PRL导读-2023年131卷01期

高维量子转向可以被看作是对纠缠维度的测试，其中一侧的设备没有被表征。因此，在利用高维纠缠的量子信息协议中是一个重要组成部分。尽管最近在实验中观察到了高维转向现象，但缺乏一个通用的认证程序。 Gois 等人提供了在转向场景中认证纠缠维度所需的必要和充分条件。这些条件以半定规划的层次结构形式陈述，还可以使用转向维度稳健性来量化该现象。为了证明方法的实际可行性，作者们对在互相无偏基下测量的最大纠缠态准备的转向场景中纠缠的维度进行了表征。他们提出的方法给出了在实验上认证高维纠缠所需的噪声稳健性更强的界限。

( 李元朋 )

Complete Hierarchy for High-Dimensional Steering Certification

C. Gois, M. Plávala, et al.

Phys. Rev. Lett. 131, 010201 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.131.010201

交叉熵测量是在采样问题中用来证明量子计算优越性的广泛使用的基准，比如使用超导量子比特的随机电路采样和玻色采样。在这篇文章中， Oh 等人提出了一种启发式的经典算法，在一个 可检验的体系中它能够取得比当前的玻色采样实验更好的交叉熵，并有可能在合理的运行时间内获得比近未来的玻色采样实验都要更好的交叉熵测试分数。该算法背后的关键思想是存在与理想玻色采样概率分布相关的并且能够被高效计算的分布。该分布的相关性和可计算性使得我们能够在不计算理想概率的情况下完成理想概率分布重要结果的后选择，这本质上会导致较大的交叉熵。当应用于可验证的中级规模系统时，作者所提出的方法能够取得比最近的高斯玻色采样实验更好的交叉熵分数。就像当前最先进的实验一样，作者无法验证对于量子占优势的系统规模他们的欺骗算法是否适用。不过他们证明了在费米采样中他们的方法能够适用于更大规模的系统，能够有效计算输出概率。最后作者提供了证明其经典算法可以有效欺骗嘈杂玻色采样的解析论证。

（赵秀花）

Spoofing Cross-Entropy Measure in Boson Sampling

C. Oh, L. Jiang, and B. Fefferman

Phys. Rev. Lett. 131, 010401 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.131.010401

梯度场能够有效压制晶格中粒子的隧穿效应，并且能够在所有的能量尺度上使波函数局域化，这一现象被称为斯塔克局域化。在这篇文章中， He 等人表明斯塔克系统能够被用作精确测量梯度场的探针，特别是在其它大多数传感器都不能最佳运作的弱场体系中。在扩展相中，斯塔克探针达到了超越海森堡标度的精度，远超绝大多数已知的量子传感方案。在局域相中，精度以一种普适的方式下降，快速收敛到热力学极限。对于单粒子探针，作者表明通过对整个能谱所有本征态进行简单的位置测量，能够获得量子增强的灵敏度，其精度超过海森堡极限。对于这样的探针，作者确定了斯塔克局域化相变的一些临界指数并建立了它们之间的关系。热涨落的普适行为也被确定，它会导致精度由超海森堡标度降到海森堡标度，但这仍然比经典传感器的表现要好。多粒子相互作用探针也能够在扩展相实现超海森堡标度，甚至在相变点附近会进一步加强。即使将态制备的时间纳入到资源分析中，也依然能实现量子增强的灵敏度。

（赵秀花）

Stark Localization as a Resource for Weak-Field Sensing with Super-Heisenberg Precision

X. He, R. Yousefjani, and A. Bayat

Phys. Rev. Lett. 131, 010801 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.131.010801

Beatrez 等人报道了一系列实验，定量研究了中心电子自旋作为纳米尺度环境中核自旋弛豫源的作用。作者们的策略利用电子的超极化注入作为一种可控手段，来逐步探测更多核自旋并随后以高保真度进行检测。他们的实验集中在一个模型系统上，该系统包含氮空位中心电子自旋和数百个 ¹³ C 核自旋。他们观察到， ¹³ C 横向自旋弛豫时间随着超极化注入的程度变化显著，从而使得能够测量电子介导的弛豫对几纳米范围内的影响。这些结果提供了一种有趣的新方法，在纳米尺度环境中对核自旋进行空间判别，并与超极化核构建的动态核极化、量子传感器和记忆体具有直接相关性。

( 李元朋 )

Electron Induced Nanoscale Nuclear Spin Relaxation Probed by Hyperpolarization Injection

W. Beatrez, A. Pillai, et al.

Phys. Rev. Lett. 131, 010802 (2023)

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超轻暗物质会显著导致 μ 子质量的振荡，这一效应可由对 μ 子偶素和 μ 子原子谱的时间位移的直接探测得到。现有的数据集以及进行中的对 μ 子偶素的光谱测量能够探测标量 -μ 子相互作用，且比天体物理界限严格至多 12 个数量级。正在进行的 μ 子偶素自由落体实验可以探测 μ 子和标准模型粒子间与交换虚超轻标量玻色子有关的力，且能在灵敏度方面提供比 互补的实验室 和天体物理界限多至多 5 个数量级的改善。

Searching for Ultralight Scalar Dark Matter with Muonium and Muonic Atoms

Yevgeny V. Stadnik

Phys. Rev. Lett. 131, 011001 (2023)

