量子多體疤痕由混沌多體譜中的少數(shù)低熵本征態(tài)組成，并且可以微弱地打破遍歷性，從而產(chǎn)生穩(wěn)健的振蕩動(dòng)力學(xué)。 量子多體疤痕的概念源于最初在量子彈球背景下引入的單粒子疤痕，其中疤痕以集中在潛在經(jīng)典不穩(wěn)定周期軌道周圍的量子本征態(tài)的形式表現(xiàn)出來(lái)。 這些概念之間的直接聯(lián)系仍然是一個(gè)懸而未決的問(wèn)題。 在這篇文章中，Evrard等人研究了一種多體旋量凝聚體，由于其集體相互作用，適合疤痕的診斷。 他們表征了系統(tǒng)豐富的動(dòng)力學(xué)、譜和相空間，包括常規(guī)態(tài)和混沌態(tài)。 前者的熵值低，違反本征態(tài)熱化假說(shuō)，并且可以追溯到可積的有效哈密頓量，而后者大都在潛在的半經(jīng)典不穩(wěn)定周期軌道周圍出現(xiàn)疤痕，同時(shí)滿足本征態(tài)熱化假說(shuō)。 作者提出了一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)方案以在囚禁的自旋-1玻色–愛因斯坦凝聚體中檢驗(yàn)他們的理論。

（趙秀花）

Quantum Scars and Regular Eigenstates in a Chaotic Spinor Condensate

B. Evrard, A. Pizzi, et al.

Phys. Rev. Lett. 132, 020401 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.132.020401

任意子是二維空間中表現(xiàn)出非平凡交換統(tǒng)計(jì)的奇異準(zhǔn)粒子，在通用拓?fù)淞孔佑?jì)算中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。一個(gè)值得注意的能夠顯現(xiàn)任意子分?jǐn)?shù)統(tǒng)計(jì)的方案是環(huán)面碼模型；然而，由于其高度糾纏的基態(tài)，通過(guò)量子模擬擴(kuò)大其規(guī)模面臨嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。在這篇文章中，Niu等人證明模塊化超導(dǎo)量子處理器可以做到硬件方面實(shí)用的環(huán)面碼模型的實(shí)現(xiàn)。通過(guò)跨不同模塊的并行控制，研究者通過(guò)4個(gè)步驟生成了 10 量子比特的環(huán)面碼基態(tài)，并實(shí)現(xiàn)了6個(gè)不同的編織路徑來(lái)對(duì)任意子的統(tǒng)計(jì)性質(zhì)進(jìn)行基準(zhǔn)測(cè)試。他們以有效且可擴(kuò)展的方式通過(guò)關(guān)聯(lián)測(cè)量對(duì)任意子編織統(tǒng)計(jì)的路徑獨(dú)立性進(jìn)行了驗(yàn)證。該模塊化方法作為環(huán)面碼模型的硬件體現(xiàn)，為拓?fù)湎嗟目蓴U(kuò)展模擬提供了一條有前途的路徑，為分布式量子模擬鋪平了道路。

（趙秀花）

Demonstrating Path-Independent Anyonic Braiding on a Modular Superconducting Quantum Processor

J. Niu, Y. Li, et al.

Phys. Rev. Lett. 132, 020601 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.132.020601

當(dāng)前的激光干涉引力波探測(cè)器由于光學(xué)元件的位移噪聲受到多種來(lái)源的貢獻(xiàn)，其精度存在著基本限制。為了減輕這些效應(yīng)，人們已經(jīng)提出了幾種無(wú)位移噪聲干擾計(jì)量?jī)x（DFI）方案。這些方案的思想類似于量子傳感中的無(wú)退相干子空間，即某些模式包含關(guān)于引力波的信息，但對(duì)于鏡面運(yùn)動(dòng)（位移噪聲）不敏感。Gefen等人推導(dǎo)了一般DFI方案的量子精度極限，包括最佳測(cè)量基和最佳壓縮方案。作者們介紹了一個(gè)三角腔DFI方案，并將他們的一般限制應(yīng)用于該方案。通過(guò)對(duì)該方案使用不同的噪聲模型進(jìn)行精度分析，他們發(fā)現(xiàn)DFI屬性導(dǎo)致有趣的靈敏度特性，并由于噪聲抑制和更大的壓縮增益而實(shí)現(xiàn)了精度的提高。

(李元朋)

Quantum Precision Limits of Displacement Noise-Free Interferometers

T. Gefen, R. Tarafder, et al.

Phys. Rev. Lett. 132, 020801 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.132.020801

功率致寬是光譜學(xué)中一個(gè)眾所周知且深入研究的現(xiàn)象，指的是隨著驅(qū)動(dòng)場(chǎng)振幅增加，兩態(tài)量子躍遷的光譜線輪廓變寬。這通常在連續(xù)波驅(qū)動(dòng)下當(dāng)輻射場(chǎng)的強(qiáng)度超過(guò)躍遷的飽和強(qiáng)度時(shí)發(fā)生。在脈沖激發(fā)中，矩形脈沖形狀會(huì)引起線性功率致寬。而光滑形狀的脈沖則被認(rèn)為致寬效應(yīng)較小，例如高斯脈沖形狀的致寬呈對(duì)數(shù)關(guān)系。曾經(jīng)有預(yù)測(cè)，但還未在實(shí)驗(yàn)中驗(yàn)證過(guò)，那些隨時(shí)間消失的脈沖形狀，例如 ～ |t|^?λ，應(yīng)該表現(xiàn)出相反的效應(yīng)——功率變窄，即隨著驅(qū)動(dòng)脈沖的幅度增加，脈沖后的躍遷線寬減小。本文中，Mihov等人在IBM Quantum處理器ibmq_manil上針對(duì)一類洛倫茲脈沖形狀進(jìn)行了功率變窄的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。當(dāng)將脈沖面積從π增加到7π時(shí)，觀察到線寬縮小了10倍以上，完全顛覆了功率致寬的范式。此外，作者們對(duì)脈沖翼的截?cái)噙M(jìn)行了深入研究，引入了一個(gè)（小）功率致寬項(xiàng)，阻止了功率變窄達(dá)到極值。在沒有其他功率致寬機(jī)制存在的情況下，足夠小的洛倫茲脈沖截?cái)嗫梢詫?shí)現(xiàn)所需的極窄線輪廓。

