原标题:PRL导读-2018年121卷09期

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普通物理:统计与量子物理

责编:艾清

一维非平衡量子系统的拓扑性质

McGinley和Cooper研究了一维系统在幺正时间演化下的拓扑性质。作者证明由系统的初始波函数和哈密顿量所确定的对称性在含时波函数中可能并不会出现,他们称这种现象为“动力学诱导的对称性破缺”。这就导致了在非相互作用间隙拓扑相中淬火后有出现时变体积指数的可能性。相应的结果可以通过粒子输运测量实验来观测。参照纠缠谱,本文解释了对非相互作用费米子和受反幺正对称性保护的拓扑相,波函数的拓扑是如何偏离平衡的。(马宇翰)

Topology of One-Dimensional Quantum
Systems Out of Equilibrium

Max Mc Ginley and N. Cooper

Phys. Rev. Lett.121, 090401 (2018)

动力学晶格上的强关联玻色子

Cuadra等人研究了动力学晶格上由强关联玻色子组成的一维系统。为此,我们扩展了标准Bose-Hubbard模型的哈密顿量,以包含在晶格键上的额外自由度。作者们表明,这种最小模型展示出的现象与费米子-声子模型有关。特别地,作者们发现了Peierls跃迁的玻色子模拟,其中底层晶格的平移对称性是自发破缺的。这提供了在具有相互作用的情况下获得拓扑绝缘体的动力学机制,与电子的Su-Schrieffer-Heeger模型类似。本文数值的表征了系统的相图,展示了不同类型的键级波和拓扑孤子。最后,作者研究了使用原子系统实现该模型的可能性。(马宇翰)

Strongly Correlated Bosons on a Dynamical
Lattice

Daniel González-Cuadra, et al

Phys. Rev. Lett.121, 090402 (2018)

通过模式选择光子测量的

量子限制时频估计

通过投影到复杂的光学模式轮廓上,可以用量子极限的精度估计任意小的物体之间的间隔,而不会由于重叠的强度轮廓而产生不确定性。在本文中,使用整形超快脉冲的模式选择的和频率产生,Donohue等人将这些技术扩展到时频域。作者在实验上解决了对比其光波段带宽小十倍的单光子能级信号非相干混合的时间和光谱分离,其精度比Cramér-Rao界限提高了十倍。(马宇翰)

Quantum-Limited Time-Frequency Estimation
through Mode-Selective Photon Measurement

J. M. Donohue, V. Ansari, et al

Phys. Rev. Lett.121, 090501 (2018)

随机热力学中的反正弦定律

Barato等人证明了热力学流超过其平均值所花费的时间比例遵循反正弦定律,这是Lévy在研究布朗运动时所获得的著名结果。在平均线以上或以下有长条纹的随机流比那些在平均线以上或以下花费相似时间比例的随机流更有可能发生。布朗卡诺热机给出的实验数据证实了作者们的理论预言。作者还推测与流相关的另外两个随机时间服从反正弦定律:流达到其最大值的时间和流最后一次超过其平均值的时间。这些结果特别适用于分子马达、量子点和胶体系统。(马宇翰)

Arcsine Laws in Stochastic
Thermodynamics

Andre C. Barato, et al

Phys. Rev. Lett.121, 090601 (2018)

超导量子比特中能量弛豫时间的涨落

超导量子比特是用于实现量子计算的一个有吸引力的平台,鉴于它们已经实现了高保真量子门、并展示了对适度系统尺寸的可扩展性。然而,由于超导量子比特的能量弛豫时间在频率和时间上可能产生不可预测的波动,稳定它们的能量弛豫时间是一个突出的挑战。在本文中,Klimov等人使用量子比特作为光谱和时间探针来探测单个二能级系统的缺陷,以提供它们是最大涨落来源的直接证据。本研究为校准、设计和制造有稳定性能的量子比特奠定了基础。(马宇翰)

Fluctuations of Energy-Relaxation Times
in Superconducting Qubits

P. V. Klimov etal.

Phys. Rev. Lett. 121, 090502
(2018)

动力学大偏差的反常标度

在稳态下驱动的非平衡过程中,对可观测量的时间积分的典型值和涨落可以用大偏差函数表征,这将熵和自由能推广到了非平衡系统。这些函数的定义涉及一个与热力学极限相似的尺度极限。在不考虑长程关联的情况下,其中的积分时间τ是呈线性形式。除非考虑的过程具有长程关联时,τ通常被替换为τξ,其中ξ≠1。在本文中,Nickelsen和Touchette证明了在没有长程相关性的情况下,在简单如郎之万方程所描述的马可夫过程中,这种大偏差中关于时间的反常幂律标度也可能出现。作者使用路径积分来描述这种标度背后的机制,并讨论它在更一般过程中的物理结果。(马宇翰)

Anomalous Scaling of Dynamical Large
Deviations

D. Nickelsen and Hugo Touchette

Phys. Rev. Lett.121, 090602 (2018)

长程相互作用的量子自旋链中的准粒子

Vanderstraeten等人用变分矩阵乘积态技术研究了带有长程相互作用的量子自旋链中的准粒子。可以证明,即使当关联长度变得很大以及在拓扑非平凡的情况下,如自旋子,局域准粒子假设也可以非常精确地捕捉到这些元激发。并且由他们的研究表明,Lieb-Robinson限制的破缺是由色散关系中尖点的出现而产生。当长程相互作用可调时,出现的不同准粒子的交叉就是证据。(刘宁)

Quasiparticles in Quantum Spin Chains
with Long-Range Interactions

Laurens Vanderstraeten, et al.

Phys. Rev. Lett. 121, 090603
(2018)

在一维强关联原子气体中

约瑟夫森振动的阻尼

Polo等人研究了两个被局域化势垒分离的一维强关联玻色子云的约瑟夫森振动。在不可穿透玻色子极限(impenetrable-bosonlimit)下,使用量子郎之万方法和精确Tonks-Girardeau解,他们确定了粒子数不平衡的动力学演化,并且表明了约瑟夫森振动中的有效阻尼由势垒高度、相互作用强度和温度决定。他们证明了来源于量子涨落和热涨落的阻尼必然会在强关联气体中出现。由于此模型的密度相的对偶性,同样的结果可以用在弱势垒耦合不同角动量态的一维环中的粒子流振动。(刘宁)

Damping of Josephson Oscillations in
Strongly Correlated One-Dimensional Atomic Gases

J. Polo, V. Ahufinger, et al.

Phys. Rev. Lett. 121, 090404
(2018)

在量子交换器中的不确定因果顺序

量子力学允许拥有不确定因果顺序的事件发生:这可以由测量一个因果目击者来证实,就像纠缠目击者证实纠缠时那样相同的方式。在这篇文章里,Goswami等人制造了一个光量子交换器,两个算符可以出现在它们两个可能顺序的量子叠加中。这两个算符是在光子的横向空间模式上;极化相干地控制它们的顺序。他们的方案确保了算符不能被空间和时间部分所区分——这允许在目标设备上进行量子d特(quidt)的编码。并且通过构建因果目击者以及测量它的值,这个值超出确定顺序界限的18个标准偏差,来证实了在其量子交换器中没有确定的因果顺序。(刘宁)