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作者研究了单场膨胀模型中的共动曲率微扰 R ，通过使用 δN 形式，其中的势能可由分段二次势函数 V(φ) 近似。作者发现了 R(δφ,δπ) 的一般形式，包含场微扰 δφ 、在所关心的点处的速度微扰 δπ 以及在每个二次分段边界处的 δπ* 的对数函数之和。由运动方程， δπ* 是 (δφ,δπ) 的函数。由于 φ 的运动方程的二阶性质，每个对数表达式都有其对偶。作者也厘清了将 R(δφ,δπ) 约化为单指数形式的条件，这能导出 R 的几率分布函数是著名的 “ 指数尾 ” 或类 Gumbel 分布尾。

Logarithmic Duality of the Curvature Perturbation

Shi Pi ( 皮石 ) and Misao Sasaki

Phys. Rev. Lett. 131, 011002 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.131.011002

标量场的存在性可通过观测随机引力波来探测。标量场传递吸引力，在尺度短于其 Compton 波长时，吸引力通常强于引力。这种效应在早期宇宙是不能忽略的，此时视界尺度很小。这些吸引力表现出和引力类似的不稳定性，只是更强。因此，这些力会导致某些种类结构的 生长。作者识别出一种来自上述过程的引力波的特征并证明未来的引力波实验能够探测它。

Gravitational Waves from Rapid Structure Formation on Microscopic Scales before Matter-Radiation Equality

Marcos M. Flores, Alexander Kusenko, and Misao Sasaki

Phys. Rev. Lett. 131, 011003 (2023)

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作者得到了关于轴子质量 m _a 的可靠宇宙学界限，主要通过以下两点：（ 1 ）从 π-π 散射的数据中直接导出了产生率，这一方法克服了之前手征微扰理论的失效且结果与之前的估计有约 30% 的差异；（ 2 ）在轴子 -π 子散射的 Boltzmann 方程中计入动量依赖，这将残留物的丰富程度提高了约 40% 。使用现有的宇宙学数据集可得 m _a ≤0.24eV ， 95% 置信区间。作者也在残余轴子和中微子存在的情况下限制了中微子的质量之和，为 ∑m _ν ≤0.14eV ， 95% 置信区间。最后，作者表明，为利用即将到来的宇宙学调查来探测轴子，需要在 QCD 交叉之上进行可靠的非微扰计算。

Improved Hot Dark Matter Bound on the QCD Axion

Alessio Notari, Fabrizio Rompineve, and Giovanni Villadoro

Phys. Rev. Lett. 131, 011004 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.131.011004

在标准模型之外的理论中，新粒子会以稳定的遗迹出现。这些遗迹会与可见物质有较强的相互作用并且构成总暗物质丰度的一小部分。由于这些粒子在高密度环境中会迅速热化，它们能够规避现有的直接观测界限，所以是一类有趣的物理对象。本文中，作者指出这些粒子在大体积中微子探测器中向可见物质的湮灭能提供约束或者发现它们的新方式。该信号对遗迹质量在 GeV 范围最为显著，且能被现有的超级神冈对双核子湮灭的寻找所有效地约束。作者也以隐蔽暗物质与暗光子耦合的形式提供了对这种构想的直接认识，并展示现有的方法对模型施加了新颖且严格的界限，这可以与来自束流收集器、对撞机以及直接观测实验的约束互相补充。

Dark Matter Annihilation inside Large-Volume Neutrino Detectors

David McKeen, David E. Morrissey and et al.

Phys. Rev. Lett. 131, 011005 (2023)

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作者在日本超算 Fugaku 上对一秒长双中子星合并进行了广义相对论中微子 - 辐射磁流体模拟，使用了 20737 片 CPU ，约 8500 万 CPU 小时。作者考虑的是质量分别为 1.2M _⊙ 以及 1.5M _⊙ 的非对称情形，且使用 “ 软 ” 的 SFHo 状态方程方程 。结果为寿命约为 0.017s 的短期残余，且在残余坍缩为黑洞之后，会形成质量约为 0.05 M _⊙ 的大质量环面。作者首次在单次模拟中发现，在动态质量喷射驱动快速尾以及缓和的相对论部分之后，大质量环面会发生合并后的质量喷射，这是因为磁流体不稳定性驱动的湍流的粘性，而两股喷出部分在电子分数和速度的分布方面有显著特征。

Self-Consistent Picture of the Mass Ejection from a One Second Long Binary Neutron Star Merger Leaving a Short-Lived Remnant in a General-Relativistic Neutrino-Radiation Magnetohydrodynamic Simulation

Kenta Kiuchi, Sho Fujibayashi and et al.

Phys. Rev. Lett. 131, 011401 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.131.011401

波形是与一些辐射物理过程相关的经典可观测量。使用散射振幅，通常在弱场区域中以后牛顿或后闵可夫斯基近似的某个有限阶计算散射振幅。本文使用强场振幅来计算大质量粒子在引力平面波上散射产生的波形，将其视为真空爱因斯坦方程的精确非线性解。值得注意的是，该波形包含了无限多的后闵可夫斯基贡献，以及尾部效应。作者还提供了电磁学中的类似结果，并与之进行了对比。

All Order Gravitational Waveforms from Scattering Amplitudes

Tim Adamo, Andrea Cristofoli, Anton Ilderton, and Sonja Klisch

Phys. Rev. Lett. 131, 011601 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.131.011601

Solitonic symmetry has been believed to follow the homotopy-group classification of topological solitons. Here, we point out a more sophisticated algebraic structure when solitons of different dimensions coexist in the spectrum. We uncover this phenomenon in a concrete quantum field theory, the 4D CP ¹  model. This model has two kinds of solitonic excitations—vortices and hopfions—which would follow two U(1) solitonic symmetries according to homotopy groups. Nevertheless, we demonstrate the nonexistence of the hopfion U(1) symmetry by evaluating the hopfion charge of vortex operators. We clarify that what conserves hopfion numbers is a noninvertible symmetry generated by 3D spin topological quantum field theories (TQFTs). Its invertible part is just Z ₂ , which we recognize as a spin bordism invariant. Compared with the 3D CP ¹  model, our work suggests a unified description of solitonic symmetries and couplings to topological phases.