(李元朋)

Defying Conventional Wisdom in Spectroscopy: Power Narrowing on IBM Quantum

I. Mihov and N. Vitanov

Phys. Rev. Lett. 132, 020802 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.132.020802

作者初次展示了由宇宙線誘導(dǎo)的大氣簇射最大值（X_max）深度的射電測(cè)量結(jié)果，并將之與在同一位置的穩(wěn)定熒光測(cè)量的結(jié)果進(jìn)行比較。通過(guò)使用Pierre Auger天文臺(tái)的觀測(cè)結(jié)果，作者發(fā)現(xiàn)本次射電測(cè)量和之前公開的熒光測(cè)量數(shù)據(jù)集完全相容，并且在同時(shí)由射電方法和熒光方法觀測(cè)到的子集中，僅在Pierre Auger天文臺(tái)進(jìn)行了測(cè)量。此外，作者發(fā)現(xiàn)射電X_max的分辨率是能量的函數(shù)，并展示了建造有競(jìng)爭(zhēng)力的用稀疏射電陣列進(jìn)行高分辨率X-_max測(cè)量的能力。作者還發(fā)現(xiàn)射電技術(shù)也和宇宙線質(zhì)量組分的研究相容，無(wú)論在Auger還是其他實(shí)驗(yàn)中。

Demonstrating Agreement between Radio and Fluorescence Measurements of the Depth of Maximum of Extensive Air Showers at the Pierre Auger Observatory

A. Abdul Halim et al. (Pierre Auger Collaboration)

Phys. Rev. Lett. 132, 021001 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.132.021001

當(dāng)設(shè)想的中微子秘密相互作用（νSI）變大時(shí)，其會(huì)在超新星（SN）核中形成流體，以音速流出，并像火球一樣流走。作者首次處理了完全動(dòng)態(tài)的問(wèn)題并且系統(tǒng)使用相對(duì)論性流體力學(xué)，解決了所有步驟。對(duì)SN物理性質(zhì)的影響和中微子信號(hào)都十分微弱。對(duì)火球內(nèi)部完全熱化的情況，可觀測(cè)譜的改變與耦合強(qiáng)度無(wú)關(guān)。一種本研究之外的可能較大影響是在νSI破缺輕子數(shù)時(shí)的快速中微子逃逸現(xiàn)象。但以現(xiàn)有證據(jù)來(lái)看，SN物理仍在參數(shù)空間中保有較大區(qū)域，其中實(shí)驗(yàn)室研究和未來(lái)的高能中微子望遠(yuǎn)鏡將有可能探測(cè)到νSI。

Large Neutrino Secret Interactions Have a Small Impact on Supernovae

Damiano F.?G. Fiorillo, et al.

Phys. Rev. Lett. 132, 021002 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.132.021002

近年來(lái)，推廣黑洞熱力學(xué)方向引起重要關(guān)注，其中宇宙學(xué)常數(shù)及/或其他耦合參數(shù)可作為熱力學(xué)變量處理。受到Iyer-Wald形式體系（這一體系可得到一般黑洞熱力學(xué)的內(nèi)稟和普遍性質(zhì)）的啟發(fā)，作者表明對(duì)此體系的適當(dāng)拓展也能展現(xiàn)推廣黑洞熱力學(xué)的基礎(chǔ)理論結(jié)構(gòu)。值得注意的是，對(duì)于由微分同胚不變的作用量所描述的引力理論，總可以從這一拓展形式體系出發(fā)得到推廣后的熱力學(xué)。

Extended Black Hole Thermodynamics from Extended Iyer-Wald Formalism

Yong Xiao, Yu Tian, and Yu-Xiao Liu

Phys. Rev. Lett. 132, 021401 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.132.021401

[編輯推薦]迄今為止最精確的夸克混合CP破壞角β測(cè)量。

本文給出了在  和  介子衰變到最終態(tài)  ，  和  （其中  ）中時(shí)間相關(guān)CP破壞的測(cè)量結(jié)果。所用數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)在  質(zhì)心能量下的LHCb探測(cè)器收集的6 fb?1的積分亮度。測(cè)量出的CP破壞參數(shù)為  = 0.717 ± 0.013 (統(tǒng)計(jì)) ± 0.008 (系統(tǒng))和  = 0.008 ± 0.012 (統(tǒng)計(jì)) ± 0.003 (系統(tǒng))。這次  的測(cè)量代表了迄今為止對(duì)CKM角β最精確的單一測(cè)量，并且精確度超過(guò)了當(dāng)前的世界平均值。另外，本文報(bào)告了各個(gè)通道的CP破壞參數(shù)的測(cè)量，以及與LHCb第一階段測(cè)量組合結(jié)果。