Indefinite Causal Order in a Quantum
Switch

K. Goswami, et al.

Phys. Rev. Lett. 121, 090503
(2018)

在模拟玻色子和费米子三重系统中

粒子统计的一一对应

在量子世界中,关联可以表现为纠缠的形式,被称为一一对应。在这篇文章里,Karczewski等人展示了另外一种类型的关联,不可分辨性也被一些一一对应的形式所限制。也就是说,如果粒子A和B模拟的是玻色子,那么粒子A和C则不能很好地模拟费米子。他们得出的主要结果在于演示了这种可能有多大程度。(刘宁)

Monogamy of Particle Statistics in
Tripartite Systems Simulating Bosons and Fermions

Marcin Karczewski, et al.

Phys. Rev. Lett. 121, 090403
(2018)

引力与天体物理

导读:郭敏勇;责编:高思杰

宇宙射线对超新星残骸演化

和动量淀积的影响

使用薄球壳近似的半解析方法,作者计算了超新星残骸(SNR)的长程演化,同时也解释了在爆炸波中宇宙射线(CRs)被加速原因。他们的方法重复出了使用最先进流体模拟方法对只含有气体的绝热辐射阶段模拟得到的结果,并且预测典型的宇宙射线加速效率可以将SNR动量沉积提高2-3倍。在气体会发生更严重的辐射损失的环境中,这种增强可以增大到一个数量级。这一结果可能对建立超新星反馈对恒星形成和星系演化的模型具有重要影响。

Effect of Cosmic Rays on the Evolution and Momentum Deposition of
Supernova Remnants

R. Diesing and D. Caprioli

Phys. Rev. Lett. 121, 091101 (2018)

用GW170817观测探究中子星

的潮汐形变和半径

在本文中,作者使用双中子星合并产生的GW170817的引力波来研究中子星的潮汐形变和半径。他们借助电磁观测确定源位置和距离从而进行贝叶斯参数估计。他们还假定两颗中子星具有相同的状态方程,同时他们证明,对于质量可与产生GW170817的双中子星中之一质量相当的恒星,如果假设恒星的无量纲潮汐形变由双星系统质量比q,决定Λ1/Λ2=q6,可以有效地实现这一点。他们研究了已知的多种中子星组分质量比的情况。他们发现,对于均匀组成情况,在90%的置信区间上,潮汐形变为222+420-138,对于通过无线电观测得到的银河双中子星的质量组分情况,潮汐形变为245+453-151,对于由射电脉冲星得道的质量组分情况,潮汐形变为233+448-144。他们发现了对所有已知质量组分的双中子星常见区域半径8.9
≤R ≤13.2
km(平均值R=10.8公里)的可信测量。他们的结果是在恒星状态方程的物理约束下对潮汐形变的首次测量,并且利用引力波对中子星的形变和半径给出了下限。

Tidal Deformabilities and Radii of
Neutron Stars from the Observation of GW170817

Soumi De, et al.

Phys. Rev.
Lett. 121, 091102(2018)

有效场论强耦合机制中的单值暴胀

在本文中,作者针对一般的单场通量单值模型提出了一个简单的有效理论框架,对于大场值的强耦合效应可以使势能平坦化并激活更高阶导数的算符。这两种效果都可以压制张量振幅。这些模型都具有辐射和非微扰稳定性,可以维持≳60
e的暴胀。其动力学结合了大场混沌暴胀和k暴胀的特征。将张量-标量比降低到观测界限r≲0.1以下,或者将标量光谱指数ns保持在实验范围内,都可以产生等边非高斯性feqNL≃O(1),
接近当前的观测界限,或者给出非常小的r。

Monodromy Inflation in the
StrongCoupling Regime of the Effective Field Theory

G. D’Amico, et al.

Phys. Rev. Lett. 121, 091301(2018)

基本粒子与场论

责编:晁伟、刘晓辉

标准模型费米子和无限维R对称

作者在之前的工作中向人们展示了如何修补由盖尔曼提出的一个方案,该方案将N=8超引力的48个自旋-12的费米子与N=8超对称完全破缺后的标准模型的3×16个夸克和轻子对应起来。在本文中,作者进一步拓展了该方案,考虑了完整的SU(3)c×SU(2)w×U(1)Y对称,也额外引入了SU(3)f对称。该方案特别依赖于一种将N=8超引力的SU(8)
R对称嵌入猜测为最大对偶E10对称的(无限维)“最大紧致”子群K(E10)的方法。作为一个副产品,该方案预言了分数电荷和强相互作用的带质量引力子。该方案还指出了E10和K(E10)如何能够超过超对称成为大统一的指导原理。

Standard Model Fermions and Infinite-Dimensional R Symmetries

K. Meissner and H. Nicolai

Phys. Rev. Lett. 121, 091601 (2018)

测量D0 → π+π−μ+μ−D0 → K+K−μ+ μ–

衰变中的角和CP反对称

本文报道了D0→ π+π−μ+μ−和D0→
K+K−μ+μ–衰变中双μ子对的向前向后反对称(AFB),三重产生反对称(A2ϕ)以及电荷-宇称-共轭反对称(ACP)的首次测量。这些测量使用了从2011到2016年间LHCb实验采集的质子质子对撞数据,这些数据对应于5fb-1积分亮度。这些测得的反对称为AFB(D0→π+π−μ+μ−)=(3.3±3.7±0.6)%,
A2ϕ(D0→π+π−μ+μ−)=(−0.6±3.7±0.6)%, ACP(D0→π+π−μ+μ−)=(4.9±3.8±0.7)%,
AFB(D0→K+K−μ+μ−)=(0±11±2)%, A2ϕ(D0→K+K−μ+μ−)=(9±11±1)%,
ACP(D0→K+K−μ+μ−)=(0±11±2)%,这里第一个不确定度是统计误差第二个为系统误差。本文还测量了作为双μ子对质量函数的反对称。测量结果和标准模型预言相一致。

Measurement of Angular and CP Asymmetries in D0→ π+π−μ+μ−and D0→
K+K−μ+μ– Decays

R. Aaij et al. (LHCb Collaboration)

Phys. Rev. Lett. 121, 091801 (2018)

使用自旋交换无弛豫时间的磁力计

在轴子质量为亚MeV范围对奇异自旋

和速度依赖的相互作用的实验限制

作者使用高灵敏自旋交换无弛豫时间(SERF)磁力计来搜索极化电子奇异的自旋和速度依赖的相互作用,磁力计用来提供极化电子和磁场探测器。本实验旨在灵敏地探测在SERF蒸汽单元中的极化电子与固态质量中的非极化核子间的奇异相互作用的类磁场效应。作者报道了实验对轴子质量<10-3eV的耦合常数的限制为10-19。

Experimental Constraint on an Exotic Spin- and Velocity-Dependent
Interaction in the Sub-meV Range of Axion Mass with a Spin-Exchange
Relaxation-Free Magnetometer

Young Jin Kim, et.al.

