PRL导读-2023年130卷08期

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01 量子信息与科技（3篇）

01

量子信息与科技

01-01

混沌初始时刻的多体干涉

我们揭示了玻色-哈伯德模型动力学系统中多体干涉的特征。增加粒子的不可区分性增强了少体可观测量的时间涨落，并在量子混沌开始时急剧放大。通过解析部分可分辨粒子的交换对称性，我们将这种放大解释为特征基中初始态相干的指纹。

（刀流云）

Many-Body Interference at the Onset of Chaos

E. Brunner, et al.

Phys. Rev. Lett. 130, 080401 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.130.080401

01-02

量子动力学不是严格的双可分的

在这篇文章中，作者探讨了是否存在可分成两个而不能被分成三个量子信道的量子信道，或者更一般的说，是否存在可分成n个而不能被分成n+1个部分的量子信道。作者证明了对于量子比特，这样的信道不存在，而对于一般的有限维量子信道，至少对于具有完整Kraus算符的量子信道也是如此。为了证明这些结果，作者引入了一种新奇的量子信道分解方法，将其分解为边界部分和马尔可夫部分，并且这种分解适用于任何有限维度。此外，引入的分解方式相当于可分割类别和量子动力学映射实现类型之间众所周知的联系，并且可用于使用较小的量子寄存器实现量子信道。

（张凡）

Quantum Dynamics is Not Strictly Bidivisible

D. Davalos and M. Ziman

Phys. Rev. Lett. 130, 080801 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.130.080801

01-03

量子互文性(Quantum contextuality)提供了通信复杂性优势

Despite the conceptual importance of contextuality in quantum mechanics, there is a hitherto limited number of applications requiring contextuality but not entanglement. Here, we show that for any quantum state and observables of sufficiently small dimensions producing contextuality, there exists a communication task with quantum advantage. Conversely, any quantum advantage in this task admits a proof of contextuality whenever an additional condition holds. We further show that given any set of observables allowing for quantum state-independent contextuality, there exists a class of communication tasks wherein the difference between classical and quantum communication complexities increases as the number of inputs grows. Finally, we show how to convert each of these communication tasks into a semi-device-independent protocol for quantum key distribution.

Quantum Contextuality Provides Communication Complexity Advantage

S. Gupta, et al.

Phys. Rev. Lett. 130, 080802 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.130.080802

02

宇宙学、天体物理与引力

02-01

黑洞铃宕中的非线性效应

作者研究了两个质量相当的黑洞合并产生的引力波形铃宕阶段非线性模式的证据。作者考虑了准圆形轨道上黑洞双星的合并和高能量的正面黑洞碰撞。数值模拟中非线性模式的存在证实了广义相对论的非线性的重要性，在引力波数据分析中必须加以考虑。

Nonlinear Effects in Black Hole Ringdown

Mark Ho-Yeuk Cheung, Vishal Baibhav and et al.

Phys. Rev. Lett. 130, 081401 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.130.081401

02-02

黑洞铃宕中的非线性

由扰动黑洞 (BH) 发出的引力波应变衰荡通常使用一阶 BH 微扰理论进行分析建模。 在该研究中，作者证明了二阶效应对于 BH 合并模拟的铃宕建模是必要的。着眼于应变的 (l; m) = (4; 4) 角谐波，作者展示了在符合理论预期的双黑洞质量比范围内存在二次效应。作者发现二次 (4; 4) 模式的振幅与基础 (2; 2) 模式（其父模式）呈二次比例关系。非线性模式的振幅与线性 (4; 4) 模式相当甚至更大。因此，正确模拟高次谐波的衰荡——将模式失配改善多达 2 个数量级——需要包含非线性效应。

Nonlinearities in Black Hole Ringdowns

Keefe Mitman, Macarena Lagos et al.

Phys. Rev. Lett. 130, 081402 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.130.081402

02-03

用于低温激光干涉仪引力波探测器镜面涂层低折射率层的氮氧化硅

The low refractive index layers in the mirror coatings of the room-temperature laser interferometer gravitational waves detectors are silica deposited by the ion beam sputter method. However, the silica film suffers from the cryogenic mechanical loss peak, hindering its application for the next generation detector operated at cryogenics. New low refractive index materials need to be explored. We study amorphous silicon oxy-nitride (SiON) films deposited using the method of plasma-enhanced chemical vapor deposition. By changing the N₂O/SiH₄ flow rate ratio, we can tune the refractive index of the SiON smoothly from nitridelike to silicalike of ∼1.48 at 1064 nm, 1550 nm, and 1950 nm. Thermal anneal reduced the refractive index down to ∼1.46 and effectively reduced the absorption and cryogenic mechanical loss; the reductions correlated with the N─H bond concentration decrease. Extinction coefficients of the SiONs at the three wavelengths are reduced down to 5 × 10⁻⁶ ∼ 3 × 10⁻⁷ by annealing. Cryogenic mechanical losses at 10 K and 20 K (for ET and KAGRA) of the annealed SiONs are significantly lower than the annealed ion beam sputter silica. They are comparable at 120 K (for LIGO-Voyager). Absorption from the vibrational modes of the N─H terminal-hydride structures dominates over the absorption from other terminal hydrides, the Urbach tail, and the silicon dangling bond states in SiON at the three wavelengths.