Measurement of C P Violation in    Decays

R. Aaij et al. (LHCb Collaboration)

Phys. Rev. Lett. 132, 021801 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.132.021801

This Letter reports the observation of WZγ production and a measurement of its cross section using 140.1 ± 1.2 fb^?1 of proton-proton collision data recorded at a center-of-mass energy of 13 TeV by the ATLAS detector at the Large Hadron Collider. The WZγ production cross section, with both the W and Z bosons decaying leptonically, pp → WZγ → ?^′±ν?⁺?^?γ(?^(′)=e,μ), is measured in a fiducial phase-space region defined such that the leptons and the photon have high transverse momentum and the photon is isolated. The cross section is found to be 2.01 ± 0.30 ( stat ) ± 0.16 ( syst ) fb . The corresponding standard model predicted cross section calculated at next-to-leading order in perturbative quantum chromodynamics and at leading order in the electroweak coupling constant is 1.50 ± 0.06 fb . The observed significance of the W Z γ signal is 6.3 σ , compared with an expected significance of 5.0 σ .

Observation of WZγ Production in pp Collisions at √s = 13 TeV with the ATLAS Detector

G. Aad et al. (ATLAS Collaboration)

Phys. Rev. Lett. 132, 021802 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.132.021802

[編輯推薦]大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)的ATLAS和CMS合作組分析了希格斯稀有衰變，并發(fā)現(xiàn)了偏離標(biāo)準(zhǔn)模型的跡象。

根據(jù)CERN大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)（LHC）自2015年至2018年采集的質(zhì)子–質(zhì)子碰撞數(shù)據(jù)，ATLAS和CMS合作進(jìn)行的多項(xiàng)搜索的綜合分析首次展現(xiàn)了希格斯玻色子衰變成Z玻色子和光子的證據(jù)，其統(tǒng)計(jì)顯著性為3.4標(biāo)準(zhǔn)偏差。這些數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)于每個(gè)實(shí)驗(yàn)約140 fb^-1的積分亮度，中心質(zhì)心能量為13 TeV。測(cè)量的信號(hào)產(chǎn)額是標(biāo)準(zhǔn)模型預(yù)測(cè)的2.2±0.7倍，與理論預(yù)期的一致性在1.9標(biāo)準(zhǔn)偏差內(nèi)。

Evidence for the Higgs Boson Decay to a Z Boson and a Photon at the LHC

G. Aad et al. (ATLAS Collaboration, CMS Collaboration)

Phys. Rev. Lett. 132, 021803 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.132.021803

The validity of the ergodic hypothesis in quantum systems can be rephrased in the form of the eigenstate thermalization hypothesis (ETH), a set of statistical properties for the matrix elements of local observables in energy eigenstates, which is expected to hold in any ergodic system. We test the ETH in a nonintegrable model of relativistic quantum field theory (QFT) using the numerical method of Hamiltonian truncation in combination with analytical arguments based on Lorentz symmetry and renormalization group theory. We find that there is an infinite sequence of eigenstates with the characteristics of quantum many-body scars—that is, exceptional eigenstates with observable expectation values that lie far from thermal values—and we show that these states are one-quasiparticle states. We argue that in the thermodynamic limit the eigenstates cover the entire area between two diverging lines: the line of one-quasiparticle states, whose direction is dictated by relativistic kinematics, and the thermal average line. Our results suggest that the strong version of the ETH is violated in any relativistic QFT whose spectrum admits a quasiparticle description.

Ergodicity Breaking and Deviation from Eigenstate Thermalization in Relativistic Quantum Field Theory

Miha Srdin?ek, Toma? Prosen, and Spyros Sotiriadis

Phys. Rev. Lett. 132, 021601 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.132.021601

作者研究了冷振動(dòng)狀態(tài)的NO⁺與O^–在碰撞能量≈0.1eV和單次碰撞條件下進(jìn)行的相互中和反應(yīng)。該反應(yīng)完全由生成三個(gè)基態(tài)原子碎片的過(guò)程主導(dǎo)。在假設(shè)陰離子僅作為電子給體、產(chǎn)物中性分子表現(xiàn)為自由轉(zhuǎn)子的簡(jiǎn)單模型框架下，作者運(yùn)用產(chǎn)物動(dòng)量分析得出結(jié)論：該過(guò)程采用兩步機(jī)制，先通過(guò)NO的中間里德堡態(tài)進(jìn)行，隨后發(fā)生碎裂。

Mutual Neutralization of NO⁺ with O^?

Mathias Poline et al.

Phys. Rev. Lett. 132, 023001 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.132.023001

作者研究了帶有動(dòng)態(tài)的密度差分依賴規(guī)范場(chǎng)的離散非線性薛定諤方程。作者發(fā)現(xiàn)，隨著規(guī)范耦合的變化，基態(tài)從平面波凝聚態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榫钟蚬伦討B(tài)。有趣的是，作者發(fā)現(xiàn)了一個(gè)凝聚態(tài)和孤子態(tài)都穩(wěn)定的區(qū)域。作者識(shí)別出一種涌現(xiàn)的手性對(duì)稱性，這導(dǎo)致對(duì)稱保護(hù)的零能量邊緣模式的存在。這種涌現(xiàn)的手性對(duì)稱性將低能孤子和高能孤子聯(lián)系起來(lái)。這些狀態(tài)表明，相互作用既有排斥性又有吸引性。

Density Dependent Gauge Field Inducing Emergent Su-Schrieffer-Heeger Physics, Solitons, and Condensates in a Discrete Nonlinear Schr?dinger Equation

W.?N. Faugno et al.