Phys. Rev. Lett. 121, 091802 (2018)

使用ATLAS探测器测量13TeV

质子-质子对撞下的Soft-Drop喷注质量

喷注亚结构观测量显著地延展了大型强子对撞机搜索超出标准模型物理的项目。理论计算提供了许多第一性原理的工具但是至今为止还没有实验与超过领头对数的理论结果的比较。这类比较对于探测强子对撞机尚未探测过的QCD共线区域以及理解在LHC广泛应用的喷注亚结构的性质有着重要的效果。本文报道了第一个在强子对撞机上的喷注亚结构的测量,这些亚结构观测量也被理论计算到了次次领头对数的精度。实验测量了以log10ρ2为函数的归一化的微分散射截面,这里ρ是soft-drop修剪过后的喷注质量与未修剪的喷注横动量的比值。该物理量的测量使用了由ATLAS探测器采集的13TeV,
32.9fb-1质子质子对撞中产生的双喷注数据。

Measurement of the Soft-Drop Jet Mass in p p Collisions at √s = 13 TeV
with the ATLAS Detector

M. Aaboud et al. (The ATLAS Collaboration)

Phys. Rev. Lett. 121, 092001 (2018)

χb1(3P)和χb2(3P)的观测及其质量的测量

本文使用由CMS采集的质子质子事例样本,通过ϒ(3S)γ衰变观测到了χb1(3P)和χb2(3P)态。数据是在质心能量为13TeV积分亮度为80fb-1采集的。ϒ(3S)介子通过双μ子衰变道来确认,而低能光子通过在硅示踪器中转化成为正负电子对来探测,由此也导致了χb2(3P)的质量分辨率为2.2MeV。这是首次J=1和2的态被很好地分辨并且他们的质量分别被测量:10513.42±0.41(统计)±0.18(系统)
MeV 以及10524.02±0.57(统计)±0.18(系统)
MeV,他们由比较ϒ(3S)的质量的世界平均值来确定,该平均值的误差为0.5MeV。实验测得的质量劈裂为10.60±0.64(统计)±0.17(系统)
MeV。

Observation of the χb1(3P) and χb2(3P) and Measurement of their Masses

A. M. Sirunyan et al. (CMS Collaboration)

Phys. Rev. Lett. 121, 092002 (2018)

测量Ω0c强子的寿命

本文报道了使用LHCb收集的质心质量为7,8TeV,积分亮度为3fb-1的质子-质子对撞产生的数据获得的Ω0c的寿命的测量。样本包含了大约1000个Ωb−→Ωc0μ−ν¯μX的信号衰变事例。这里Ωc0强子由pK−K−π+末态来确定而X代表衰变过程中一切没有被探测的粒子。实验测得的Ω0c的寿命为268±24±10±2fs。这里的误差分别为统计误差,系统误差以及由D+寿命的不确定度带来的误差。测得的数值近乎于当前世界平均值的四倍,与当前的世界平均值不一致。

Measurement of the Ω0c Baryon Lifetime

R. Aaij et al. (LHCb Collaboration)

Phys. Rev. Lett. 121, 092003 (2018)

原子核物理

责编:耿立升

通过A(e, e′pp) 反应研究

短程关联核子对的质心运动

短程关联(SRC)核子对是原子核组成非常重要的部分,包含了几乎所有动量高于费米动量(kF)的核子。与费米动量kF相比,短程关联对的相对动量很大,质心动量更小,这表明核子对中的核子彼此间距很小。确定短程关联对的质心动量分布对于理解关联对的形成过程至关重要。在本文中,CLAS合作组的Cohen等人从A(e,
e′pp) 反应的测量中提取了碳原子核中的质子质子短程关联对的质心运动,并首次提取了更重的、质量数不对称的铝,铁以及铅中的质子质子短程关联对的质心运动。他们发现这些原子核的关联对质心运动可以通过一个窄宽度的三维高斯分布描述,高斯展宽的范围从140到170MeV/c,该数值和两个处于平均场中核子的动量之和近似一致。提取的数据和理论计算结果的比较表明短程关联核子可以认为是由平均场中处于特定量子态的两个核子形成的。(王亚坤)

Center of Mass Motion of Short-Range
Correlated Nucleon Pairs studied via the A(e,e’pp) Reaction

E. O. Cohen et al.

Phys. Rev. Lett.121, 092501 (2018)

原子、分子与光学

导读:宋新秀;责编:张文凯

空间平移诱导的离散时间晶体

离散时间晶体是非平衡系统所特有的一个相,其中离散时间平移对称性是自发破缺的。迄今为止,大部分所提出的传统时间晶体都依赖于现场的对称性的自发破缺和相应的对称操作。本文提出了一种新的时间晶体,称为“空间平移诱导的离散时间晶体”,它是通过空间平移及其对称性破缺来实现的。由于空间平移的特性,在这种新的时间晶体中,各种时间晶体序只能通过改变填充而不改变驱动协议来出现。另外,作者证明了电荷或自旋的局部传输展示了一个非平凡的振荡,它使得时间晶体序的检测和应用成为可能,并提供了包括量子电路有前途的平台。本文的方案在各种量子模拟器中开辟了通过空间平移实现时间晶体序的新途径。

Spatial-Translation-Induced Discrete Time
Crystals

Kaoru Mizuta, et al.

Phys. Rev. Lett. 121, 093001 (2018)

基于激光的亚稳态氪的产生

本文演示了在长寿命1s5态下使用激光激发产生亚稳态氪的过程。实验中使用了脉冲光参量振荡激光器并让其工作于215 nm附近,原子则通过该波段的双光子吸收过程被激发到2p6状态,然后原子迅速衰减到亚稳态,其分支比为75%。作者还利用密度矩阵形式建立了相互作用动力学模型,并将其与实验观测相结合,计算出了光电离和双光子吸收横截面。与传统的亚稳态生产方法相比,该方法在对样品加热最少的情况下,展示了高密度亚稳态氪生产的巨大潜力。在这里,作者展示了高达每脉冲2%的亚稳态产生效率。当结合作者开发的密度矩阵模型,新的实验结果表明,在最优条件下,部分效率可以达到30%。

Laser-Based Metastable Krypton
Generation

M. A. Dakka, et al.

Phys. Rev. Lett. 121, 093201
(2018)

P轨道波色子的自旋和角动量的

旋转对称强制耦合

电子的固有自旋角动量耦合具有相对论的量子起源,其中耦合产生于带电轨道,并且不会携带到电中性原子上。在这里,作者提出了一种自旋角动量与加载到二维光学晶格的p轨道带的旋量原子玻色子耦合的自发生成机制。这种自旋角动量耦合起源于超流体中的多体相关和自发对称性破缺,其关键成分是自旋-通道量子涨落和近似旋转对称性。由此产生的自旋角动量相互交织的超流体具有狄拉克激发。在相邻位点存在化学势差的情况下,它提供了对称保护拓扑绝缘体的玻色模拟。通过动力学平均场计算,发现这种新型超流体是一种通用的低温相,它仅在强相互作用和偶数整数填充时会让位于Mott局域化。作者显示了达到该相所需的温度在目前的实验中是可以实现的。

Rotation-Symmetry-Enforced Coupling of
Spin and Angular Momentum for p-Orbital Bosons

Yongqiang Li, etal.

