quasiparticles such as phonons and plasmons. ‍

形成单能电子束的能力对于高分辨率电子能谱和成像至关重要。这种能力通常使用电子单色仪来实现，该电子单色仪对分散的电子束进行能量过滤，从而减少电子通量以产生低至兆伏的能量分辨率。通量的减少阻碍了单色仪在许多应用中的使用，例如超快透射电子显微镜 (UTEM) 。 Michael Yannai 等人开发并演示了一种不会减少通量的电子能量单色化机制——无损单色仪。该机制基于自由电子脉冲与单周期太赫兹近场的相互作用，单周期太赫兹近场由 UTEM 内电子束路径附近的光学激光脉冲的非线性转换产生。相关实验将电子能量扩散降低了 2.9 倍，且不影响束通量。此外，由于电子 - 太赫兹相互作用发生在自由空间中数十微米的扩展区域内，因此，该技术的可靠性非常强，可在大于电子束直径的广阔区域内实现均匀的单色化。通过在 60 至 200 keV 的多个初级电子能量下对电子束进行单色化，研究了各种电子和太赫兹参数对其性能的影响，进一步证明了该方法的广泛可调性。研究结果可直接应用于快速发展的超快电子显微镜领域，从而可以对激子物理、声子振动共振、电荷传输效应以及中红外到远红外的光学激发进行时间和能量分辨研究。

（刘泰齐）

Lossless Monochromator in an Ultrafast Electron Microscope Using Near-Field THz Radiation

Michael Yannai, et al .

Phys. Rev. Lett. 131, 145002 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.131.145002

Peng 等人通过将相对论电子束（ REB ）注入到密度具有上升斜坡且缓慢变化的等离子体中，实现超光速等离子体尾，并进行相干切伦科夫辐射。三维 PIC 和远场时域辐射数值计算结果表明，在 REB 诱导的超光速等离子体尾的后部，气泡鞘电子连续以切伦科夫角相干地发射孤立的亚周期脉冲。为此， H. Peng 等人建立了一个基于超光速电流偶极子的理论模型来解释这种相干辐射，其结果与数值计算结果保持较高的一致性。在时域上，这种辐射具备超短阿秒尺度的持续时间和稳定的载波包相位的特点。在空间上，其具备优异的超低发散角。在频谱上，其中心频率可以很容易地在远红外到紫外线的宽范围内进行调谐。除此之外，还具备高强度的特征，并且强度会随着传播长度的平方而增加。

（陈鹏）

Coherent Subcycle Optical Shock from a Superluminal Plasma Wake

H. Peng, et al .

Phys. Rev. Lett. 131, 145003 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.131.145003

Jian 等人报告了在 DIII-D 高自举电流份额等离子体中观测到的一组相干高频电磁涨落，且湍流可诱导该电磁涨落进行自调节。涨落频率为 130-220 kHz ，极向波长和相速度分别为 16-30 m ^-1 和 ~30 km/s ，位于中平面外侧，环向模数 n 约为 5-9 。涨落位于大半径的内部输运垒（ ITB ）区域，经实验证实为动理学气球模（ KBM ）。准线性估计预测， KBM 能够驱动实验粒子通量和不可忽略的热通量，表明其对 ITB 饱和有重要作用。

（张业民）

Experimental Validation of a Kinetic Ballooning Mode in High-Performance High-Bootstrap Current Fraction Fusion Plasmas

X. Jian, et al .

Phys. Rev. Lett. 131, 145101 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.131.145101

碳是工业应用和涵盖生命、物理、化学、材料、甚至行星科学等基础研究中最重要的元素之一。尽管从金刚石到 BC8  

  碳的转变的理论预测是在三十多年前做出的，但经过巨大的实验努力，仍然缺乏 BC8 碳存在的直接证据。在这项研究中， Shi 等人通过拟合第一性原理计算开发了一种用于高压碳的机器学习势，它在模拟熔化和 Hugoniot 线方面表现出很强的能力。利用基于这种机器学习势的分子动力学，他们设计了一种可以通过双冲击压缩实验获得这种难以捕捉的 BC8 碳的热力学途径。在 20.5 km/s 速度的第一次冲击后，金刚石被压缩到 584 GPa 。随后，在 24.8 或 25.0 km/s 的第二次冲击压缩中，金刚石被压缩成过冷的液体，然后在 1 ns 左右凝固成 BC8 。此外，他们还计算了 BC8 的临界核尺寸和成核速率，这对于在冲击压缩过程中通过纳秒 x 射线衍射测量来观察 BC8 碳至关重要。获得 BC8 碳的关键在于在足够的过冷条件下形成液体。他们的工作提供了一种可行的途径，据此可以在实验中达到长期寻求的碳 BC8 相。  

（董静萍）

Double-Shock Compression Pathways from Diamond to BC8 Carbon

Jiuyang Shi et al.