Solitonic Symmetry beyond Homotopy: Invertibility from Bordism and Noninvertibility from Topological Quantum Field Theory

Shi Chen and Yuya Tanizaki

Phys. Rev. Lett. 131, 011602 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.131.011602

本文用基于振幅的方法计算了后闵可夫斯基阶两体碰撞中角动量损失的潮汐修正。 eikonal 算子使我们能够有效地组合弹性和非弹性振幅，并捕获由真实引力波发射引起的贡献和由静态引力场引起的贡献。作者通过利用强大的对撞机物理技术（如逆酉性）来计算前者，从而将其简化为两个回路积分，并通过在后牛顿极限下进行独立计算来交叉检查结果。对于后者，可以使用 P.Di Vecchia 等人的结果 [ 零频率引力子的角动量， J.High Energy Phys.08 （ 2022 ） 172] ，其中使用领先的软引力子定理计算了一般引力散射事例的静态场效应。

Angular Momentum Loss due to Tidal Effects in the Post-Minkowskian Expansion

Carlo Heissenberg

Phys. Rev. Lett. 131, 011603 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.131.011603

Neutrino-induced charged-current single π ⁺  production in the Δ(1232) resonance region is of considerable interest to accelerator-based neutrino oscillation experiments. In this Letter, high statistic differential cross sections are reported for the semiexclusive reaction ν _μ A→μ ⁻ π ⁺ + nucleon(s) on scintillator, carbon, water, iron, and lead targets recorded by MINERvA using a wideband ν _μ  beam with  ⟨ E _ν ⟩ ≈6    GeV. Suppression of the cross section at low Q ²  and enhancement of low T _π  are observed in both light and heavy nuclear targets compared with phenomenological models used in current neutrino interaction generators. The cross sections per nucleon for iron and lead compared with CH across the kinematic variables probed are 0.8 and 0.5 respectively, a scaling which is also not predicted by current generators.

Simultaneous Measurement of Muon Neutrino ν _μ  Charged-Current Single π+ Production in CH, C,  H ₂ O , Fe, and Pb Targets in MINERvA

A. Bercellie  et al.  (The MINERvA Collaboration)

Phys. Rev. Lett. 131, 011801 (2023)

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我们探索了具有轻中性伴随子暗物质（ m _χ01 ≤m _h /2 ）的唯象最小超对称标准模型的参数空间，该模型与当前的对撞机和天体物理约束一致。我们同时考虑希格斯伴随子质量参数（ μ ）的正值和负值。研究结果表明， LHC 以及 LUX-ZEPLIN 合作组对暗物质的直接探测搜索的最新实验结果排除了 μ>0 情况下的 Z-funnel 区域。相同的结果严重限制了正 μ 的 h-funnel 区域；然而，通过 LUX-ZEPLIN 实验的几天数据，可以很容易地探测到允许的点。在 μ ＜ 0 的情况下，我们发现 Z 和 h-funnel 中的非常轻的希格斯伴随粒子可能会在 LHC 的电弱伴随子搜索的当前限制下幸存下来，实验合作组的专门努力是必要的，以对它们的现状盖棺定论。

Is Light Neutralino Thermal Dark Matter in the Phenomenological Minimal Supersymmetric Standard Model Ruled Out?

Rahool Kumar Barman, Geneviève Bélanger, Biplob Bhattacherjee, Rohini M. Godbole, and Rhitaja Sengupta

Phys. Rev. Lett. 131, 011802 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.131.011802

[编辑推荐] Collider experiments have set new direct limits on the existence of hypothetical heavy neutrinos, helping to constrain how ordinary neutrinos get their mass.

本文展示了首次在大型强子对撞机上利用矢量玻色子融合过程探测重马约拉纳中微子和温伯格算符的结果。使用 CMS 探测器收集的质心能 13 TeV 的质子 - 质子碰撞数据 ( 对应于 138fb ^-1 的积分亮度 ) ，作者对同号双 μ 子末态进行了搜索。结果与标准模型的预测一致。对于重马约拉纳中微子，在重中微子质量 50 GeV–25 TeV 的区间，给出了 μ 中微子子与重中微子的平方混合矩阵元的约束条件；对于 650 GeV 以上的质量区间，这是迄今为止 LHC 搜索所给出的最严格的限制。温伯格算子在对撞机上的首次检验所提供的有效 μμ 马约拉纳中微子质量的 95% 置信水平的观测上限为 10.8 GeV 。

Probing Heavy Majorana Neutrinos and the Weinberg Operator through Vector Boson Fusion Processes in Proton-Proton Collisions at √s=13  TeV

A. Tumasyan  et al.  (CMS Collaboration)

Phys. Rev. Lett. 131, 011803 (2023)