Phys. Rev. Lett. 121, 093401
(2018)

强相互作用费米气体的高灵敏度射频光谱

射频光谱技术是超冷气体领域中最强大的探测技术之一。本文报道了一种新颖的射频光谱方案,借由它可以检测极少量原子的非常微弱的信号。与之前的研究相比,使用这种方法,作者可以将实验可检测的光子-能量范围扩展了一个数量级。作者还直接验证了具有短程相互作用的费米子的一个通用性质,即射频谱尾部一直到相互作用尺度都符合幂律缩放。另外,作者还高精度地确定了不同相互作用强度下的陷阱平均接触参数。文中最后,作者利用这项技术精确测量了Feshbach分子在扩展磁场范围内的结合能。这些数据可以被用于提取40K的两个最低能级之间的Feshbach共振的新标度。

High-Sensitivityrf Spectroscopy of a
Strongly Interacting Fermi Gas

Constantine Shkedrov, et al.

Phys. Rev. Lett. 121, 093402
(2018)

外磁场中冷原子散射光的局域化转变

在强静态磁场中,本文建立了具有三重简并上能级的静态两能级原子的随机三维(3D)集合中的光的局域化相图。当原子数密度ρ超过临界值ρc≃0.1k3 0时,局部模式出现在窄光谱带中,其中k0是自由空间中的光波数。在常数ρ>ρc下改变光的频率时发生的局域转变的临界指数估计为ν= 1.57±0.07。这将过渡分类为3D正交普遍性类的Anderson局域转变。

Localization Transition for Light
Scattering by Cold Atoms in an External Magnetic Field

S. E. Skipetrov

Phys. Rev. Lett. 121, 093601
(2018)

偶极原子强相互作用费米气体的实现

本文利用铒原子实现了一种具有可调相互作用的双组分偶极费米气体。采用晶格保护技术,作者选择性地制备两种最低自旋态的深度简并的混合物,并在光学偶极阱中进行高分辨率Feshbach光谱分析,进而确定了相对宽泛的Feshbach共振并绘制了其附近的内自旋散射长度。费米混合物在强相互作用体系中显示出显著的碰撞稳定性,为在超偶极-偶极相互作用存在下包括Cooper对到结合分子的超流体配对的研究提供了第一步。

Realization of a Strongly Interacting
Fermi Gas of Dipolar Atoms

S. Baier, et al.

Phys. Rev. Lett. 121, 093602
(2018)

量子干涉的Hectometer再现

腔增强的单光子源表现出具有梳状相关函数的锁模双光子状态。本文实验中的超亮光源还能发射单光子对以及双光子NOON态,分别将输出分为偶数和奇数梳状。对于偶梳光子,作者证明了典型的非经典Hong-Ou-Mandel干涉可实现84阶干涉条纹,对应于超过100米的路径长度差。而对于奇梳光子,作者观察到了单光子干涉条纹调制可以超过Hong-Ou-Mandel干涉位移范围的两倍。

Hectometer Revivals of Quantum
Interference

Markus Rambach,etal.

Phys. Rev. Lett. 121, 093603
(2018)

非线性动力学和流体力学

责编:兰岳恒

异常点附近的拓扑波导:

缺陷免疫,慢光和损耗免疫传播

在传统波导结构中传播的电磁波被不连续点反射并在损耗区域中衰减。在本研究中,研究者们将非厄米物理学和拓扑光子学的概念结合应用,彻底改变了这种典型的导波行为。为此,作者理论上首次研究了在非厄米非倒易波导中实现耦合拓扑模式之间异常点的可能性。所建议的系统是由反向偏置的各向异性材料(例如,偏置等离子体或石墨烯层)组成,具有平衡的损耗和增益分布。为了研究这种复杂的波导问题,作者提出了基于经典格林函数理论的精确分析,并阐述了耦合拓扑模态行为及其非厄米简并特性。并且发现,通过在特殊点附近操作,可以实现异常的拓扑波传播,同时具有低群速度、对不连续处后向散射的固有抗扰性以及对损耗的免疫性。这些理论发现可能会打开令人兴奋的研究方向,并激发对非厄米拓扑波导的进一步探究,从而实现在实际场景中稳健的波传播。(柴咪莎)

Topological Waveguiding near an
Exceptional Point: Defect-Immune,Slow-Light, and Loss-Immune
Propagation

S. Ali Hassani Gangaraj, et al.

Phys. Rev. Lett. 121, 093901
(2018)

拓扑晶格上的边模和非对称波传输:

有限频率下的实验表征

尽管拓扑力学超材料已经在理论上得到了广泛的研究,但是它们的实验表征一直处于滞后状态。为了解决这个问题,研究者们给出了拓扑笼目晶格系统的激光辅助实验表征,旨在阐明它们的面内声子和拓扑特征。Ma等人特别探讨了当理论模型中出现的理想铰链被能够支持弯曲变形的韧带替代时建立的连续弹性极限,其在现实物理格子中可以被观察到。作者揭示在理想位形下预言存在的零能松软边缘模式如何变形为局域在边缘处的有限频率声子模式。通过精心设计的激励信号探测晶格,提取和表征了复杂低频声学区域的所有特征,其中体模式和拓扑边缘模式在响应中重叠和纠缠。实验为有限频率下非常不对称波传输区间的存在提供了明确的证据。(柴咪莎)

Edge Modes and Asymmetric WaveTransport
in Topological Lattices:

Experimental Characterization at Finite
Frequencies

Jihong Ma, Di Zhou, et al

Phys. Rev. Lett. 121, 094301
(2018)

无伴生像的全息图:一种压缩感知方法

由于复场的厄米对称性所产生的相位共轭波前,全息再现受到干扰。所谓的伴生像在解决逆问题时模糊了重建。在这里,研究者们定量地揭示了伴生像是如何以及多大程度上影响重建,并提出了压缩感知(CS)方法来重建完全没有伴生像的全息图。利用正则基,与波传播相关的傅里叶变换自然地满足CS的非相干条件。利用与距离相关的传播核函数,物体波衍射成清晰图案,而相位共轭波衍射成漫射图案。利用全变差稀疏约束迭代算法可以滤除漫反射共轭信号,克服全息重建的固有物理对称性。仿真和实验结果验证了可行性,并与现有的相位检索方法进行了比较。(柴咪莎)

Twin-Image-Free Holography: A Compressive Sensing Approach

Wenhui Zhang, et al.