Phys. Rev. Lett. 132, 023401 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.132.023401

[編輯推薦]研究人員展示了一種基于反射鏡的中子干涉儀，與以前儀器相比應(yīng)該對(duì)超越標(biāo)準(zhǔn)模型粒子相互作用更敏感。

本文展示了一種采用多層反射鏡的新型中子干涉儀的成功架構(gòu)。該儀器便于利用脈沖中子源精確評(píng)估干涉條紋的波長(zhǎng)依賴性。作者的干涉儀在20-min的記錄時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)了驚人的0.02rad的精度。與使用硅晶體系統(tǒng)相比，即使使用簡(jiǎn)化的干擾抑制器，測(cè)量靈敏度仍然保持不變。通過(guò)完全分離光束路徑，作者成功測(cè)量了不同樣品的中子–核散射長(zhǎng)度。對(duì)于Si、Al和Ti的測(cè)量值與文獻(xiàn)中的數(shù)據(jù)一致，而V的測(cè)量值與文獻(xiàn)值相差45%。這種差異可能歸因于以前研究中遇到的雜質(zhì)。通過(guò)減少與中子波長(zhǎng)、樣品雜質(zhì)和厚度相關(guān)的系統(tǒng)誤差，可以進(jìn)一步提高測(cè)量的準(zhǔn)確性。這種新型中子干涉儀使人們能夠測(cè)量諸如材料的中子–核散射長(zhǎng)度等基本參數(shù)，精度超過(guò)傳統(tǒng)干涉儀。

Development of Neutron Interferometer Using Multilayer Mirrors and Measurements of Neutron-Nuclear Scattering Length with Pulsed Neutron Source

Takuhiro Fujiie et al.

Phys. Rev. Lett. 132, 023402 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.132.023402

作者提出了一個(gè)實(shí)驗(yàn)方案，可用于快速制備懸浮粒子質(zhì)心的宏觀量子態(tài)，這是一個(gè)在遠(yuǎn)大于其零點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的長(zhǎng)度尺度上的離域狀態(tài)，并且沒有經(jīng)典模擬。通過(guò)突然關(guān)閉諧性阱，讓微粒在一個(gè)靜態(tài)雙勢(shì)阱中演化，緊隨著對(duì)初始質(zhì)心進(jìn)行冷卻至足夠純凈的量子態(tài)，這種狀態(tài)就被制備出來(lái)。作者對(duì)與當(dāng)前懸浮納米粒子和微米粒子實(shí)驗(yàn)相關(guān)的噪聲和退相干進(jìn)行了全面分析。在這種情境下，作者強(qiáng)調(diào)使用兩個(gè)粒子，讓每個(gè)粒子在各自勢(shì)阱中演化來(lái)減小噪聲和退相干集體源影響的可能性。作者方案的普適性和可擴(kuò)展性使其可適用于不同的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，包括單原子、離子和玻色–愛因斯坦凝聚。作者的結(jié)果有可能實(shí)現(xiàn)在前所未有的長(zhǎng)度和質(zhì)量尺度上產(chǎn)生宏觀量子態(tài)，從而為實(shí)驗(yàn)上探索離域量子態(tài)中源質(zhì)量產(chǎn)生的引力場(chǎng)鋪平道路。

Macroscopic Quantum Superpositions via Dynamics in a Wide Double-Well Potential

M. Roda-Llordes et al.

Phys. Rev. Lett. 132, 023601 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.132.023601

基于非對(duì)易傅里葉變換技術(shù)，作者引入了一種在周期性驅(qū)動(dòng)振蕩器的Floquet相空間中調(diào)控任意哈密頓量的通用方法。作者建立了相空間中任意目標(biāo) Floquet 哈密頓量與實(shí)空間中周期驅(qū)動(dòng)勢(shì)之間的關(guān)系。作者獲得了實(shí)空間中驅(qū)動(dòng)勢(shì)的解析表達(dá)式，這些驅(qū)動(dòng)勢(shì)可以在相空間中產(chǎn)生新的哈密頓量，例如旋轉(zhuǎn)晶格和尖銳邊界阱。作者的方案可以在多種實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)，用于非經(jīng)典態(tài)生成和玻色子量子計(jì)算。

Engineering Arbitrary Hamiltonians in Phase Space

Lingzhen Guo and Vittorio Peano

Phys. Rev. Lett. 132, 023602 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.132.023602

作者用實(shí)驗(yàn)展示了在一根50cm長(zhǎng)的錐形光子晶體光纖中通過(guò)受激Brillouin-Mandelstam散射產(chǎn)生的光聲冷卻現(xiàn)象，用7.38GHz的聲學(xué)模式實(shí)現(xiàn)了從室溫到219K的冷卻率。由于反斯托克斯和斯托克斯布里淵過(guò)程自然地打破了聲子冷卻和加熱的對(duì)稱性，解析邊帶方案并非必要。這些實(shí)驗(yàn)為探索宏觀物體從經(jīng)典到量子的轉(zhuǎn)變鋪平了道路，并可能在存儲(chǔ)和中繼器方案方面實(shí)現(xiàn)新的量子技術(shù)。

Optoacoustic Cooling of Traveling Hypersound Waves

Laura Blázquez Martínez et al.