Phys. Rev. Lett. 131, 146101 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.131.146101

The interplay of the nonequivalent corners in the Brillouin zone of transition metal dichalcogenides (TMDCs) has been investigated extensively. While experimental and theoretical works contributed to a detailed understanding of the relaxation of selective optical excitations and the related relaxation rates, only limited microscopic descriptions of stationary experiments are available so far. Here we present microscopic calculations for the nonequilibrium steady state properties of excitons during continuous wave pumping exemplary for monolayer MoSe ₂ . We find sharp features in photoluminescence excitation spectra and degree of polarization which result from phonon assisted excitonic transitions dominating over exciton recombination and intervalley exchange coupling.

Impact of Optically Pumped Nonequilibrium Steady States on Luminescence Emission of Atomically Thin Semiconductor Excitons

Manuel Katzer et al.

Phys. Rev. Lett. 131, 146201 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.131.146201

[ 编辑推荐 ] 双层石墨烯或单层 WSe ₂ 中通过谷间相干引起的间隙超导电性可导致 Majorana 零模式的形成。

最近单层 WSe ₂ 上沉积的 Bernal 双层石墨烯 (BLG) 的实验展现了稳健的超净超导电性，同时具有相当大的诱导自旋轨道耦合。在这里， Xie 等人提出 BLG/WSe ₂ 可作为设计门定义的平面拓扑 Josephson 结的平台，其中常规和超导区域来自普通材料。更准确地说，他们表明，如果 BLG/WSe ₂ 中的超导电性是间隙的，并且源于具有谷间相干的母态，那么在施加弱面内磁场时，可以在势垒区形成 Majorana 零能模式。他们的研究结果揭示了 “ 内部工程 ” 拓扑超导的潜在途径，可以最大限度地减少不利的无序和轨道磁场效应。  

（董静萍）

Gate-Defined Topological Josephson Junctions in Bernal Bilayer Graphene

Ying-Ming Xie et al.

Phys. Rev. Lett. 131, 146601 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.131.146601

最近发现极低载流子密度的 Dirac 材料 ZrTe ₅ 是一种节线半金属，其超平坦带有望在平行于节线平面的磁场中出现。本在此， Wang 等人报道了在极低载流子密度的 ZrTe ₅ 样品中，当电流和磁场均沿晶体 a 轴时，电流 — 电压特性呈现出明显的非线性，并在超量子极限下趋于饱和。平带输运的玻尔兹曼理论可以很好地解释非线性系数的磁场依赖性，并且他们认为这种非线性输运可能是由于平带和电荷坑的综合作用；后者的出现是由于载流子密度非常低。

（董静萍）

Nonlinear Transport due to Magnetic-Field-Induced Flat Bands in the Nodal-Line Semimetal ZrTe ₅

Yongjian Wang et al.

Phys. Rev. Lett. 131, 146602 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.131.146602

Continuous spin excitations are widely recognized as one of the hallmarks of novel spin states in quantum magnets, such as quantum spin liquids (QSLs). Here, we report the observation of such kind of excitations in K ₂ Ni ₂ (SO ₄ ) ₃ , which consists of two sets of intersected spin-1 (Ni ²⁺ ) trillium lattices. Our inelastic neutron scattering measurement on single crystals clearly shows a dominant excitation continuum, which exhibits a distinct temperature-dependent behavior from that of spin waves, and is rooted in strong quantum spin fluctuations. Further using the self-consistent-Gaussian-approximation method, we determine that the fourth- and fifth-nearest-neighbor exchange interactions are dominant. These two bonds together form a unique three-dimensional network of corner-sharing tetrahedra, which we name as a “hypertrillium” lattice. Our results provide direct evidence for the existence of QSL features in K ₂ Ni ₂ (SO ₄ ) ₃ and highlight the potential for the hypertrillium lattice to host frustrated quantum magnetism.

Continuous Spin Excitations in the Three-Dimensional Frustrated Magnet K ₂ Ni ₂ (SO ₄ ) ₃

Weiliang Yao et al.