Phys. Rev. Lett. 121, 093902 (2018)

调制不稳定诱导的连续泵浦

光参量振荡器中的频率梳

可以利用连续泵浦的无源非线性腔来创建新的光学频率梳。虽然大多数研究都集中在三阶“克尔”非线性相互作用,但最近的研究表明,频率梳形成也可以通过二阶非线性效应实现。在这里,研究者们通报了光学参量振荡器(OPO)配置中形成的二次梳。特别地,证明了在连续驱动OPO中,可以在泵浦频率一半左右的参数区间中产生光学频率梳。利用单时域平均场方程对OPO动力学进行建模,识别了由调制不稳定性引起的未知动力学区间,可以形成频率梳。数值模拟结果与实验观察到的光谱非常一致。此外,通过对模拟光谱相干特性分析,表明了相关梳和锁相梳的存在。研究揭示了一种以前未被注意到的动力学,尽管相关光学系统已被仔细考察过。它可以产生一类新的频率梳源,还可以通过直接访问难以捉摸的光谱区域(例如中红外)来刺激新的应用。(柴咪莎)

Modulation Instability Induced Frequency Comb Generation in a
Continuously Pumped Optical Parametric Oscillator

S. Mosca, M. Parisi, et al.

Phys. Rev. Lett. 121, 093903 (2018)

快速流中的液膜的平衡形态及其稳定性

通过实验和模型研究了悬浮液膜在外部流动影响下形成气泡过程中的变化。研究者们识别了一族非最小但稳定的平衡形状,在流速达到临界值前有效,超过临界值,膜不稳定地膨胀。模型考虑了观察到的非线性形变和力。方程解图中的鞍结分岔和折叠分岔表明,高速气泡的形成由于失去平衡而造成,低速气泡的形成是由于形状过度膨胀失去其稳定性而造成的。(柴咪莎)

Equilibrium Shapes and Their Stability for Liquid Films in Fast Flows

Likhit Ganedi, et al.

Phys. Rev. Lett. 121, 094501 (2018)

等离子体与束物理

责编:陈少永

倾斜电子脉冲

[编辑推荐语]研究者们用太赫兹光脉冲交叉穿过电子束产生了一种倾斜的电子束脉冲,为电子显微镜提供了更高的时间分辨率。

Ehberger等人提出了一种利用单周期太赫兹脉冲倾斜作用于电子透射镜从而产生和调制倾斜电子束的全光学方法。该方法能够在几乎任意目标位置产生带有选定倾斜角的飞秒电子脉冲。实验与理论进一步揭示出,电子束脉冲前沿的倾斜与角色散有直接的关联。从量子力学的角度来看,这种关联对于任何相干度的粒子束都是普遍成立的。这些结果都表明超短电子束脉冲也能像飞秒激光脉冲一样在时间和空间上成形,但其波长超过激光波长的105倍,且能达到亚纳米级别的成像分辨率。(杨生鹏)

Tilted Electron Pulses

Dominik Ehberger et al.

Phys.Rev. Lett. 121, 094801 (2018)

三维碰撞等离子体中

比尔曼电池介导磁重联

近期实验证实了碰撞等离子体羽流间的磁重联,其在等离子体中的重联磁场是通过比尔曼电池效应(Biermann-battery
effect)自行产生的。Matteucci等人通过全动理学三维模拟,展示了这些实验中的磁场和等离子体的全部演化过程,及膨胀羽流的自洽磁场的产生。两个等离子体的碰撞驱动电流片的形成,重联在该电流片中发生,且对时间和空间具有强烈的依赖性,此发现揭示了一种新的三维重联机制。具体而言,模拟观察到一个快速、垂直局域化的比尔曼介导磁重联,该重联是一种固有的三维过程:电流片中的温度剖面与平面外消融密度剖面耦合,共同破坏流入的场线,并将下游的场重新连接起来。比尔曼效应和无痕电子压力张量共同维持快速重联,但等离子体团的发展似乎调节着后者的贡献。作者们提出了一个简单通用的公式来考虑比尔曼介导重联在一般天体物理场景中的相关性。(秦晨,牟茂淋)

Biermann-Battery-Mediated Magnetic
Reconnection in 3D Colliding Plasmas

J. Matteucci, et al

Phys. Rev. Lett. 121, 095001
(2018)

建立理解NIF黑腔等离子体中

输运的实验基础

Barrios等人报告了在国家点火装置(National Ignition Facility)上的点火黑腔中首次跨区域电子温度(Te)和流测量,测量采用了中间z光谱示踪“点”新技术。测量结果定义了黑腔等离子体条件的低分辨率“图”,并为激光驱动的X射线腔中粒子和能量输运物理的首次跨区域测试提供了基础。该数据集与腔体附近的经典热流一致,但其在激光入口孔附近的热流减少。此外,作者们还评估了动理学效应、自生磁场和不稳定性在黑腔中引起空间依赖热输运所起到的作用大小。(阳青程,牟茂淋)

Developing an Experimental Basis for
Understanding Transport in NIF Hohlraum Plasmas

Barrios, et al

Phys. Rev. Lett. 121, 095002
(2018)

凝聚态物理:结构

责编:殷志平

具有腔诱导长程相互作用的

晶格玻色子的量子弛豫和亚稳定性

在高精细光学谐振腔(光学腔)中,冷原子与辐射场的耦合会引起长程相互作用,这种相互作用可以与潜在的光学晶格竞争。短程相互作用和长程相互作用产生了新的物质相,包括超固体(SS)和密度波(DW),以及有趣的量子动力学。本文指出,对于一维硬核玻色子,在热力学极限下,可以精确地计算基态相图和猝灭后的量子弛豫。从DW基态到动态转变线以下的超流体(SF)相的淬火,剩余的DW序可以被观察到。在超出静态亚稳态线足够强的SF到DW淬灭之后,DW序出现在剩余SF序之上,从而产生动态生成的SS态。我们处理无限系统尺寸极限中无限和短程相互作用的方法为精确求解具有无限和短程相互作用的其他哈密顿量开辟了一条途径。(麻晓波)

Quantum Relaxation and Metastability of
Lattice Bosons with Cavity-Induced Long-Range Interactions

Benjamin Blaß, et al.