Silicon Oxy-Nitride for the Low Refractive Index Layers in the Mirror Coatings of the Cryogenic Laser Interferometer Gravitational Waves Detector

Shiuh Chao, Wen-Jie Tsai and et al.

Phys. Rev. Lett. 130, 081403 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.130.081403

02-04

洛伦兹量子引力和引力子谱函数

We present the first direct and nonperturbative computation of the graviton spectral function in quantum gravity. This is achieved with the help of a novel Lorentzian renormalization group approach, combined with a spectral representation of correlation functions. We find a positive graviton spectral function, showing a massless one-graviton peak and a multigraviton continuum with an asymptotically safe scaling for large spectral values. We also study the impact of a cosmological constant. Further steps to investigate scattering processes and unitarity in asymptotically safe quantum gravity are indicated.

Lorentzian Quantum Gravity and the Graviton Spectral Function

Jannik Fehre, Daniel F. Litim and et al.

Phys. Rev. Lett. 130, 081501 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.130.081501

03

基本粒子与场论

03-01

从经典运动方程得到单圈离壳振幅

本文中，作者提出了一种递归方法，用于计算有色量子场论中的单圈离壳积分元。首先，作者通过将多粒子流重新表述为离壳树级振幅的生成器，来推广微扰方法。然后，利用潜在的色结构，作者定义了一个一致的缝合过程，以迭代的方法计算单圈积分元。当涉及到规范对称性时，整个过程被扩展到包含鬼场的多粒子解，这些解可以在完整的环路计算中考虑。由于这里所需的输入是运动方程和规范对称性，作者的框架自然地延伸到某些非拉格朗日场论中的单圈计算。

One-Loop Off-Shell Amplitudes from Classical Equations of Motion

Humberto Gomez, et al.

Phys. Rev. Lett. 130, 081601 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.130.081601

03-02

η ' 衰变到 η π ⁰ π ⁰中尖角效应的证据

Using a sample of 4.3 × 10 5 η ′ → η π ⁰ π ⁰ events selected from the ten billion J / ψ event dataset collected with the BESIII detector, we study the decay η′ →ηπ⁰ π⁰within the framework of nonrelativistic effective field theory. Evidence for a structure at π ⁺ π ⁻ mass threshold is observed in the invariant mass spectrum of π 0 π 0 with a statistical significance of around 3.5 σ , which is consistent with the cusp effect as predicted by the nonrelativistic effective field theory. After introducing the amplitude for describing the cusp effect, the π π scattering length combination a₀ − a₂ is determined to be 0.226 ± 0.06 0 _stat ± 0.01 3 _syst , which is in good agreement with theoretical calculation of 0.2644 ± 0.0051 .

Evidence for the Cusp Effect in η ' Decays into η π ⁰ π ⁰

M. Ablikim et al. (BESIII Collaboration)

Phys. Rev. Lett. 130, 081901 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.130.081901

04

原子核物理

04-01

相对论重离子对撞机上的Au + Au碰撞中五阶和六阶净质子数涨落的束流能量依赖性

基于相对论重离子对撞机（RHIC）上质心能量为3 GeV到200 GeV的Au + Au碰撞数据，STAR合作组报道了净质子数和质子数分布的五阶和六阶累积量（C₅, C₆）以及阶乘累积量（k₅, k₆）的束流能量和碰撞中心度依赖性。他们发现，除了能量为3 GeV的结果外，净质子（作为净重子的代表）数分布累积量之比的顺序整体上遵循QCD热力学给出的结果。对于0%-40% 中心度的碰撞，C₆/C₂的测量值随能量的降低而下降，但在研究所涉及的最低能量（3 GeV）处，C₆/C₂的值出现符号的改变，由负值变为正值。观测到C₆/C₂值为负的现象与包含了交叉跃迁区域的QCD计算（重子化学势m_B £ 110 MeV）结果是一致的。此外，当质心能量大于7.7 GeV时，在不确定度范围内，测得的质子阶乘累积量k_n随着能量的变化，并不支持一阶相变所期望的那种双模（高斯+二项式）质子数分布形状。总而言之，超高阶（五阶和六阶）质子数涨落的测量结果表明，在高重子密度、重子化学势约为750 MeV、质心能量为3 GeV的情况下，QCD物质的结构与重子化学势约为24 MeV、质心能量为200 GeV以及更高碰撞能量时的结构是截然不同的。

Beam Energy Dependence of Fifth- and Sixth-Order Net-Proton Number Fluctuations in Au + Au Collisions at RHIC

B. E. Aboona et al. (STAR Collaboration)

Phys. Rev. Lett. 130, 082301 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.130.082301