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基于电磁相互作用和弱相互作用不同时间尺度的系统数幂方案， Naoki Yamamoto 和 Di-Lun Yang 发展了适用于近平衡电子和远离平衡的中微子的手征运动学理论方法。在该框架下，他们导出了一般非平衡态中沿着中微子辐射诱发磁场的电流和能量流。该结果可以被视作一种有效的手征磁效应（ CME ），因为它不像传统的 CME 那样具有手征化学势。他们还以核芯坍缩超新星的增益区为例进行了研究，发现适时持续的中微子发射所增强的有效 CME 足够大，从而可以导致磁和流体动能的级联反转，并可以解释观测到的脉冲星反冲的振幅。他们的理论框架也可以应用于其他涉及非平衡中微子的致密物质体系。

Effective Chiral Magnetic Effect from Neutrino Radiation

Naoki Yamamoto and Di-Lun Yang

Phys. Rev. Lett. 131, 012701 (2023)

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强子对撞中产生的底夸克（ b ）的强子化学包含了这些反应中色中和机制的重要信息。由于 

  夸克质量远大于典型的强子尺度（约 1 GeV ），因此 

  对产生可以很好地与随后的强子化过程分离。相对于 

  对撞，在质子 - 质子（ 

  ）和质子 - 反质子（ 

  ）反应中观测到的 

  重子分数要大的多，这对理论描述提出了挑战。 Min He 与 Ralf Rapp 根据相对论夸克模型和格点 QCD 计算，采用统计强子化方法，通过考虑比现有测量结果更多的 

  强子态，解决了这一问题。在假定不同 

  强子产额之间具有相对的化学平衡的情况下，他们将热密度作为 

  夸克转化为不同强子成分的碎裂权重。通过夸克模型估计激发态的衰变模式，他们计算了弱衰变 

  重子的碎裂分数，并发现计算结果与 Tevatron 所给出的 

  对撞的测量结果相符。通过将微扰 QCD 给出的 

  夸克横向动量（ 

  ）分布与高 

  的热权重与独立碎裂相结合，他们很好地描述了大型强子对撞机（ LHC ）上 

  对撞中测得的、 

  依赖的 

  与 

  之比以及 

  与 

  之比。观测到的 

  产生的增强是由于尚未观测到的 

  重子激发态所导致的。最后，他们利用之前在夸克 - 胶子等离子中确定的 

  夸克输运系数，将强子化学应用于重离子对撞中的 

  夸克强耦合输运方法，以强调 LHC 上 Pb-Pb 对撞中强子化学与 

  强子集体行为的改变。

Bottom Hadrochemistry in High-Energy Hadronic Collisions

Min He and Ralf Rapp

Phys. Rev. Lett. 131, 012301 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.131.012301

本文研究了分子的 X 射线诱导解离光电离过程中离子动量分布，采用玻恩 - 奥本海默近似对电离进行解析处理，并通过薛定谔方程进行数值模拟来模拟离子运动。离子 - 光电子纠缠将电子干涉的信息传递给离子动力学，因此，当光电子发射角度固定时，解离分子光电离的离子动量分布呈现出杨氏双缝干涉。作者证明，即使丢失了相关光电子的信息，对于异核分子，由于不同离子质量而产生额外的光电子反冲动量，双缝干涉特征仍然存在于离子纵向动量偏移中。对于顺序双电离的情况，作者展示了离子动力学中的双缝干涉可以用于分子动力学的相干控制。

Double-Slit Interference in the Ion Dynamics of Dissociative Photoionization

Pei-Lun He, et al.

Phys. Rev. Lett. 131, 013201 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.131.013201

[编辑推荐] Researchers take a step toward a new form of quantum computation by demonstrating a state-controlling interaction called Rydberg blockade between an atom and a molecule.

作者证明了由被限制在光镊中的单个 Rb 原子和单个 RbCs 分子之间的电荷 - 偶极相互作用引起的里德堡阻塞。该分子由 Rb+Cs 原子对的磁缔合形成，随后以 91(1)% 的效率转移到振转基态。物种特异性光镊用于控制原子和分子之间的距离。当原子 - 分子分离设置为 310(40)nm 时，电荷 - 偶极相互作用阻断了向 Rb(52s) 里德堡的态的跃迁。观测到的激发动力学与使用计算出的相互作用势的模拟结果非常吻合。作者的研究结果开辟了一个混合平台的前景，其中量子信息可以通过里德堡原子在单个被捕获的分子之间传递。

Observation of Rydberg Blockade Due to the Charge-Dipole Interaction between an Atom and a Polar Molecule

Alexander Guttridge, et al.

Phys. Rev. Lett. 131, 013401 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.131.013401

在单量子比特系统中，可以利用数据重传技术实现通用量子分类器。在这项研究中，作者提出了一种将该技术应用于玻色子系统的新型量子分类器，并成功地利用基于硅的光子集成电路进行了演示。作者建立了适用于玻色子系统的量子机器学习算法理论，并实现了可编程光学电路和干涉仪的组合。利用已实现的、包含两个不相关光子的光学量子电路的部分进行学习和分类，在原理证明实验中取得了 94±0.8% 的分类成功概率。由于这种方法可应用于任意的双模 N 光子系统，因此未来还有望进一步发展光学量子分类器，如扩展到量子纠缠态和多光子态等方面。

Demonstration of a Bosonic Quantum Classifier with Data Reuploading

Takafumi Ono, et al.