Phys. Rev. Lett. 121, 095301
(2018)

驱动耗散量子系统的动力学临界指数

作者研究了参数驱动和非相干驱动的微腔极化声子在临界区域进行无限快速猝灭后的相位有序性。他们证实该系统尽管具有驱动-耗散特性,但在相位排序的后期表现出两点关联器的自相似模式,从而满足两种驱动方案的动态比例假设。他们表明了极化子具有动力学临界指数z ≈ 2的特征,其中拓扑缺陷在动力学中起着重要的作用。这对涡旋数的幂指数衰减和特征长度的关联增长都给出了对数校正。(毛慧灿)

Dynamical Critical Exponents in
Driven-Dissipative Quantum Systems

P. Comaron, G. Dagvadorj et al.

Phys. Rev. Lett. 121, 095302
(2018)

偶极耦合三自旋系统的磁敏感性

自由基对机制是化学反应中磁敏感性的典型模型。这种模型的关键要素是超精细相互作用,它能使电子的自旋单态和三重态在自由基对中相干混合,从而通过自旋选择反应通道促进反应中的磁场效应(MEFs)。Keens等人证明了超精细相互作用并不是实现自由基反应对弱磁场敏感性的必要条件。他们指出在由三个自由基而不是两个组成的系统中,偶极相互作用为磁场效应提供了另一种途径。通过考虑对称性和能级交叉作用,Keens等人提出了一种模型,该模型展现出对弱于地磁的磁场的定向敏感性,并且可以得到在反应中与磁场强度有关的显著峰值;这些效应还可以通过交换相互作用调整。他们的研究进一步解释了弱磁场对化学反应的影响,可以为更清楚地了解神秘的磁感受和其他生物磁场效应铺平道路,并激发量子传感器的设计。此外,这种现象还会影响到固态量子信息处理中使用到的自旋系统,也可能适用于自旋电子学。(刘瑞)

Magnetosensitivity in Dipolarly Coupled
Three-Spin Systems

R. Keens, S. Bedkihal and D.
Kattnig

Phys. Rev. Lett. 121, 096001
(2018)

在受限生长晶体中空腔的形成

当生长晶体被紧靠着壁放置的时候将形成空腔。通过对在玻璃表面附近生长的氯酸钠晶体(NaClO3)的光学显微镜观察以及在用薄膜模型模拟中观察到腔的诞生。当由于生长单元通过晶体和壁之间的液膜供应不足而不能在接触区域的中心保持生长时,出现空腔。作者得到一个非平衡形态图用以表征空腔出现的条件。空腔的形成是在许多实验中观测到的生长边缘形成的源头的一个很常见的现象,并且是自然环境中生长晶体的形态复杂性的来源。作者的结果同时也为紧凑晶体在封闭空间中生长的诸多条件做出了限制。(曹锦)

Cavity Formation in Confined Growing
Crystals

Felix Kohler, Luca Gagliardi et
al.

Phys. Rev. Lett. 121, 096101
(2018)

凝聚态物理:电子性质

责编:袁喆,马锋杰,沈卡

Kagome晶格Fe3Sn2中的平带和铁磁序

[编辑推荐语]在kagome晶格中,Bloch波函数的局部破坏性干涉现象为费米能级附近的平带效应提供了证据。

平带因有着高度的简并和无色散的的特性而有可能用于探索奇异量子相。到目前为止,在现实的材料中,仍然缺乏对平带进行证明的实验结果。在这里,作者展示了由两个铁kagome晶格和一个Sn间隔层组成的三明治结构中,可在费米能级附近观测到平带。通过理论计算和模型的确定,作者提出该平带效应是由于在kagome晶格层中存在着布洛赫波函数的局部破坏性干涉效应。进一步,作者发现由于电子相关的协同效应和特殊晶格几何结构的共同作用,可在该类三明治结构中观测到高温铁磁序。(刘钱)

Flatbands and Emergent Ferromagnetic
Ordering in Fe3Sn2Kagome
Lattices

Z. Lin et al.

Phys. Rev. Lett. 121, 096401
(2018)

第一性原理研究固体铁

在地核条件下的热导和电阻率

Xu等人计算了至地核压力和温度下密排六方结构(hcp)的固体铁的热导和电阻率。他们发现来自电子-电子散射的重要贡献,这通常在高温过渡金属中被忽略。他们的计算显示在极高压下hcp Fe的电阻率和温度间有准线性关系。考虑合理的误差,他们获得的热导和电导率与实验测量一致。对比先前忽略电子-电子散射的估计,他们预测的热导率要小。他们估算的外芯热导率为77±10Wm-1K-1,与热对流驱动的地核电机一致。(方子明)

Thermal Conductivity and Electrical
Resistivity of Solid Iron at Earth’s Core Conditions from First
Principles

Junqing Xu et al.

Phys. Rev. Lett. 121, 096601
(2018)

热驱动非平衡双杂质近藤系统

Sierra等人研究了存在热偏压情况下串联耦合的双量子点中的原型双杂质近藤问题,并从slave-boson公式获取了非线性热响应和热电响应。作者证明,当近藤关联效应强于量子点自旋之间的反铁磁耦合时,系统表现出热二极管行为,出现负微分热电导区域。通过改变量子点之间隧穿耦合和电子库与量子点之间隧穿耦合强度的比值以及热偏压的大小可以控制热电流的正负号。所有这些表现都源自高热偏压下双量子点的解耦,从而使得无论两个隧穿耦合强度的比值多大,热流和热电流都会受到抑制。本文也分析了有限大小反铁磁耦合时热偏压对近藤区到反铁磁区过渡的影响。(李松)

Thermally Driven Out-of-Equilibrium
Two-Impurity Kondo System

Miguel A. Sierra et al.

Phys. Rev. Lett. 121, 096801
(2018)

拓扑绝缘体薄膜中

由反铁磁性诱导的拓扑相变

拓扑绝缘体中的磁性能够打开拓扑非平庸交换带隙,为利用外磁场操控拓扑序提供了良好的平台。本文中He等人发现反铁磁薄膜的表面可以通过界面耦合对拓扑绝缘体顶部和底部的表面态进行磁化。在磁化反转过程中系统会出现中间态自旋构型,这是由非同步磁性翻转引起的。这种非同步翻转还会造成反对称的磁阻峰,这可能与拓扑相变有关。由于反铁磁层奈尔有序温度比较高,这也保证了本文中讨论的诱导拓扑相变的特征可以持续到大约90K左右。(李松)

Topological Transitions Induced by
Antiferromagnetism in a Thin-Film Topological Insulator

Qing Lin He et al.