05

原子、分子与光学

05-01

氦溶剂化分子离子旋转解耦的开始:从标签到环和壳

人们对旋转分子离子如何与多个⁴He原子相互作用以及这与微观超流体的关系知之甚少。在这里，作者使用红外光谱研究了⁴H_eN···H₃O⁺配合物，并发现随着⁴He原子的加入，H₃O⁺的旋转行为发生了显著变化。作者提出的证据表明，当N＞3时，离子核与周围的氦发生明显的旋转解耦，在N＝6和12时，旋转常数发生突然变化。与在氦中微溶解的小中性分子的研究形成鲜明对比的是，伴随的路径积分模拟表明，不需要初始的超流体效应来解释这些发现。

Onset of Rotational Decoupling for a Molecular Ion Solvated in Helium: From Tags to Rings and Shells

Julia A. Davies, et al.

Phys. Rev. Lett. 130, 083001 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.130.083001

05-02

量子路径分辨阿秒高次谐波光谱

Strong-field ionization of molecules releases electrons which can be accelerated and driven back to recombine with their parent ion, emitting high-order harmonics. This ionization also initiates attosecond electronic and vibrational dynamics in the ion, evolving during the electron travel in the continuum. Revealing this subcycle dynamics from the emitted radiation usually requires advanced theoretical modeling. We show that this can be avoided by resolving the emission from two families of electronic quantum paths in the generation process. The corresponding electrons have the same kinetic energy, and thus the same structural sensitivity, but differ by the travel time between ionization and recombination—the pump-probe delay in this attosecond self-probing scheme. We measure the harmonic amplitude and phase in aligned CO₂ and N₂ molecules and observe a strong influence of laser-induced dynamics on two characteristic spectroscopic features: a shape resonance and multichannel interference. This quantum-path-resolved spectroscopy thus opens wide prospects for the investigation of ultrafast ionic dynamics, such as charge migration.

Quantum-Path-Resolved Attosecond High-Harmonic Spectroscopy

Antoine Camper, et al.

Phys. Rev. Lett. 130, 083201 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.130.083201

05-03

电子波包的阿秒成像

由于组成电子态的离域性质，一个电子波包除了时间演化外，还具有显著的空间演化。这种空间演化以前是无法在阿秒时间尺度上进行实验研究的。本文发展了一种相分辨双电子角条纹法，对氪阳离子中超快自旋轨道波包的空穴密度形状进行了成像。此外，本文首次捕捉到氙阳离子中一个更快的波包的运动:电子空穴在产生1.2 fs后被重新填充，并且在空穴产生的另一侧观察到空穴被填充。

Attosecond Imaging of Electronic Wave Packets

Gabriel A. Stewart, et al.

Phys. Rev. Lett. 130, 083202 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.130.083202

05-04

通过远场波前整形实现多个悬浮粒子的最佳冷却

Light forces can be harnessed to levitate mesoscopic objects and cool them down toward their motional quantum ground state. Roadblocks on the way to scale up levitation from a single to multiple particles in close proximity are the requirements to constantly monitor the particles’ positions as well as to engineer light fields that react fast and appropriately to their movements. Here, we present an approach that solves both problems at once. By exploiting the information stored in a time-dependent scattering matrix, we introduce a formalism enabling the identification of spatially modulated wavefronts, which simultaneously cool down multiple objects of arbitrary shapes. An experimental implementation is suggested based on stroboscopic scattering-matrix measurements and time-adaptive injections of modulated light fields.

Optimal Cooling of Multiple Levitated Particles through Far-Field Wavefront Shaping

Jakob Hüpfl, et al.

Phys. Rev. Lett. 130, 083203 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.130.083203

05-05

合成频率维度中光子的人工非阿贝尔晶格规范场

非阿贝尔规范场产生了非平凡的拓扑物理。在这里，作者开发了一种方案，使用动态调制环形谐振器阵列在合成频率维度上为光子创建任意SU(2)晶格规范场。以光子偏振为自旋基础来实现矩阵值规范场。使用Harper-Hofstadter哈密顿量的非阿贝尔泛化作为一个具体的例子，作者表明，谐振腔内稳态光子振幅的测量可以揭示哈密顿量的能带结构，它显示了潜在非阿贝尔规范场的特征。这些结果为探索光子系统中与非阿贝尔晶格规范场相关的新拓扑现象提供了机会。

Artificial Non-Abelian Lattice Gauge Fields for Photons in the Synthetic Frequency Dimension

Dali Cheng, et al.

Phys. Rev. Lett. 130, 083601 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.130.083601

05-06

InGaN量子点的三光子激发

We demonstrate that semiconductor quantum dots can be excited efficiently in a resonant three-photon process, while resonant two-photon excitation is highly suppressed. Time-dependent Floquet theory is used to quantify the strength of the multiphoton processes and model the experimental results. The efficiency of these transitions can be drawn directly from parity considerations in the electron and hole wave functions in semiconductor quantum dots. Finally, we exploit this technique to probe intrinsic properties of InGaN quantum dots. In contrast to nonresonant excitation, slow relaxation of charge carriers is avoided, which allows us to measure directly the radiative lifetime of the lowest energy exciton states. Since the emission energy is detuned far from the resonant driving laser field, polarization filtering is not required and emission with a greater degree of linear polarization is observed compared to nonresonant excitation.