Phys. Rev. Lett. 132, 023603 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.132.023603

作者探索納米光子諧振腔中的光學(xué)參量振蕩(OPO)，實(shí)現(xiàn)了任意非線性相位匹配和幾乎無(wú)損的能量轉(zhuǎn)換控制。這種新的OPO激光轉(zhuǎn)換器是由非線性光–物質(zhì)相互作用決定，使其在技術(shù)上既靈活又可廣泛重構(gòu)。作者利用諧振腔中的納米結(jié)構(gòu)內(nèi)壁調(diào)制來(lái)實(shí)現(xiàn)OPO激光轉(zhuǎn)換的通用相位匹配，但相干反向散射也會(huì)誘導(dǎo)逆向傳播的泵浦激光。這減少了諧振腔在兩個(gè)方向的光學(xué)功率，增加了OPO的閾值功率，并限制了激光轉(zhuǎn)換效率，即目標(biāo)信號(hào)和空轉(zhuǎn)頻率的光功率與泵浦光功率之比。作者著重于對(duì)最佳激光轉(zhuǎn)換和閾值行為的理解，建立了該系統(tǒng)的解析模型，并使用該模型指導(dǎo)了納米結(jié)構(gòu)諧振腔OPO激光轉(zhuǎn)換電路的實(shí)驗(yàn)，該電路完全集成在芯片上，不受群速度色散的限制。本文展示了OPO激光轉(zhuǎn)換效率和諧振腔耦合率之間的基本關(guān)系，這取決于逆向傳播的泵浦場(chǎng)的相對(duì)相位和功率。作者實(shí)現(xiàn)了(40±4) mW的芯片上功率，對(duì)應(yīng)于(41±4)%的轉(zhuǎn)換效率，發(fā)現(xiàn)了一條接近一的OPO激光轉(zhuǎn)換效率的途徑。

Threshold and Laser Conversion in Nanostructured-Resonator Parametric Oscillators

Haixin Liu et al.

Phys. Rev. Lett. 132, 023801 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.132.023801

[Editors’ Suggestion] Neutralization of a shock-generated Richtmyer-Meshkov instability at the interface between heavy and light materials using timed double-shock wave fronts is demonstrated experimentally and verified numerically.

經(jīng)典的里奇特邁爾–梅什科夫不穩(wěn)定性（RMI）是描述沖擊波加載后界面演變的一種流體動(dòng)力學(xué)不穩(wěn)定性。與其他如瑞利–泰勒這樣的流體動(dòng)力學(xué)不穩(wěn)定性不同，RMI 以其無(wú)條件不穩(wěn)定性而聞名：無(wú)論沖擊波通過(guò)方向如何，任何偏離平坦界面的波動(dòng)都會(huì)被放大。在這篇文章中，我們展示了對(duì)于負(fù)阿特伍德數(shù)，存在特殊序列的沖擊波，這些沖擊波導(dǎo)致幾乎完美抑制不穩(wěn)定性的增長(zhǎng)。我們通過(guò)使用階梯形飛片和相變材料，在計(jì)算和實(shí)驗(yàn)上展示了這一原理。一個(gè)令人著迷的直接推論是，在特定情況下，一個(gè)發(fā)生相變的材料可能會(huì)自我抑制 RMI。

（邱仲普）

Suppression of Richtmyer-Meshkov Instability via Special Pairs of Shocks and Phase Transitions

W.?J. Schill, et al.

Phys. Rev. Lett. 132, 024001 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.132.024001

約束可以對(duì)粒子系統(tǒng)的行為產(chǎn)生相當(dāng)大的影響，因此是發(fā)現(xiàn)新現(xiàn)象的有效方法。一個(gè)值得注意的例子是在仿制的各向同性氣泡勢(shì)阱的外場(chǎng)下，低溫下的全同玻色子系統(tǒng)，它將粒子限制在接近球面的部分空間內(nèi)。利用路徑積分蒙特卡羅模擬，作者研究了兩個(gè)典型情況下的空間結(jié)構(gòu)和超流體分?jǐn)?shù)。首先，作者觀察軟核玻色子，發(fā)現(xiàn)具有多面體對(duì)稱性的超固體團(tuán)簇排列的存在;展示了不同數(shù)量的團(tuán)簇是如何根據(jù)勢(shì)阱半徑和粒子質(zhì)量來(lái)穩(wěn)定的，作者描述了團(tuán)簇相的溫度行為。并與經(jīng)典軟核粒子的行為進(jìn)行了詳細(xì)的比較。然后，作者研究了目前實(shí)驗(yàn)感興趣的情況，即球體上的偶極凝聚，演示了如何在密度和相互作用參數(shù)的實(shí)際值下在大圓上形成團(tuán)簇的準(zhǔn)一維超固體。至關(guān)重要的是，這種超固相只會(huì)受到重力的輕微干擾。作者認(rèn)為，預(yù)測(cè)的相可以在具有球殼幾何形狀的磁阱中揭示，甚至可能在地球的實(shí)驗(yàn)室中。作者的結(jié)果為未來(lái)在彎曲幾何中相關(guān)量子系統(tǒng)的模擬研究鋪平了道路。

（劉瑞）

Supersolid Phases of Bosonic Particles in a Bubble Trap

M. Ciardi, F. Cinti et al.

Phys. Rev. Lett. 132, 026001 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.132.026001

[編輯推薦]金茲堡–朗道理論在超導(dǎo)扭曲雙層石墨烯中的應(yīng)用確定了相干長(zhǎng)度和上臨界磁場(chǎng)，這與最近的實(shí)驗(yàn)一致。