Phys. Rev. Lett. 131, 013601 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.131.013601

作者探讨了一个基本问题，即是否存在一些条件，使得单个偶极子与强约束电磁真空的耦合能够导致对偶极子基态的非微扰修正。为了回答这个问题，作者考虑了两个简化但相当普遍的腔量子电动力学系统，并得出了总基态能量的解析表达式，可以明确区分纯静电和真正的真空诱导贡献。重要的是，这个推导考虑了整个电磁谱，同时避免了任何源于任意模式截断的歧义。作者的研究结果表明，虽然限制效应本身并不足以导致实质性的真空诱导修正，但高阻抗模式 ( 如等离激元或工程 LC 共振 ) 的存在可以极大地增加这些效应。因此，作者得出结论，在适当设计的实验条件下，至少从原理上讲，可以进入非微扰光 - 物质相互作用区域。

Can We Observe Nonperturbative Vacuum Shifts in Cavity QED?

Rocío Sáez-Blázquez, et al.

Phys. Rev. Lett. 131, 013602 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.131.013602

[编辑推荐] A graph-theory-based approach reveals a new kind of bound state in the continuum at an arbitrary point in momentum space, useful for the classification and evolution of polarization singularities in the whole momentum space.

偏振奇点，包括在连续谱束缚态 (BICs) 和圆偏振态方面的研究，为光波操纵提供了很好的机遇。以前的研究表明，光子晶体板中的 BICs 受到 C ₂ T 对称性的保护，因此通常存在于动量空间的高对称线上。在这里，作者提出了一种基于图论的方法来研究动量空间中的这些偏振奇点，特别是在高对称线之外的区域。通过使用偏振图，作者首次证明 BICs 可以在一维和二维光子晶体板的高对称线之外稳定存在。此外，通过改变光子晶体板的几何参数同时保持其对称性，作者观察到了两种有趣的过程，包括在高对称线上和离开高对称线时与这种新发现的 BICs 的合并。作者的研究结果为探索动量空间中的偏振奇点提供了新的视角，并为它们在光与物质相互作用和光操纵方面的进一步应用提供了可能。

General Bound States in the Continuum in Momentum Space

Qiao Jiang, et al.

Phys. Rev. Lett. 131, 013801 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.131.013801

具有复值能谱的非厄米体系为操纵非常规光动力学提供了一个非凡的平台。在这里，作者展示了在一个相干制备的原子系统中建立的瞬时可重构的非厄米蜂窝光子晶格中的光定域现象。其中一组亚晶格被光学调制以引入相邻格点之间的吸收差异，使得倒空间中的狄拉克点扩展成了色散无关的局域平带，并具有两个共同本征态：在亚晶格 B(A) 中被限制的低损耗 ( 高损耗 ) 场。当这些局域平带由于更大的损耗差异而足够宽时，切向波矢位于倒空间 K 点的入射光束有效地局域在吸收较弱的子晶格 B 上，即有效地禁止了光子晶格中相邻通道之间常见的功率交换。目前的工作从非厄米二维光子晶格中解锁了一种新的功能，并为光子结构中的局域平带工程调谐提供了一条新的途径。

Loss Difference Induced Localization in a Non-Hermitian Honeycomb Photonic Lattice

Yuan Feng, et al.

Phys. Rev. Lett. 131, 013802 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.131.013802

本文研究了内禀自旋轨道耦合和非线性光子 - 光子相互作用在一个非抛物线、椭圆偏振的光流体中的相互作用，该光流体在体积 Kerr 介质中传播。作者发现，在非线性相互作用引起双折射 ( 即偏振相关的非线性折射率 ) 的情况下，它们与自旋轨道耦合的相互作用导致流体中不同波矢下行进的两个偏振分量之间的干涉，这导致沿传播方向平移对称性破缺。这种现象导致了流体中的 Bogoliubov 谱中的 Floquet 带结构，并且导致其强度相关性具有特征性的振荡。作者详细地表征了这些振荡，并指出它们在大的传播距离上呈指数增长，揭示了参数共振的存在。

Time Translation Symmetry Breaking in an Isolated Spin-Orbit-Coupled Fluid of Light

Giovanni I. Martone, et al.

Phys. Rev. Lett. 131, 013803 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.131.013803

[Featured in Physics] A photonic version of graphene hosts never-before-seen “twig” edge states—which could provide new avenues for realizing topological phases in graphene-like materials.

切割一个蜂窝晶格 (HCL) 可以得到三种类型的边缘 ( 锯齿形、胡须形、和扶手椅形 ) ，这在研究石墨烯边缘态时是众所周知的。在这里，作者提出并证明了一个独特的树枝形状的边缘，从而使用光子平台观察到新的边缘状态。作者的主要发现是 : (i) 树枝形边缘是一种与扶手椅边缘互补的一般类型的 HCL 边缘，它是通过选择正确的原胞而不是简单的晶格切割或 Klein 边缘修改形成的 ; (ii) 树枝形边缘状态在布里渊区形成一个完整的平带，具有零能量简并性，其特征是晶格哈密顿量的非平凡拓扑缠绕 ; (iii) 树枝形边缘状态可以在边界处被延长或紧凑定位，表现出平带和拓扑特征。虽然本文中是在光子石墨烯中实现了这些树枝形边缘态，但这些态应该也存在于其他合成的 HCL 结构中。此外，作者的研究结果可以拓宽对石墨烯边缘状态的理解，以及基于类狄拉克材料实现稳健的边缘定位和非平凡拓扑相位的新途径。

Photonic Realization of a Generic Type of Graphene Edge States Exhibiting Topological Flat Band

Shiqi Xia, et al.