Three-Photon Excitation of InGaN Quantum Dots

Viviana Villafañe, et al.

Phys. Rev. Lett. 130, 083602 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.130.083602

05-07

超辐射跃迁时空腔电磁真空涨落的非费米液体行为

作者研究了二维材料，其中电子被耦合到空腔真空电磁场。作者表明，在向腔的宏观光子占据的超辐射相变开始时，由光子与电子相互作用而强烈过度衰减的临界电磁波动会导致电子准粒子的缺失。由于横向光子与电子电流耦合，非费米液体行为的出现在很大程度上依赖于晶格。特别是，作者发现在方形晶格中，电子-光子散射的相空间以这种方式被减小以保留准粒子，而在蜂窝晶格中，准粒子由于阻尼的非解析频率依赖性而被移除∝|ω|^2/3。标准腔探测可以让作者测量导致非费米液体行为的过阻尼临界电磁模式的特征频谱。

Non-Fermi-Liquid Behavior from Cavity Electromagnetic Vacuum Fluctuations at the Superradiant Transition

Peng Rao and Francesco Piazza

Phys. Rev. Lett. 130, 083603 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.130.083603

05-08

观测莫尔阵列边缘的线性和非线性光定位

We observe linear and nonlinear light localization at the edges and in the corners of truncated moiré arrays created by the superposition of periodic mutually twisted at Pythagorean angles square sublattices. Experimentally exciting corner linear modes in the femtosecond-laser written moiré arrays we find drastic differences in their localization properties in comparison with the bulk excitations. We also address the impact of nonlinearity on the corner and bulk modes and experimentally observe the crossover from linear quasilocalized states to the surface solitons emerging at the higher input powers. Our results constitute the first experimental demonstration of localization phenomena induced by truncation of periodic moiré structures in photonic systems.

Observation of Linear and Nonlinear Light Localization at the Edges of Moiré Arrays

A. A. Arkhipova, et al.

Phys. Rev. Lett. 130, 083801 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.130.083801

05-09

多路复用远程电流体动力传输和级联领结光子晶体纳米束的纳米光学捕获

本文从理论上研究了结合超高Q和超低模体积的具有蝴蝶结缺陷的光子晶体腔在低功率纳米级光俘获中的应用。通过利用蝴蝶结区域附近水层的局部加热，结合施加的交流电场，该系统通过切换输入波长，根据需要向蝴蝶结区域提供平均径向速度为30 μm/s的粒子的远程电流体动力学传输。一旦传输到给定的蝴蝶结区域，光学梯度和吸引的负热泳力的协同作用使用mW输入功率将10 nm量子点稳定地捕获在深度为10 k_BT的势阱中。

Multiplexed Long-Range Electrohydrodynamic Transport and Nano-Optical Trapping with Cascaded Bowtie Photonic Crystal Nanobeams

Sen Yang, et al.

Phys. Rev. Lett. 130, 083802 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.130.083802

06

流体力学、行星科学与气候

06-01

电场诱导的水合壳重组使得纳米通道中出现电渗

电渗（electro-osmotic flow）是由外加电场驱动的流体运动，通常需要一个靠近带电表面的电双层（electric double layer）。在这里，我们通过大量的分子动力学模拟发现，在没有明确的电双层存在的情况下，电渗也可以发生在电中性的纳米通道中。外加电场被证明能够导致固有的通道选择性（channel selectivity）在离子和阴离子之间，通过重新定向这些限制性离子（confined ions）的水合壳（hydration shells）。然后，离子选择性导致了通道中出现净电荷密度（net charge density），从而引发了非传统的电渗。该流动方向可以通过改变场强或者反转场向来进行操控。

（邱仲普）

Field-Induced Hydration Shell Reorganization Enables Electro-osmotic Flow in Nanochannels

Wanqi Zhou, Yufeng Guo, Zhuhua Zhang, Wanlin Guo, and Hu Qiu

Phys. Rev. Lett. 130, 084001 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.130.084001

06-02

矩形狭缝中捕获软球形颗粒会导致低雷诺数下的非单调压力流量关系

在微流体管道中，当一个软球形颗粒被一个矩形狭缝捕获时，会出现一种在低雷诺数（Reynolds number）下压力和流量之间没有明确关系的现象。数值模拟显示，被捕获颗粒的流致变形（flow induced deformations）将流线（streamlines）和压降（pressure drop）集中在一个小区域。随着驱动压力的增加，流动阻力增加了几个数量级。因此，在实验和模拟中观察到两种状态：小颗粒变形的流动主导状态，其中流速随压力增加；以及颗粒变形较大且阻碍流动的弹性主导状态。

（邱仲普）

Clogging of a Rectangular Slit by a Spherical Soft Particle

Charles Paul Moore et al.