最近的實(shí)驗(yàn)研究揭示了在具有超平坦能帶的超導(dǎo)扭曲雙層石墨烯（TBG）中出現(xiàn)的高度非常規(guī)現(xiàn)象，這些現(xiàn)象無(wú)法用傳統(tǒng)的BCS理論來(lái)描述。例如，考慮到平坦能帶的小費(fèi)米速度，由BCS理論預(yù)測(cè)的超導(dǎo)相干長(zhǎng)度比測(cè)量值短20倍以上。需要一種新的理論來(lái)理解平帶超導(dǎo)體的許多非常規(guī)性質(zhì)。在這項(xiàng)研究當(dāng)中，作者們從微觀平帶哈密頓量建立了一個(gè)Ginzburg-Landau（GL）理論。GL理論顯示了物理量的性質(zhì)，如臨界溫度、超導(dǎo)相干長(zhǎng)度、上臨界磁場(chǎng)和超流體密度，是由布洛赫態(tài)的量子度規(guī)決定的。一個(gè)關(guān)鍵的結(jié)論是，超導(dǎo)相干長(zhǎng)度不是由費(fèi)米速度決定的，而是由量子度規(guī)限制的最優(yōu)局域Wannier函數(shù)的尺寸決定的。將該理論應(yīng)用于TBG，作者計(jì)算了超導(dǎo)相干長(zhǎng)度和上臨界磁場(chǎng)。結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果很好地匹配，無(wú)需對(duì)參數(shù)進(jìn)行微調(diào)。建立的GL理論為理解具有量子度規(guī)的平帶超導(dǎo)體提供了新的通用理論框架。

（郭維安）

Ginzburg-Landau Theory of Flat-Band Superconductors with Quantum Metric

Shuai A. Chen, K.T. Law

Phys. Rev. Lett. 132, 026002 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.132.026002

六方相是二維晶體熔化過(guò)程中由于拓?fù)淙毕荻a(chǎn)生的中間階段。最近，通過(guò)掃描隧道顯微鏡實(shí)驗(yàn)測(cè)量，在二維弱無(wú)序超導(dǎo)MoGe的渦旋晶格中確定了這個(gè)奇異相。在這篇文章中，作者通過(guò)Nernst效應(yīng)對(duì)這個(gè)渦旋狀態(tài)進(jìn)行了研究，該效應(yīng)是一種有效且敏感的工具，特別適用于檢測(cè)超導(dǎo)漲落區(qū)域中的渦旋運(yùn)動(dòng)。作者發(fā)現(xiàn)在六方相熔化轉(zhuǎn)變時(shí)出現(xiàn)了令人驚訝的Nernst符號(hào)反轉(zhuǎn)。作者認(rèn)為這是六方相態(tài)中渦旋位錯(cuò)優(yōu)先從冷區(qū)擴(kuò)散到熱區(qū)的結(jié)果。

（毛慧燦）

Nernst Sign Reversal in the Hexatic Vortex Phase of Weakly Disordered a-MoGe Thin Films

Y. Wu et al.

Phys. Rev. Lett. 132, 026003 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.132.026003

量子幾何在確定量子材料的輸運(yùn)和光學(xué)性質(zhì)中有重要影響。作者使用半經(jīng)典結(jié)合微擾修正來(lái)進(jìn)行非線性反常霍爾效應(yīng)和非互易磁電阻（縱向電阻）的量子幾何統(tǒng)一。在直流極限下，橫向和縱向的非線性導(dǎo)電率都包含一個(gè)由歸一化的量子度量偶極子引起的項(xiàng)。量子度量的貢獻(xiàn)是固有的，且與準(zhǔn)粒子壽命無(wú)關(guān)。作者證明了摻雜反鐵磁拓?fù)浣^緣體MnBi₂Te₄薄膜中非線性反常霍爾效應(yīng)和非互易磁電阻共存。該工作表明，縱向和橫向的非線性輸運(yùn)可以為固體量子幾何探測(cè)提供了靈敏探針。

（彭怡然）

Unification of Nonlinear Anomalous Hall Effect and Nonreciprocal Magnetoresistance in Metals by the Quantum Geometry

Daniel Kaplan, Tobias Holder et al.

Phys. Rev. Lett. 132, 026301 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.132.026301

作者用含時(shí)Gutzwiller方法研究了Hubbard模型中的序參量漲落。在弱耦合極限下，作者發(fā)現(xiàn)振幅漲落是短暫的，這是由于與準(zhǔn)粒子連續(xù)體邊界的能量的簡(jiǎn)并性（與Hartree-Fock+RPA理論一致），在邊界以下增加相互作用，這些漲落被消除。因此，作者的計(jì)算預(yù)測(cè)了在強(qiáng)耦合超導(dǎo)體、冷原子費(fèi)米子凝聚體以及強(qiáng)相互作用電荷和自旋密度波系統(tǒng)中序參量的無(wú)阻尼振幅（Higgs）振蕩。作者提出了一種在未摻雜的銅酸鹽和相關(guān)材料中檢測(cè)自旋型Higgs模式的實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)，其中，由于Dzyaloshinsky-Moriya相互作用，它可以耦合到通過(guò)法拉第效應(yīng)可視化的平面外鐵磁激發(fā)。

（鄭鵬宇）

Long-Lived Higgs Modes in Strongly Correlated Condensates

J. Lorenzana and G. Seibold

Phys. Rev. Lett. 132, 026501 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.132.026501