Phys. Rev. Lett. 121, 096802
(2018)

高温平台中的Majorana转角模式

Yan等介绍了临近高温铜氧化合物或铁基超导体的二维拓扑绝缘体,其中高温铜氧化合物或铁基超导体被当做零模Majorana Kramers对的高温平台。近邻效应引起的在拓扑绝缘体螺旋边缘态的配对可认为是一种狄拉克质量,其符号由于高Tc超导体的配对对称性会在样品拐角处发生改变。这种符号变化自然地在每个转角产生一对受时间反演对称性保护的Majorana零模。从概念上讲,这是一种Majorana零模的拓扑平庸的基于超导体的方案。他们提出了量化标准并为此给出候选材料建议。(方子明)

Majorana Corner Modes in a
High-Temperature Platform

Zhongbo Yan, Fei Song, and Zhong
Wang

Phys. Rev. Lett. 121, 096803
(2018)

铁磁超导体中Lifshitz转变的作用:

以URhGe为例

在像URhGe的铁磁超导体中,超导电性在近零场处与磁性共存,但这一现象随后再次出现在有限场范围内且系统也表现出正常态下的质量增强。Sherkunov 等为这种非单调行为人给出了理论理解。他们探索了URhGe的多带特性,并将再现的超导和质量增强与有限磁场下一个能带中的拓扑转变(Lifshitz)联系起来。他们发现他们的理论与URhGe的一些实验结果间存在极好的一致性,例如弱一级再现转变,超导Tc对磁场的依赖性,以及正常态下有效质量,比热,以及电阻率和场的关系。他们的理论可以应用于其他铁磁多带超导体。(方子明)

Effects of Lifshitz Transitions in
Ferromagnetic Superconductors: The Case of URhGe

Yury Sherkunov, et al.

Phys. Rev. Lett. 121, 097001
(2018)

α-ZrCl3和晶体自旋轨道液体中

衍生出的SU(4)对称性

虽然从通常的SU(2)到SU(N),自旋空间的对称增强了,有望找到非平庸的量子自旋液体,但该物理相在磁性材料中的实现仍然具有挑战性。基于此,本文中作者在具有强自旋轨道耦合作用和SU(4)对称体系中提出实现量子自旋液体相的新机制。在有着边缘共享负离子八面体的d1过渡金属化合物中,自旋轨道耦合作用具有强烈的轨道依赖性,且在Jeff =3/2的原型中存在明显的SU(4)-breaking 跳跃。然而,在蜂窝结构中,规范变换使得体系满足SU(4)对称的Hubbard模型。对于α-ZrCl3而言,在1/4填充的强排斥极限下,低能量的有效模型是在蜂窝网格上的SU(4)海森堡模型。分析表明,该类模型不会存在平庸的基态,有望实现无间隙的自旋轨道液体。(刘钱)

Emergent SU(4) Symmetry in α-ZrCl3 and
Crystalline Spin-Orbital Liquids

M. G. Yamada et al.

Phys. Rev. Lett. 121, 097201
(2018)

磁单极诱发铁磁纳米线上电场的产生

拓扑序的稳定性使得磁性结构中斯格明子的产生和湮灭只能通过引入拓扑点缺陷而实现。常见的拓扑点缺陷包括hedgehogs、布洛赫点以及磁单极子。在本文中,作者展示了在简单金属铁磁纳米粒子中,像斯格明子和hedgehogs这样拓扑非平庸磁化结构的形成和动力学行为在磁化开关过程中起着核心作用。结果显示,只要斯格明子线是完整的,开关在关闭外部磁场时是完全可逆的。然而,一旦斯格明子线路中断,就会创建hedgehog-antihedgehog对,而开关将不可逆转。同时,这些动态点缺陷可以以超过1500m/s异常高的速度移动,该类快速运动会产生兆伏每米数量级的螺线管型电场。(刘钱)

Monopole-Induced Emergent Electric Fields
in Ferromagnetic Nanowires

M. Charilaou et al.

Phys. Rev. Lett. 121, 097202
(2018)

Kagome反铁磁体中的自旋热霍尔电导率

Doki等人在处于自旋液体相的S=1/2 kagome反铁磁体钙kapellasite
[CaCu3(OH)6Cl2⋅0.6H2O]中观测明显的热霍尔信号,并采用Schwinger-boson平均场理论进行了理论分析,发现当Dzyaloshinskii-Moriya相互作用参数D/J为0.1左右的时候,理论模型可以定性且定量地重复出实验结果。特别是,在这种基于Schwinger玻色子的模拟中,钙kapellasite和另一种kagome反铁磁体钙钒铜矿volborthite的热霍尔电导收敛到单一曲线,这表明kagome反铁磁体的自旋热霍尔电导率存在普遍的温度依赖性。(李松)

Spin Thermal Hall Conductivity of a
Kagome Antiferromagnet

Hayato Doki et al.

Phys. Rev. Lett. 121, 097203
(2018)

反铁磁斯格明子中的拓扑自旋

霍尔效应理论:对电流诱导运动的影响

Akosa等示范了反铁磁斯格明子(AFM Sks)的非平庸磁性特征可促进流动电子的非零拓扑自旋霍尔效应(TSHE)。该效果导致非绝热扭矩的显著增强,并因此提高了斯格明子迁移率。非绝热扭矩随斯格明子尺寸减小而增加,因此,按比例缩小导致会更高的扭矩效率。在干净的反铁磁斯格明子中,他们发现拓扑自旋霍尔效应在临近van Hove奇点处显著提升。有趣的是,在存在非磁性间隙缺陷情况下,这种效应随着远离带隙而增强。此外,与其铁磁情况不同,反铁磁斯格明子中的拓扑自旋霍尔效应随着无序强度的增强而增加,为这种效应的材料工程提供了有前景的途径。(方子明)

Theory of the Topological Spin Hall
Effect in Antiferromagnetic Skyrmions: Impact on Current-Induced
Motion

C. A. Akosa et al.

Phys. Rev. Lett. 121, 097204
(2018)

在超低密度的电子-空穴

等离子体中发现Rydberg激子

在激子体系中,当增加激子密度时,预期从激子绝缘体到电子空穴等离子体的过渡中存在共存相。然而,迄今为止,实验上仍然很难观测到该类共存相。本文中,作者在光照下研究氧化亚铜中Rydberg激子吸收现象。结果显示,当每μm3体积中等离子体密度低于百分之一电子空穴对时,可观测到激子线褪色,而它们的能量保持不变。同时,由于等离子体相关效应的存在,还可观测到带隙在减小。当带隙接近其能量时,激子线将失去振子强度,在交叉点完全消失。该类现象体现了等离子体对库仑相互作用的屏蔽。(刘钱)

Rydberg Excitons in the Presence of an
Ultralow-Density Electron-Hole Plasma

J. Heckötter et al.

Phys. Rev. Lett. 121, 097401
(2018)

超快调节强关联材料中的

Hubbard相互作用:

从头计算NiO中高次谐波的产生

操纵电子结构参数是凝聚态物理研究的重点之一。对这些参数的动态调制为创造和操控非平衡系统的物理特性提供了可能性。本文中,Tancogne-Dejean等人通过对电荷-转移绝缘体NiO的研究证明可以利用非共振强激光脉冲激发在飞秒时间尺度调制Hubbard U这一在强关联材料中广泛采用的格点库仑作用参数。作者还采用他们最近发展的时间依赖密度泛函理论加自洽U的方法证明动态调制U在描述NiO中高次谐波产生过程中的重要性。此研究为激光调制强关联材料中的有效相互作用参数打开了大门,这可能会建立起电荷转移材料场诱导相变以及激光诱导莫特绝缘化的新型控制范式。(李松)

Ultrafast Modification of Hubbard U in a
Strongly Correlated Material: Ab initio High-Harmonic Generation in
NiO

Nicolas Tancogne-Dejean et al.