Phys. Rev. Lett. 130, 064001 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.130.064001

06-03

参数激励的空腔发射的超辐射液滴

在微流体管道中，当一组原子表现出合作的、自发的光子（photon）发射时，会出现一种超辐射（superradiance）现象，其发射速率超过了其组成部分的速率。在这里，我们揭示了一个类似的水动力系统中存在的类似现象，该系统由一对通过共同波场（wave field）耦合的振动激励空腔（vibrationally excited cavities）组成，它们通过界面断裂（interfacial fracture）自发地发射液滴。我们证明了两个耦合空腔的液滴发射速率高于两个孤立空腔的发射速率。此外，放大的发射速率随着空腔之间的距离呈正弦变化，这是超辐射的特征。因此，我们展示了一个流体动力学现象，它捕捉了超辐射的几个基本特征。

（邱仲普）

Superradiant Droplet Emission from Parametrically Excited Cavities

Valeri Frumkin, Konstantinos Papatryfonos, and John W. M. Bush

Phys. Rev. Lett. 130, 064002 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.130.064002

06-04

体力驱动固着液滴的表观线张力

由于液体-基底相互作用，三相接触线的表观线张力（line tension）会发生变化。三相接触线（three-phase contact line）是指三种不互溶的共存相在空间中相遇的区域，除非其中一种相浸润了另外两种相之间的界面。表观线张力（apparent line tension）是指与这种线性非均匀性相关的单位长度的过剩自由能。三相接触线的表观线张力在许多界面现象中都有重要作用，但目前仍存在争议，已有的测量结果在正负号和数量级上都有六个数量级的差异。在这里，我们展示了一个简洁的模型，它只考虑了液体-基底之间的相互作用，可以忠实地再现计算得到的表观线张力的大小、符号变化和非平凡变化。我们的结果表明，引起这种显著变化的原因在于一种广泛使用的估计方法未能消除体积力（body forces），导致测量得到的线张力表现得像一个广延量。

（邱仲普）

Body Forces Drive the Apparent Line Tension of Sessile Droplets

Beng Hau Tan, Hongjie An, and Claus-Dieter Ohl

Phys. Rev. Lett. 130, 064003 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.130.064003

07

等离子体与束流物理

07-01

从可见光到极紫外的“光子加速”

随等离子体尾场传播的密度梯度可以使尾部的激光脉冲频率上移，这一过程被称为 “光子加速”。在均匀等离子体中，由于群延迟，该激光最终会出现移相。R. T. Sandberg等人利用特定的密度剖面找到脉冲的相位匹配条件。电子束驱动器的一维非线性等离子体尾场的解析解表明，即使等离子体密度减小，频移也没有达到渐近极限，即只要尾迹能够持续，频移是无限的。完全自洽的一维 PIC模拟显示，频移超过40倍。在准三维PIC模拟中，观察到频移高达10倍，这是由于计算分辨率和非优化驱动器演化的限制。在此过程中，脉冲能量增加了5倍，并被群速度色散引导和时域压缩，导致产生的极紫外激光脉冲具有近相对论性强度 (a₀~0.4)。

（陈鹏）

Photon Acceleration from Optical to XUV

R. T. Sandberg, et al.

Phys. Rev. Lett. 130, 085001 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.130.085001

07-02

两个X波段三轴速调管放大器产生的相位可调高功率微波与脉冲磁场的相干合成

Jinchuan Ju等人首次通过实验演示了，由X波段相对论性三轴速调管放大器模块在脉冲磁场引导下产生的相位可调高功率微波(HPMs)的相干合成。在110 dB增益水平下，实现了HPM相位的电子捷变操控，平均误差为4°，相干合成效率高达98.4%，合成辐射等效峰值功率为4.3 GW，平均脉冲持续时间为112 ns。通过PIC模拟和理论分析，进一步探讨了非线性束-波相互作用过程中潜在的相位偏转机制。研究为高功率相位阵列的大规模实现铺平了道路，并可能激发人们对可调相高功率激光器研究的新兴趣。

（刘泰齐）

Coherent Combining of Phase-Steerable High Power Microwaves Generated by Two X-Band Triaxial Klystron Amplifiers with Pulsed Magnetic Fields

Jinchuan Ju, et al.

Phys. Rev. Lett. 130, 085002 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.130.085002

07-03

等离子体高阶相空间密度矩能量转换的定量研究

弱碰撞和无碰撞等离子体通常不遵循局部热力学平衡(LTE)，理解这类系统中的能量转换是一个前沿研究问题。标准方法是研究内能(热)和密度的变化，但这忽略了改变相空间密度的任何高阶矩的能量转换。Paul A. Cassak等人从第一性原理计算了非LTE系统的相空间密度所有高阶矩的能量转换。无碰撞磁重联的PIC模拟表明，与高阶矩相关的能量转换可能在局域显著存在。这些结果可能适用于许多等离子体环境，例如在日球层、行星和天体物理等离子体中的重连接、湍流、激波和波粒相互作用。

（刘泰齐）

Quantifying Energy Conversion in Higher-OrderPhase Space Density Moments in Plasma

Paul A. Cassak, et al.