軌道自由度與自旋交換的耦合，即kugel-khomskii型相互作用（KK），決定了材料的許多特性，包括巨磁電阻、增強(qiáng)磁電響應(yīng)和光致高溫磁性。一般來(lái)說(shuō)，KK型相互作用會(huì)導(dǎo)致磁躍遷附近或以下的耦合哈密頓量的實(shí)驗(yàn)觀測(cè)值出現(xiàn)偏差。通過(guò)衍射和光譜實(shí)驗(yàn)，作者在CrVO₄中報(bào)告了晶格參數(shù)、電子態(tài)、自旋動(dòng)力學(xué)和聲子的異常變化，這些變化發(fā)生在四倍于Néel轉(zhuǎn)變溫度（TN）的溫度下。這個(gè)溫度明顯高于其他d軌道化合物，比如錳酸鹽和釩酸鹽，在這些化合物中，效應(yīng)主要局限在TN附近或以下。利用第一性原理和基于格林函數(shù)的聲子和自旋模擬，實(shí)驗(yàn)觀察結(jié)果得到了合理的解釋，這些模擬表明，通過(guò)超交換過(guò)程，KK型相互作用空前強(qiáng)烈，并且軌道選擇性自旋–聲子耦合系數(shù)至少是先前報(bào)道的強(qiáng)耦合自旋–聲子系統(tǒng)的兩倍。這些研究結(jié)果為探索遠(yuǎn)高于TN的KK型相互作用和自旋聲子耦合效應(yīng)提供了機(jī)會(huì)，并可能使各種特性更接近應(yīng)用，例如，強(qiáng)室溫磁電耦合。

（楊穎）

Evidence of Strong Orbital-Selective Spin-Orbital-Phonon Coupling in CrVO₄

Aditya Prasad Roy et al.

Phys. Rev. Lett. 132, 026701 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.132.026701

[編輯推薦] 一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)證明，金剛石中鍺空位的量子相干時(shí)間超過(guò)了20毫秒。

金剛石中帶負(fù)電荷的IV族缺陷由于其高效的自旋光子界面而顯示出作為量子網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的巨大潛力。然而，達(dá)到足夠長(zhǎng)的相干時(shí)間仍然是一個(gè)挑戰(zhàn)。在這項(xiàng)工作中，作者證明了鍺空位中心(GeV)在毫開爾文溫度下的相干控制，并將其相干時(shí)間延長(zhǎng)了幾個(gè)數(shù)量級(jí)，達(dá)到20 ms以上。作者將磁噪聲和振幅噪聲建模為Ornstein-Uhlenbeck過(guò)程，很好地再現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)結(jié)果。該方法為優(yōu)化IV族缺陷在不同實(shí)驗(yàn)條件下的相干時(shí)間及其在量子技術(shù)中的成功應(yīng)用鋪平了道路。

（劉瑞）

Germanium Vacancy in Diamond Quantum Memory Exceeding 20 ms

K. Senkalla, G. Genov et al.

Phys. Rev. Lett. 132, 026901 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.132.026901

扭曲光攜帶非零軌道角動(dòng)量，可以從光傳遞到從納米到微米范圍的電子和粒子。迄今為止，盡管后者具有豐富的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)形式，如Skyrmions，并擁抱強(qiáng)光物質(zhì)耦合，但扭曲光與偶極系統(tǒng)之間的相互作用幾乎沒有被探索。在這里，通過(guò)基于第一性原理模擬，作者展示了扭曲光可以激發(fā)和驅(qū)動(dòng)動(dòng)態(tài)極性Skyrmions，并將其非零纏繞數(shù)傳遞給鐵電超薄膜。Skyrmion在兩個(gè)界面上交替地被成功地創(chuàng)建和湮滅，并經(jīng)歷了從明顯的“Bloch”到“N′eel”特征的周期性轉(zhuǎn)變，伴隨著“Bloch點(diǎn)”拓?fù)淙毕莸某霈F(xiàn)，其極化消失。Skyrmions的動(dòng)態(tài)演化與拓?fù)鋽?shù)在時(shí)間上的不斷躍遷“0”和“1”之間相連接。這些有趣的現(xiàn)象被發(fā)現(xiàn)具有靜電起源。作者的研究因此證明了，以及解釋了為什么這種獨(dú)特的光物質(zhì)相互作用在功能材料中可以非常有效地創(chuàng)建和操縱拓?fù)涔伦印?/span>

（郭維安）

Dynamical Control of Topology in Polar Skyrmions via Twisted Light

Lingyuan Gao, Sergei Prokhorenko et al.

Phys. Rev. Lett. 132, 026902 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.132.026902

[編輯推薦] 超導(dǎo)裝置產(chǎn)生的振蕩的高精度測(cè)量表明，可能存在改進(jìn)的電流校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)。

布洛赫振蕩是將庫(kù)珀對(duì)的絕熱輸運(yùn)與時(shí)間聯(lián)系起來(lái)的基本現(xiàn)象。在本篇文章中，作者研究了強(qiáng)耦合的亞100納米Al/AlO_x/Al約瑟夫森結(jié)系統(tǒng)中的布洛赫振蕩同步，該系統(tǒng)位于一個(gè)由高感應(yīng)鋁顆粒和高電阻鈦微帶組成的高電阻環(huán)境中。作者觀察到耦合結(jié)中明顯的電流鏡像效應(yīng)，并展示了類似于微波實(shí)驗(yàn)中第一個(gè)雙Shapiro階的電流平臺(tái)。這些發(fā)現(xiàn)表明，作者的電路設(shè)計(jì)有望實(shí)現(xiàn)受保護(hù)的布洛赫振蕩和對(duì)電流計(jì)量具有重要意義的精確Shapiro階。

（毛慧燦）

Synchronization of Bloch Oscillations in a Strongly Coupled Pair of Small Josephson Junctions: Evidence for a Shapiro-like Current Step

Fabian Kaap et al.