Phys. Rev. Lett. 131, 013804 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.131.013804

最近，发现具有横向轨道角动量（ OAM ）的光学时空（ ST ）涡旋束引起了越来越多的关注，并有望扩展 OAM 状态的研究范围，并为其实际应用开辟新的机会。 ST 涡旋束也适用于涉及波动现象的其他物理领域，作者在此在声学领域开发 ST 涡旋束概念，并报告了产生 Bessel 型 ST 声学涡旋束。使用压力场的标量方法和速度场的矢量方法全面描述了 ST 涡旋束。我们进一步研究了横向扩散效应，并构建了具有椭圆形谱的 ST 涡旋束以减小扩散效应。我们还实验证明了具有不同电荷的 ST 涡旋束之间的正交关系。我们的研究成功地展示了声学系统在探索和发现时空结构化波的多功能性，激发了对奇特波物理的进一步研究。

（邱仲普）

Spatiotemporal Acoustic Vortex Beams with Transverse Orbital Angular Momentum

Hao Ge, Shuai Liu, Xiang-Yuan Xu, Zi-Wei Long, Yuan Tian, Xiao-Ping Liu, Ming-Hui Lu, Yan-Feng Chen

Phys. Rev. Lett. 131, 014001 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.131.014001

[编辑推荐] A laser experiment provides a proof-of-principle test for an alternative fusion concept that uses targets made with liquid fuel rather than conventional frozen fuel .

在激光驱动惯性约束聚变的动态壳层（ DS ）概念中，氘 - 氚燃料最初以均匀液态置于润湿泡沫球壳内。这种燃料通过传统的内爆点燃。点燃前，燃料进行初始压缩，然后膨胀并动态形成内部低密度的高密度燃料壳。 Igumenshchev 等人报道了一个缩小规模的 OMEGA 激光器原理验证实验，并首次证明了 DS 形成的可行性。外壳由激光脉冲在等离子体球边缘发射的激波会聚形成，等离子体本身由激光驱动压缩塑料泡沫球（替代）靶及其弛豫形成。三种 x 射线诊断，即 1D 空间分辨自发条纹成像、 2D 自发帧成像和背光射线照相，与预测 DS 的演变非常一致，实验中由激光照射和靶形貌不对称引入的低勒让德模式扰动也符合预期。

（陈鹏）

Proof-of-Principle Experiment on the Dynamic Shell Formation for Inertial Confinement Fusion

I. V. Igumenshchev, et al .

Phys. Rev. Lett. 131, 015102 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.131.015102

Arran 等人描述了热流驱动的磁场从等离子体中排出的直接测量。研究使用激光加热磁场中的气体柱，并分离出了 Nernst 对流，同时展示了其如何在纳秒时间尺度上改变场。从质子射线诊断的磁场结果表明，磁场在等离子体膨胀前被热流带动，其速度为 v _n =(6±2)×10 ⁵ m/s 。在这个范围内，由于磁输运垒的建立，动理学模拟和扩展磁流体动力学模拟在这样的条件下结果一致。

（樊浩）

Measurement of Magnetic Cavitation Driven by Heat Flow in a Plasma

C. Arran, et al .

Phys. Rev. Lett. 131, 015101 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.131.015101

[ 编辑推荐 ] 由轨道场驱动的 Fulde-Ferrell （ FF ）配对态可以由平面内磁场的轨道效应驱动（与传统的 Zeeman 效应驱动的 FF 态不同），这种配对使得巨大且可通过门电压调控的超导二极管效应成为可能。

在这篇快报中，作者研究了超导莫尔同源双层过渡金属硫族化物，其中的伊辛自旋轨道耦合远大于莫尔带宽。作者称这种非中心对称的超导体为莫尔伊辛超导体。由于大的伊辛自旋轨道耦合，塞曼场造成的去配对效应可以忽略并且面内的上临界场（ B _{2 c} ）由轨道效应决定。这让作者能研究大的轨道场效应。有趣的是，当施加的面内场大于常规的轨道 B _{2 c} 时，一个有限的动量配对相将出现，作者将其称为轨道 Fulde-Ferrell 态。在这个态中，库伯对获得一个 2 _qB 净动量，其中 2 _qB 是由磁场 B 造成的动量偏移并且 d 指的是层的分离。这个轨道场驱动的 FF 态区别于传统的在 Rashba 超导体中由塞曼效应驱动的 FF 态。值得注意的是，作者预测当层的不对称性被诱导时， FF 态配对在电门控下将导致一个大的超导二极管效应。当温度降低时 B _{2 c} 将降低并且和大的超导二极管效应耦合，二者将能允许人们探测轨道 FF 态。

（郭维安）

Orbital Fulde-Ferrell Pairing State in Moiré Ising Superconductors

Ying-Ming Xie et al.

Phys. Rev. Lett. 131, 016001 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.131.016001

在具有轨道依赖配对的二维多轨道超导体中，作者提出了一种用于计算超流体权重的能带投影形式。研究发现，在这种情况下，能带几何超流体刚度张量在布里渊区的某些区域内可能是局部非正定的。当这些区域足够大或包含节点奇点时，由于配对涨落，总超流体权重变为非正定，从而导致 BCS 态转变为配对密度波 (PDW) 。本文研究了在双轨道超导体的背景下的几何 BCS-PDW 转变，并证明了在一般拓扑平带中几何 BCS-PDW 转变的存在。

（毛慧灿）

Pair Density Waves from Local Band Geometry

Guodong Jiang and Yafis Barlas

Phys. Rev. Lett. 131, 016002 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.131.016002

结为超导对称序参量提供了丰富信息。作者分析了扫描隧道显微镜（ STM ）尖端与超导转角双层石墨烯（ TBG ）间的结和 TBG 约瑟夫逊结（ JJs ）。并比较了在谷交换下偶数或奇数（ s 波或 f 波）的超导相。 JJs 中混合（ s 和 f ）的临界电流强烈依赖于结和晶格之间的角度。在 STM-TBG 结中，如实验所示，由于 Andreev 反射， f 波会导致子能隙电导出现显著峰值。

（彭怡然）

Junctions and Superconducting Symmetry in Twisted Bilayer Graphene

Héctor Sainz-Cruz, Pierre A. Pantaleón et al.