Phys. Rev. Lett. 130, 085201 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.130.085201

08

凝聚态物质与材料

08-01

量子反常霍尔绝缘体中的约束导致的手性边缘通道相互作用

量子反常霍尔绝缘体中，内部是绝缘的，但是电子可以无耗散的在一维的导电路径上移动，这个路径被称为手性边缘通道（CECs）。理论预测这些手性边缘通道被约束在一维边界上，在二维表面上会指数衰减。本文展示了量子反常霍尔绝缘体器件中系统的研究结果，在门电压下，这些器件形成不同宽度的霍尔棒。在电中性点，量子反常霍尔效应在一个宽度仅约72nm的霍尔棒上出现，暗示了其固有的衰减长度只有约32nm。在电子掺杂下，当样品宽度小于1μm，作者发现霍尔电阻快速偏离量子化的值。作者的计算说明，CECs的波函数首先指数下降，随后因无序导致的体态而有一长尾。于是，窄样品中量子霍尔电阻的偏离就从两个相向的CECs的相互作用中出现，这种相互作用以无序导致的体态为中介，且理论结果和实验观测保持了一致。

（马润宇）

Confinement-Induced Chiral Edge Channel Interaction in Quantum Anomalous Hall Insulators

Ling-Jie Zhou, et al.

Phys. Rev. Lett. 130, 086201 (2023)

https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.130.086201

08-02

量子自旋霍尔材料中的电荷掺杂效应

半导体因其对静电门控和掺杂的敏感性，在信息传播和新能源材料中有广泛的应用。可以定量且无可调参数的证明，顺磁性受主的出现可以阐明迄今为止仍让人疑惑的，出现在二维拓扑半导体的拓扑相变区域中和量子自旋霍尔效应区域中的一系列特殊性质。谐振态，电荷关联，库伦隙，导带和受主空穴的交换相互作用，近藤效应的强耦合极限，以及受限磁偏振子这些概念解释了短拓扑保护长度，空穴流动性大于电子流动性，以及自旋霍尔电阻在HgTe和(Hg,Mn)Te中不同的温度依赖性。

（马润宇）

Effects of Charge Dopants in Quantum Spin Hall Materials

Tomasz Dietl

Phys. Rev. Lett. 130, 086202 (2023)

https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.130.086202

08-03

逆火山：一种新的分子-表面相互作用现象

嵌入无定形固体水中的客体分子在结晶时发生爆炸性解吸被称为“分子火山”。在这里，作者描述了在加热过程中NH₃客体分子从各种分子主体膜向Ru(0001)衬底的突然喷射，同时利用温度编程接触电位差和温度编程脱附进行测量。由于宿主分子的结晶或解吸，NH₃分子突然向基质迁移，随后的“逆火山”过程被认为是与基质强烈相互作用的偶极客体分子极有可能的现象。

（郭恺怡）

Inverse Volcano: A New Molecule–Surface Interaction Phenomenon

Michelle S. Akerman, et al.

Phys. Rev. Lett. 130, 086203 (2023)

https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.130.086203

08-04

从第一原理看声子诱导的分子晶体中激子的局域化

分子系统中激子的空间范围是其光物理和光电应用的基础。据报道，声子会导致激子局域和离域。然而，对声子诱导（去）局部化，特别是局部化态如何形成、特定振动的作用以及量子和热核涨落的相对重要性缺乏微观理解。本文中，作者使用密度泛函理论、从头算起的GW Bethe Salpeter方程方法、有限差分和路径积分技术，对固体并五苯（一种典型的分子晶体）中的这些现象进行了第一原理研究，描述了束缚激子的形成、激子-声子与所有阶次的耦合以及声子非谐性。作者发现，对于并五苯，零点核运动导致均匀的强局域化，而热运动仅为Wannier-Mott类激子提供额外的局域化。非谐效应驱动温度相关的局部化，虽然这些效应阻止了高度离域激子的出现，但作者探索了这些可能实现的条件。

（郭恺怡）

Phonon-Induced Localization of Excitons in Molecular Crystals from First Principles

Antonios M. Alvertis, et al.

Phys. Rev. Lett. 130, 086401 (2023)

https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.130.086401

08-05

CrI₃中破坏时间反演对称性的手性声子的频率分裂

基于静态原子间作用力的晶格动力学的传统方法没有充分考虑磁系统中时间反演对称性破坏的影响。最近有一套纠正方法，在电子和核自由度绝热分离的假设下，将力的一阶变化与原子速度结合起来。作者开发了一种第一性原理的方法来计算扩展固体中的速度-力耦合，并通过铁磁CrI₃的例子表明，由于系统缓慢的自旋动力学，绝热分离的假设会导致区域中心手性模式分裂的误差很大。作者证明，准确描述晶格动力学需要在相同的基础上处理磁振子和声子。

(张骁)

Frequency Splitting of Chiral Phonons from Broken Time-Reversal Symmetry in CrI₃

John Bonini, et al.