Phys. Rev. Lett. 132, 027001 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.132.027001

[編輯推薦]在基于無(wú)躍遷量子驅(qū)動(dòng)的門定義量子點(diǎn)中展示了實(shí)現(xiàn)絕熱的快捷方案。

絕熱過(guò)程可以使量子系統(tǒng)保持在其瞬時(shí)本征態(tài)中，這對(duì)噪聲和耗散具有魯棒性。然而，它受限于非常緩慢的演化速度。作者首次通過(guò)實(shí)驗(yàn)在門定義半導(dǎo)體量子點(diǎn)（QDs）中證明了無(wú)躍遷量子驅(qū)動(dòng)（TLQD）的絕熱捷徑，從而極大地加速傳統(tǒng)的絕熱通道。對(duì)于給定的量子態(tài)傳輸效率，加速比可以超過(guò)兩倍。動(dòng)力學(xué)特性還證明了TLQD能夠保證快速且高保真度的量子態(tài)傳輸。為了補(bǔ)償由退相干噪聲引起的非絕熱誤差，作者提出了改進(jìn)后的TLQD方法，并通過(guò)擴(kuò)大反絕熱驅(qū)動(dòng)寬度來(lái)實(shí)驗(yàn)上驗(yàn)證。基準(zhǔn)測(cè)試顯示該方法可以達(dá)到97.8% 的態(tài)傳輸保真度。這項(xiàng)工作將極大推動(dòng)基于門定義 QDs 的量子模擬和絕熱量子計(jì)算方面的研究和應(yīng)用。

（彭怡然）

Accelerated Adiabatic Passage of a Single Electron Spin Qubit in Quantum Dots

Xiao-Fei Liu, Yuta Matsumoto et al.

Phys. Rev. Lett. 132, 027002 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.132.027002

[編輯推薦]由于有限密度下與體粘度相關(guān)的阻尼機(jī)制，玻爾茲曼呼吸模式可以長(zhǎng)時(shí)間熱化。

玻爾茲曼的經(jīng)典研究表明，盡管氣體在碰撞中進(jìn)行動(dòng)量和能量再分布，但在各向同性諧振勢(shì)阱中受限的稀薄氣體并未達(dá)到平衡狀態(tài)；相反，它演化成一種呼吸模式，其中密度、速度和溫度展現(xiàn)出振蕩行為。這種反直覺的理論預(yù)測(cè)得到了冷原子實(shí)驗(yàn)的支持。然而，即使在理想化和孤立的系統(tǒng)中，這些呼吸模式是否是動(dòng)力學(xué)的永恒解呢？本文作者通過(guò)水動(dòng)力學(xué)論證和分子動(dòng)力學(xué)模擬的結(jié)合展示了一種新的耗散機(jī)制，其中微小而常常被忽略的體積黏度最終使系統(tǒng)熱化，從而達(dá)到平衡態(tài)。

Fate of Boltzmann’s Breathers: Stokes Hypothesis and Anomalous Thermalization

M.?I. García de Soria et al.

Phys. Rev. Lett. 132, 027101 (2024)

https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.132.027101

[編輯推薦]建立了Manakov系統(tǒng)中超正則呼吸子的精確理論，該理論可應(yīng)用于廣泛的非線性波動(dòng)現(xiàn)象。

超正則呼吸子（SRB）是標(biāo)量非線性薛定諤方程（NLSE）的高階精確解，由兩個(gè)以小角度相互傳播的基本呼吸子組成。Liu等人基于特征值分析以及SRB與調(diào)制不穩(wěn)定性之間的確切聯(lián)系，建立了Manakov方程的SRB精確理論，結(jié)果表明矢量SRB確實(shí)存在于聚焦和散焦的Manakov系統(tǒng)中。進(jìn)一步地，在聚焦情況下，平面波的局域周期性初始調(diào)制可以激發(fā)單個(gè)SRB和包含四個(gè)基本呼吸子的二階SRB。

Fundamental and Second-Order Superregular Breathers in Vector Fields

Chong Liu et al.

Phys. Rev. Lett. 132, 027201 (2024)

https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.132.027201

Nidhi Kaul等人展示了肥皂膜—通常會(huì)有對(duì)稱的分子排列—可以用不同的相反表面構(gòu)造，打破了它們的對(duì)稱性。它們使人想起在自然界中發(fā)現(xiàn)的功能生物主題。使用熒光分子探針作為薄膜不同側(cè)面的摻雜劑，并利用共振能量轉(zhuǎn)移來(lái)確認(rèn)對(duì)稱性破缺，他們發(fā)現(xiàn)這種對(duì)稱性在幾分鐘的時(shí)間尺度上持續(xù)存在。此外，他們對(duì)所涉及的輸運(yùn)現(xiàn)象進(jìn)行了理論分析，得到了與實(shí)驗(yàn)觀測(cè)一致的結(jié)果。

（張一鳴）

Realizing Symmetry-Breaking Architectures in Soap Films

Nidhi Kaul et al.

Phys. Rev. Lett. 132, 028201 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.132.028201