Phys. Rev. Lett. 121, 097402
(2018)

由拓扑绝缘体构建弱连接约瑟夫森结

由于晶体对称性的保护作用,拓扑绝缘体中可产生拓扑态。实验上发现在Pb1-xSnxTe中,当x≥0.4时,会发生拓扑相变从而形成拓扑态。本文中,作者利用拓扑绝缘体Pb0.5Sn0.5Te研究拓扑绝缘体中的约瑟夫森效应。结果显示,该材料可以形成弱连接的约瑟夫森结。作者将该类结点的性质与在拓扑平庸的PbTe上的弱连接形成的结相比较,发现在Pb0.5Sn0.5Te形成的弱连接约瑟夫森结中,由于非平庸表面状态的存在,会产生交流约瑟夫森效应,伴随有与斜电流关系相一致的丰富的次谐波结构产生。(刘钱)

Weak-link Josephson Junctions Made from
Topological Crystalline Insulators

R. A. Snyder et al.

Phys. Rev. Lett. 121, 097701
(2018)

软物质与生物物理

导读:张鑫洁责编:严钢

在晶格周期性水平上可视化

胶体近晶相的边缘与螺旋位错

拓扑缺陷普遍存在于有序系统中,在介导相变和确定材料特性等方面起着重要作用。虽然已有理论预测,但是确定位错的具体结构仍是一个大的挑战。Repula等人采用尖端标记棒状粒子的模型系统,通过光学显微镜实现了拓扑缺陷的高分辨率和对比成像,并在胶体近晶相中的晶格周期性水平上对基本位错进行可视化和定量表征。根据微米层间距,作者在实验上得到了边缘位错周围的位移场,并将其与弹性理论预测的位移场进行了比较。在确定缺陷的核心尺寸与手性的同时,也证实了螺旋位错具有向列式排序的局部形态。

Elementary Edge and Screw Dislocations
Visualized at the Lattice Periodicity Level in the Smectic Phase of
Colloidal Rods

Andrii Repula et al.

Phys. Rev. Lett. 121, 097801
(2018)

受驱胶体系统中的结构非平衡力

从微观角度理解和预测非平衡结构的形成是统计物理学面临的一个重要挑战,例子包括剪切带、反向驱动胶体的通道转变以及非均匀剪切流中的迁移效应等。为了找出这类问题的共性,Stuhlmüller等人研究了非平衡过阻尼布朗多体系统,发现结构力对于非平衡结构的形成起着至关重要的作用。其中,结构力垂直于局部流动方向、无粘性耗散、在空间和时间上都具有微观解析,且能稳定密度梯度。通过精确的(斯莫鲁霍夫斯基)低密度极限的时间演化、布朗动力学模拟以及一个新颖的幂函数近似,作者得到了粘性与结构力的定量理解,包括记忆与剪切迁移。本文着重研究了剪切流中的粘性与结构对超绝热力的贡献,未来的工作可关注非均匀温度场的影响以及惯性动力中可能出现的时间周期态。

Structural Nonequilibrium Forces in
Driven Colloidal Systems

N. Stuhlmüller et al.

Phys. Rev. Lett. 121, 098002
(2018)

活性布朗圆盘的完整相图:

从熔化到运动诱导相分离

[编辑推荐语]二维活性布朗硬盘的相图表明,粒子间的相互作用是决定系统熔化行为的关键。

以前关于哑铃系统在活性力作用下的二维熔化的研究发现运动诱导相分离(MIPS)与被动液相-六方相共存区域相连,既揭示了MIPS的本质,也表明了在高密度状态下探索完整相图的重要性。Digregorio等人从状态方程的分析和局部序参量的统计出发,建立了二维自驱动硬性圆盘系统的完整相图。作者发现平衡熔化现象出现在Pe较小的时候;随着Pe的增加,液相-六方相转变和六方相-固相转变都转移到更高的密度,且液相-六方相共存区域收缩并最终消失;当Pe较高时,六方相和固相的出现占主导地位;若超过临界值,系统会经历运动诱导的相分离,分为低密度相和高密度相。该研究为理解活性物质的相行为以及探索自推进如何从总体上影响物质的液相和固相提供了坚实的基础。

Full Phase Diagram of Active Brownian
Disks: From Melting to Motility-Induced Phase Separation

Pasquale Digregorio et al.

Phys. Rev. Lett. 121, 098003
(2018)

饥饱周期中菌群动力学的频率和振幅依赖

自然菌群常常受波动的营养水平的影响。营养水平的波动对菌群的进化和生态动力学十分重要,因为它会影响生长速率、种群大小以及生物膜的形成。在本文中,Merritt 等人采用自动化的培养装置和高通量的成像技术发现在营养过剩与营养不足的周期环境中,大肠杆菌群在饥荒期间的丰度依赖于营养过剩时期的频率与振幅。作者将实验数据与一个简单的群落动力学模型相结合,发现浮游生物种群的频率和振幅所依赖的动力学源于营养和历史相关的聚集和扩散率。该项研究表明,环境波动的统计特性对细菌种群的空间结构有着很大的影响,从而推动了丰度的巨大变化。

Frequency-and Amplitude-Dependent
Microbial Population Dynamics during Cycles of Feastand Famine

Jason Merritt et al.

Phys. Rev. Lett. 121, 098101
(2018)

复杂网络的双曲嵌入与社区结构的类比表征

双曲嵌入与社区结构之间的类比从表面上看是比较显然的,近期的研究工作表明利用社区结构的信息可以提高双曲嵌入算法的精度和效率,并且提出了生成嵌入双曲几何空间且具有社区结构的网络模型。然而,目前还没有工作去研究这两种方法独立地应用于同一网络时的理论相似性与实际相似性。Faqeeh等人通过对真实网络与生成网络的系统分析,发现复杂网络的社区结构可视为该网络在双曲隐空间嵌入的粗粒化形式。作者利用该类比重新解释了最初通过网络双曲嵌入在社区结构方面获得的结果:证明了多重网络的鲁棒性可以通过不同层的社区结构之间的相关性来调控;利用社区结构设计了一种提高网络导航能力的高效的贪婪路由协议。

Characterizing the Analogy Between
Hyperbolic Embedding and Community Structure of Complex Networks

Ali Faqeeh et al.

Phys. Rev. Lett. 121, 098301
(2018)

[文字编辑:谢晓芝]

来源:京师物理

编辑:Aprilis返回搜狐,查看更多

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