Phys. Rev. Lett. 130, 086701 (2023)

https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.130.086701

08-06

磁振子的玻色-爱因斯坦凝聚导致扩散费米液体中电导率增强

作者从理论上研究了无序二维金属与具有二次能谱和能隙Δ的铁磁磁振子耦合时的电导率。在扩散极限下，当磁振子接近临界态Δ→0时无序和磁振子介导的电子相互作用结合导致Drude电导率出现一个尖锐的金属修正。该修正是非奇异的，并且明显比其它情况更弱，如无序电子耦合到扩散自旋涨落附近的Hertz-Millis跃迁时所获得的对数平方修正。文章提出了外磁场作用下在S=1/2易面铁磁绝缘体K₂CuF₄中验证这一预测的可能性。作者的结果表明，在绝缘体中磁振子的玻色-爱因斯坦凝聚可以通过对邻近金属的电输运测量来检测。

（田玲钰）

Conductivity Enhancement in a Diffusive Fermi Liquid due to Bose-Einstein Condensation of Magnons

Joshua Aftergood and So Takei

Phys. Rev. Lett. 130, 086702 (2023)

https://journals.aps.org/prl/pdf/10.1103/PhysRevLett.130.086702

08-07

反铁磁异质结构中的单向自旋霍尔磁电阻

单向自旋霍尔磁电阻(USMR)在重金属/铁磁双层体系中已被广泛报道。作者在Pt=α-Fe₂O₃双层层中观察到USMR, α-Fe₂O₃为反铁磁(AFM)绝缘体。系统的场和温度相关测量证实了USMR的磁振子起源。AFM-USMR的出现是由自旋轨道转矩引起的AFM磁子产生和湮灭的不平衡所驱动的。然而，与铁磁不同的是，理论模型揭示了Pt=α-Fe₂O₃中的USMR是由反铁磁磁振子数决定的，具有非单调场依赖性。作者的发现扩展了USMR的普遍性，为AFM自旋状态的高灵敏度检测铺平了道路。

（潘月）

Unidirectional Spin Hall Magnetoresistance in Antiferromagnetic Heterostructures

Yang Cheng, et al.

Phys. Rev. Lett. 130, 086703 (2023)

https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.130.086703

08-08

海森堡磁体中的场可调Berezinskii-Kosterlitz-Thouless关联

本文报道了分子基体块状材料[Cu(pz)₂ (2-HOpy)₂](PF₆)₂的弱耦合自旋-1/2 海森堡层中，场诱导Berezinskii-Kosterlitz-Thouless (BKT)关联的表现。在零场下，1.38 K发生向长程有序的转变，这是由微弱的固有易面各向异性和J’/k_B≈1 mK的层间交换引起的。由于J/K_B=6.8 K的中等层间交换耦合，实验室磁场的应用导致了自旋关联的XY各向异性。至关重要的是，这提供了一个重要的BKT体系，因为微小的层间交换J’仅在接近BKT转变时导致三维关联性，其自旋关联长度呈指数增长。本文利用核磁共振测量来探测决定BKT转变临界温度的自旋关联以及长程序的起始温度。此外，作者根据实验确定的模型参数进行随机级数展开量子蒙特卡罗模拟。平面内自旋刚度的有限尺寸缩放使得临界温度在理论和实验之间有良好一致性，为[Cu(pz)₂ (2-HOpy)₂](PF₆)₂磁相图的非单调性提供了明确的证明，这是由场可调的XY各向异性和相应的BKT物理决定的。

（潘月）

Field-Tunable Berezinskii-Kosterlitz-Thouless Correlations in a Heisenberg Magnet

D. Opherden, et al.

Phys. Rev. Lett. 130, 086704 (2023)

https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.130.086704

08-09

室温下高载流子迁移率的二维半导体

二维半导体在下一代电子和光电子学领域表现出了巨大的潜力；然而，目前的二维半导体在室温下具有固有的低载流子迁移率，这极大地限制了它们的应用。在这里，作者发现了各种新的二维半导体，其迁移率比现有半导体高一个数量级，甚至高于固体硅。通过为二维材料数据库的计算筛选开发有效描述算符、然后使用包括四极散射在内的最先进的第一原理方法对迁移率进行高通量精确计算，得到了这一发现。非同一般的迁移率由几个基本的物理特征来解释；特别是，文章发现了一个新的物理量：载流子晶格距离，它易于计算并且与迁移率高相关。本文为高性能器件性能和/或奇异物理现象开辟了新的材料，并提高了对载流子输运机制的理解。

（孟敬尧）

Two-Dimensional Semiconductors with High Intrinsic Carrier Mobility at Room Temperature

Chenmu Zhang, et al.