Phys. Rev. Lett. 131, 016003 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.131.016003

在转角 h −BN/ 石墨烯异质结中，石墨烯中快速行进的电子气的复杂电子性质通常认为是被完全揭示的。然而，随机转角异质结也可能具有意想不到的转变行为，这可能影响器件性能。在这里，作者使用单色电子能量损失光谱研究了 h −BN/ 石墨烯异质结的转角相关耦合效应。作者发现，莫尔势改变了石墨烯的能带结构，导致 M 点的层内跃迁红移，随着转角的增加，红移在 0.22 eV 时变得更加明显。此外， h −BN 的布里渊区相对于石墨烯 M 点的转角导致在 5.1–5.6 eV 范围内的可调垂直跃迁能。作者的研究结果表明，在器件制造中应仔细考虑范德华异质结的转角耦合效应，并且通过转角的连续可调的带间跃迁可以作为设计光电器件的一个新的自由度。

（郑鹏宇）

Tunable Interband Transitions in Twisted h−BN/Graphene Heterostructures

Bingyao Liu et al.

Phys. Rev. Lett. 131, 016201 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.131.016201

对于原子长度尺度的半导体，即使是一个原子层的差异也会改变晶体的对称性，导致电子结构的重大变化，这对现代电子学至关重要。然而，由于样品制备和原子尺度精度表征方面的挑战，这种效应的实验探索尚未实现。作者报告了通过扫描隧道显微镜在原子厚度的 PbTe 薄膜中发现晶体对称交替引起的带隙振荡。当 PbTe 薄膜厚度从 18 原子层减小到 2 原子层时，带隙尺寸从 0.19 eV 扩大到 1.06 eV ，增加了 5.6 倍，并且由于晶体的对称性在 P4/mmm 与 P4/nmm 之间交替，出现了奇偶层振荡。作者的工作为下一代纳米电子学在原子尺度上的半导体电子结构工程提供了新的思路。

（刘瑞）

Oscillation of Electronic-Band-Gap Size Induced by Crystalline Symmetry Change in Ultrathin PbTe Films

K. Chang, M. Hu et al.

Phys. Rev. Lett. 131, 016202 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.131.016202

相空间中电子与电子之间的碰撞的温度依赖性会导致金属中电阻率的一个温度 T 平方贡献项。 Umklapp 散射被认为是致密金属中 e-e 散射引起的动量损失的来源。然而，在稀金属比如微掺杂的钛酸锶，在没有 Umklapp 发生时， T 平方电阻率的起源还有待确定。在这项研究中，通过分离电子和声子对热输运的贡献，作者提取了铌掺杂钛酸锶的电子热阻，结果显示其具有 T 平方的温度依赖。它的振幅与 T 平方电阻率相关。 Wiedemann-Franz 定律在零温情况下严格成立，但在有限温情况下不成立，因为两个 T 平方的前因子有一个 3 的因子的不同，其和费米液体中的情况类似。回顾 ³ He 的情况，作者认为 T 平方项热阻并不要求 umklapp 的存在。在无序情况下 Wiedemann-Franz 定律的近似复现能够解释没有 umklapp 存在时的 T 平方电阻率。

（郭维安）

T -Square Dependence of the Electronic Thermal Resistivity of Metallic Strontium Titanate

Shan Jiang, Benoît Fauqué et al.

Phys. Rev. Lett. 131, 016301 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.131.016301

[ 编辑推荐 ] 一种新的方案将量子点接触和量子点结合起来，可能实现对诸如分数量子霍尔态等系统中难以测量的拓扑纠缠熵的测量。

拓扑纠缠熵 (TEE) 是拓扑序的关键指标，可以用于检测阿贝尔或非阿贝尔任意子的存在。然而，目前在凝聚态系统中没有实验可行的方案来测量拓扑纠缠熵。在本文中，作者提出了一种方案来测量带有保护边缘态的手征拓扑相的拓扑纠缠熵，该方案是基于量子点接触 (QPC) 中发生的热力学熵变与拓扑液体分裂成两部分之间的非平庸连接。作者展示了如何利用附近量子点的电荷检测从麦克斯韦关系中提取这种熵变。作者利用 sine-Gordon 模型的精确解明确地展示了 Abelian Laughlin 态，而该模型可以描述 QPC 中的普适交叉现象。作者的方法可能为具有非阿贝尔统计的拓扑态开辟了一种新的热力学检测方案。

（毛慧灿）

Measuring Topological Entanglement Entroy Using Maxwell Relations

Sarath Sankar et al.