Phys. Rev. Lett. 131, 146701 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.131.146701

In extended Heisenberg-Kitaev-Gamma-type spin models, hidden-SU(2)-symmetric points are isolated points in parameter space that can be mapped to pure Heisenberg models via nontrivial duality transformations. Such points generically feature quantum degeneracy between conventional single- q and exotic multi- q states. We argue that recent single-crystal inelastic neutron scattering data place the honeycomb magnet Na ₂ Co ₂ TeO ₆ in proximity to such a hidden-SU(2)-symmetric point. The low- temperature order is identified as a triple- q state arising from the Néel antiferromagnet with staggered magnetization in the out-of-plane direction via a 4-sublattice duality transformation. This state naturally explains various distinctive features of the magnetic excitation spectrum, including its surprisingly high symmetry and the dispersive low-energy and flat high-energy bands. Our result demonstrates the importance of bond-dependent exchange interactions in cobaltates, and illustrates the intriguing magnetic behavior resulting from them.

Triple-q Order in Na ₂ Co ₂ TeO ₆ from Proximity to Hidden-SU(2)-Symmetric Point

Wilhelm G. F. Krüger et al.

Phys. Rev. Lett. 131, 146702 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.131.146702

将热力学和动力学性质联系起来是一个具有重要科学意义的概念性挑战。 Sorkin 等人基于第一性原理，推导出了一个关于粒子构型的熵和动力学传播子之间的严格不等式。该不等式具有普适性，适用于任意远离热力学平衡的稳态。将其应用于扩散动力学会产生熵与（正常或异常）扩散系数之间的关系。这种关系可用于从计算的稳态熵中获得后期扩散系数的有用边界，或者相反地，基于测量的扩散系数来估计熵。作者通过几个例子展现这种定量关系的有效性和实用性。

Universal Relation between Entropy and Kinetics

Benjamin Sorkin et al.

Phys. Rev. Lett. 131, 147101 (2023)

https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.131.147101

[ 编辑推荐 ] 具有有限范围二体势的 d 维非随机流体与 d + 2 维淬火随机介质中的流体精确等效。

本文作者提出了一个解决随机场 Ising 模型中降维谜题的方法，通过回答逆问题： d 维的纯系统对应于 D = d + 2 维中的什么随机问题？研究表明，对于连续介质二元流体和 Ising 晶格气体，平均密度和其他观测指标与 D 维淬火随机介质中的类似模型相同，但在其余两个维度中存在无限范围的相互作用和关联无序。这与有限范围模型在 D = 3 中的严格解并不冲突。为了进行严格论证，作者避免使用副本和微扰场论，而是基于收敛集团展开；对于晶格气体，可以通过李 - 杨定理推广到临界点。本文的结果可以利用超对称性推导出来，但它们更直接地遵循矩阵树定理。

Fluids in Random Media and Dimensional Augmentation

John Cardy

Phys. Rev. Lett. 131, 147102 (2023)

https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.131.147102

50 年前，正弦 - 戈登方程的局域双孤子束缚态解被称为 “ 呼吸子 ” ，因为它们同时包含与传播相关和与内部振荡相关的两个时间尺度。在晶格系统中，具有非零振荡尾的呼吸子通常被称为行进的本征局域模式或 “ 行进的呼吸子 ” （ traveling breathers, TBs ），已由实验观察到。本文作者通过载波与孤子的相互作用，在两种粘性流体之间的界面处产生了两种强非线性的 TB 簇。当产生相移时，观察到亮 TB 和暗 TB 分别比载流子移动得更快或更慢。实验结果表明，这类呼吸子可以解释为孤子和类椭圆余弦波之间的非线性叠加，实现了近 50 年前发展起来的逆散射理论对 TB 的光谱解释。

Observation of Traveling Breathers and Their Scattering in a Two-Fluid System

Yifeng Mao et al.

Phys. Rev. Lett. 131, 147201 (2023)

https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.131.147201

[编辑推荐]非互易相互作用和自推进导致形成不依赖群体感应活性粒子二元混合物中自吸引的动力学模式。

Yu Duan 等人研究了一个最小模型，涉及两种粒子在群体感应规则下的相互作用。结合微观模型的模拟和相关粗粒化理论的线性稳定性分析，他们确定了一种不依赖于种内有效吸引作用的标准路径的动力学模式形成机制。相反，他们的结果揭示了仅由种间耦合中自推进和非互易性的综合效应就会产生追逐带的高度动态相。考虑自吸引，他们发现系统可能相分离成与稀气体共存的混沌追逐带的宏观域。这表明该相分离相界面处能带的混沌动力学导致异常缓慢的粗化。

( 张清源 )

Dynamical Pattern Formation without Self-Attraction in Quorum-Sensing Active Matter: The Interplay between Nonreciprocity and Motility

Yu Duan, et al.