Phys. Rev. Lett. 130, 087001 (2023)

https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.130.087001

08-10

平面约瑟夫森结和超导量子干涉器件的相位动力学测量

文章从实验角度研究了平面约瑟夫森结(JJs)和超导量子干涉器件(SQUIDs)的随机相位动力学，这些器件被定义为外延InAs/Al异质结构，其特征是约瑟夫森能量与电荷能量的比值很大。作者观察到从宏观量子隧穿体系到相扩散体系的交叉点是温度的函数，其中转变温度T*是栅极可调的。开关概率分布与小的并联电容及适度的阻尼一致，导致了作为临界电流一小部分的开关电流。两个约瑟夫森结(JJ)之间的锁相导致隔离测量的JJ和在非对称SQUID环路中测量的相同JJ之间的开关电流存在差异。在回路的情况下，T*也由磁通量调节。

（孟敬尧）

Measurements of Phase Dynamics in Planar Josephson Junctions and SQUIDs

D. Z. Haxell, et al.

Phys. Rev. Lett. 130, 087002 (2023)

https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.130.087002

08-11

双量子点吸收探测微波的能量学

[编辑推荐] 量子点光电二极管中的失谐和停止电位的测量展示了光电效应的微波模拟。

作者研究了微波与双量子点光电二极管相互作用的能量学，并展示了光子辅助隧穿中的波粒情况。实验表明，单光子能量将相关的吸收能量设置在弱驱动极限下，这对比了强驱动极限，其中波的振幅决定了相关的能量尺度，并打开了微波诱导的偏置三角形。这两种状态之间的阈值条件由系统的精细结构常数设定。这里的能量学是用双点系统的失谐条件和构成微波光电效应的停止电位测量来确定的。

（陈超）

Energetics of Microwaves Probed by Double Quantum Dot Absorption

Subhomoy Haldar, et al.

Phys. Rev. Lett. 130, 087003 (2023)

https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.130.087003

09

统计物理与复杂系统

09-01

热力学不确定关系及其饱和态的简化证明

热力学不确定关系（TUR）是一类不等式，它们限制了非平衡系统中涨落和耗散的关系。与现有证明中使用的复杂方法相比，Dieball等人基于Cauchy-Schwarz不等式直接从朗之万方程中证明了连续空间中时间齐次过阻尼动力学的各种已有的TURs，统一且简化了TUR的证明。此外，作者首次推导出没有明确时间依赖的瞬态动力学的相关TUR。对于任意初始条件和轨迹持续时间，这种改进的TUR可以在远离平衡的任意位置达到饱和，作者以位移谐波陷阱为例作了进一步阐明。最后，作者还概述了马尔可夫跳跃动力学的稳态TUR的直接证明。

Direct Route to Thermodynamic Uncertainty Relations and Their Saturation

Cai Dieball et al.

Phys. Rev. Lett. 130, 087101 (2023)

https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.130.087101

09-02

阻尼驱动的时间反演波

阻尼通常与物理系统动力学中的不可逆性有关。本文作者提出了基于阻尼的时间反演（damping-based time reversal，DTR）概念，以利用瞬时的耗散脉冲实现在无损介质中传播的波的时间反演。在有限的时间内施加一个突然且强烈的阻尼会诱导时间反演波，在高阻尼冲击的极限下，相当于通过保持波的振幅的同时抵消其时间导数来“冻结”初始波；随后初始波分裂成两个反向传播的波，其中之一振幅减半且时间向相反方向演化。作者在“冻结”耗散脉冲的极端情况下，利用耦合磁体的二维晶格中传播的声子波在实验中实现了 DTR，数值模拟表明DTR同样适用于复杂无序系统。

Damping-Driven Time Reversal for Waves

Samuel Hidalgo-Caballero et al.

Phys. Rev. Lett. 130, 087201 (2023)

https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.130.087201

10

软物质与生物物理

10-01

半柔性聚合物和纤维网络的非仿射变形

[编辑推荐]这篇文章提出了一种可解析模型，用于捕捉半柔性网络（常见于生物材料）在不同条件下（二维和三维，热和无热）的非仿射性质。

半柔性或刚性聚合物（像大多数生物聚合物一样）在剪切时会不均匀地变形。这种非仿射变形的效应比柔性聚合物强得多。目前，人们对这类系统中非仿射性的理解主要局限于模拟或特定的二维无热纤维模型。该文中，Sihan Chen et al.提出了一种有效介质理论，用于描述半柔性聚合物和纤维网络的非仿射变形，它适用于二维和三维以及热和无热极限。该模型的预测结果与先前对线性弹性的计算和实验结果吻合良好。此外，他们引入的框架可以扩展到非线性弹性和网络动力学。

Nonaffine Deformation of Semiflexible Polymer and Fiber Networks

Sihan Chen, et al.

Phys. Rev. Lett. 130, 088101 (2023)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.130.088101