Phys. Rev. Lett. 131, 016601 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.131.016601

本文利用不可逆高温塑性变形的四方铁电单晶 BaTiO ₃ ，报道了一种类似于薄膜方法的本征应变工程。沿 

 轴排列良好的位错和  

 平 面定义的平面内相关应变场被引入，从而只在平面内形成核。通过实验观察和理论分析相结合，作者揭示了在老化和应变疲劳过程中，畴不稳定性和外在退化过程都可以得到缓解，并证明这需要对平面内外畴变的比率进行仔细的应变调整。作者的发现促进了对驱动铁性材料磁畴成核和不稳定性结构缺陷的理解，并对减轻器件退化来说是至关重要。

（彭怡然）

Intrinsic-Strain Engineering by Dislocation Imprint in Bulk Ferroelectrics

Fangping Zhuo, Xiandong Zhou et al.

Phys. Rev. Lett. 131, 016801 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.131.016801

作者报道了 CsV ₃ Sb ₅ 单晶的高分辨率极化克尔效应测量，以寻找在 T ^* ≈94K 电荷序转变以下自发时间反演对称性破缺的特征。利用在 1550 nm 波长下工作的两种不同版本的零面积环 Sagnac 干涉仪，每种干涉仪都具有基本属性，即在其路径上没有时间反演对称性破缺样品的情况下，干涉仪是完全可逆的，作者在 30 纳米弧度的设备噪声下限内没有发现可观察到的克尔效应。同时相干反射率测量证实了在与克尔测量相同的光学体积中电荷序转变的锐度。在有限磁场下，作者观察到在 T ^* 处克尔信号中突然出现抗磁性偏移，这种偏移一直持续到最低温度，趋势没有变化。由于 1550 nm 的能量被证明能够捕获与电荷序转变相互作用的材料的光学性质的所有特征，作者得出结论， CsV ₃ Sb ₅ 中的电荷序态中时间反演对称性极不可能被破坏。

（郑鹏宇）

High Resolution Polar Kerr Effect Studies of CsV ₃ Sb ₅ : Tests for Time-Reversal Symmetry Breaking below the Charge-Order Transition

David R. Saykin et al.

Phys. Rev. Lett. 131, 016901 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.131.016901

当一个热系统比一个同等的冷系统冷却得更快时，它就表现出 Mpemba 效应 (ME) 。这种违反直觉的现象在包括水、磁性合金和聚合物在内的多种体系中都被观察到。在大多数实验中，系统通过其边界与槽体耦合，但迄今为止所有的理论都假定了体耦合。在这里，作者建立了一个通过边界耦合来表征反常弛豫的一般框架，并提出了两个标志性的设置 : 扩散粒子和伊辛反铁磁体。在后者中，作者证明了 ME 可以在任意弱耦合中留存。

（谢梦祥）

Relaxation Shortcuts through Boundary Coupling

Gianluca Teza, et al .

Phys. Rev. Lett. 131, 017101 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.131.017101

作者确定了一种由宏观涨落理论描述的与时间积分观测值相关且发生在扩散系统中的动力学相变新场景。该场景的特点是一阶和二阶偏置诱导相变曲线在两个三临界点成对相遇。作者为它的出现提出了一个简单而普适的判据，并为三临界行为推导了精确的朗道理论。该场景通过三个例子进行了演示：受与活性相关的结构观测量偏置的简单对称排斥过程；受到流偏置的 Katz-Lebowitz-Spohn 晶格气体模型；和受熵增偏置的活性晶格气体。

（谭宇涛）

Tricritical Behavior in Dynamical Phase Transitions

Tal Agranov, et al .

Phys. Rev. Lett. 131, 017102 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.131.017102

聚合物纳米复合物具有重要的材料应用，并且是许多分子水平研究的持续焦点，然而存在令人费解的实验结果。例如，某些聚合物纳米复合物基质的比容比纯聚合物高 2% 至 4% ；在纯聚合物熔体中，这相当于 40 至 100MPa 的压力变化，以及等温段弛豫时间减少 3 至 5 个数量级。然而，纳米复合物分段动力学并未显示出任何加速。 White 和 Lipson 可以解释这种动力学与比体积的明显退耦合，关键是要考虑系统膨胀性，即体积数据的温度依赖性，以及致密液体堆积时限制体积的概念。使用压力、体积、温度数据作为两者的路径，作者能够预测纳米添加物对材料中可获得的（即自由的）空间的影响，这对于促进致密系统中的分子重排至关重要。作者的分析解释了为什么材料比体积的增加并不总是会导致更快的分段动力学。

Why Volume and Dynamics Decouple in Nanocomposite Matrices: Space that Cannot Be Accessed is Not Free

Ronald P. White and Jane E. G. Lipson

Phys. Rev. Lett. 131, 018101 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.131.018101

Wei 等人研究了由掺杂有光激活的双面粒子的胶体网络制成的准二维凝胶。凝胶形成后，作者在激活之前、期间和之后监测结构和动力学。在活性开启前，凝胶会慢慢老化。在激活过程中，被动粒子的迁移率表现出特征尺度依赖响应，而胶体网络保持连接，并且凝胶保持其结构完整性。一旦活性被关闭，凝胶就会停止老化并保留从活性相继承的结构记忆。值得注意的是，在活性期之前，其运动能力仍然大于凝胶的运动能力。该系统已变成真正更软的凝胶，具有冻结的动力学，但具有更多的热涨落空间。上述结论在活性期后仍长期有效 。

Reconfiguration, Interrupted Aging, and Enhanced Dynamics of a Colloidal Gel Using Photoswitchable Active Doping

Mengshi Wei, et al .

Phys. Rev. Lett. 131, 018301 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.131.018301