Phys. Rev. Lett. 131, 148301 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.131.148301

数十年的实验表明，细胞基质复合材料中细胞收缩性和活性相分离的结合可以实现多细胞组织跨尺度的时空模式。为了表征这些现象， Sifan Yin 等人提供了一种通用理论，将主动细胞收缩性纳入经典的 Cahn-Hilliard-Larché 模型中，用于描述被动粘弹性固体中的相分离。在此框架内，他们展示了如何通过叉形分岔或 Hopf 分叉的活动使均匀的细胞基质混合物不稳定，从而产生稳定的相分离和 ( 或者 ) 行波。完整方程的数值模拟使得能够跟踪由此产生的自组织模式在周期性和机械约束域以及不同几何形状中的演变。总而言之，他们的研究强调了整合细胞活性和机械相分离对于理解体内和体外环境中柔软、活性生物固体的图案的重要性。

( 张清源 )

Contractility-Induced Phase Separation in Active Solids

Sifan Yin and L. Mahadevan

Phys. Rev. Lett. 131, 148401 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.131.148401

弯曲的薄片材料提供了一个可以在以后展开的材料来源。对于足够薄但坚硬的材料，这种几何过程具有一个引人注目的机械特征：当松弛度用完时，材料会锁定以进一步延伸。 Pan Dong 等人建立了一个通往可调锁定材料的简单途径：一个具有区间的系统，在给定的形变模式下，该区间可以自由变形，并且该区间的端点可以在宽范围内连续变化。 Pan Dong 等人在形成圆柱形壳体并受到轴向扭曲和压缩的薄板中证明了这种类型的机械响应，并用一个简单的几何模型使我们的结果合理化。

(吴雨轩)

Twisting a Cylindrical Sheet Makes It a Tunable Locking Material

Pan Dong, et al.

Phys. Rev. Lett. 131, 148201 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.131.148201

[编辑推荐]薄壁锥体在压缩下的早期失效通常被认为主要是由于缺陷的存在而引起的。一个新模型表明实际情况并非如此。

变形为锥形的液晶弹性体薄膜具有惊人的提升能力。因此， Daniel Duffy 等人结合理论、数值和实验来重新检验圆锥壳的承载能力。他们证明，与经典的 Seide Koiter 结果相比，即使在标度意义上，被挤压在无摩擦表面之间的圆锥体在更小的载荷下弯曲。这种屈曲始于具有振荡弯曲的外边界层中产生的极大的放大方位压缩区域。从实验和数值上看，屈曲在整个锥体上亚临界增长。他们推导了临界载荷的一个新的薄极限公式∝t ^5/2 ，并对其进行了数值验证。他们还研究了深度后屈曲，发现了进一步的不稳定性，这些不稳定性产生了多重 Pogorelov 型弯曲脊排列在同心圆或阿基米德螺旋中的复杂状态。最后，他们研究了这些状态所施加的力，这些力限制了活性锥体的提升性能。

(吴雨轩)

Lifting, Loading, and Buckling in Conical Shells

Daniel Duffy, et al.

Phys. Rev. Lett. 131, 148202 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.131.148202

The pervasive phenomenon of friction has been studied at the nanoscale via a controlled manipulation of single atoms and molecules with a metallic tip, which enabled a precise determination of the static friction force necessary to initiate motion. However, little is known about the atomic dynamics during manipulation. Here, we reveal the complete manipulation process of a CO molecule on a Cu(110) surface at low temperatures using a combination of noncontact atomic force microscopy and density functional theory simulations. We found that an intermediate state, inaccessible for the far-tip position, is enabled in the reaction pathway for the close-tip position, which is crucial to understanding the manipulation process, including dynamic friction. Our results show how friction forces can be controlled and optimized, facilitating new fundamental insights for tribology.

Dynamic Friction Unraveled by Observing an Unexpected Intermediate State in Controlled Molecular Manipulation

Norio Okabayashi et al.

Phys. Rev. Lett. 131, 148001 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.131.148001