PRL导读-2024年133卷06期

[编辑推荐] 在哈代的全对无量子非局域性检验的首个无漏洞验证中，局域实在论再次被排除。

贝尔定理指出，物理量的量子力学描述不能完全用局域实在论来解释，为各种量子信息应用奠定了坚实的基础。哈代悖论被誉为贝尔定理的最简单形式，它以“全对无”的方式检验局域实在论。然而，由于实验的不完善，现有的对哈代悖论的检验需要对实验系统做出额外的假设，而这些假设导致了忠实检验局域实在论的潜在漏洞。在这篇文章中，Zhao等研究人员利用光子纠缠源实验验证了哈代的非局域性。利用高达82.2%的探测效率和99.10%的量子态保真度，并采用高速量子随机数生成器进行测量设置切换，实验得以在无漏洞的情形下实施。在6个小时的运行过程中，4.32×10⁹次试验展现出最高达5个标准差的强哈代违背，具体为P_Hardy=4.646×10^-4. 零假设检验表明，该结果能够被局域实在论解释的概率上限为10^-16348. 这些检验结果为反对局域实在论提供了确定性的证据，并为基于哈代悖论的量子信息应用建立了先进的基准。

（赵秀花）

Loophole-Free Test of Local Realism via Hardy’s Violation

S.-R. Zhao, S. Zhao, et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 060201 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.060201

黑洞通过霍金辐射蒸发。每种辐射模式都是热态的。然而如果总态是纯态，那么模式之间必须存在纠缠。估算这种纠缠的最小值一直是一个重要的悬而未决的问题。在这篇文章中，Aurell等人基于总态是纯的具有给定边缘的高斯态的假设，发展了一种新的受限随机辛变换理论。在这一随机受限辛模型中，他们计算了模式-模式关联的分布，并据此限定模式-模式纠缠的范围。在t时刻，频率远大于[k_BT_H(t)/ ℏ] 的模式未被填充，因此在分析中被忽略。在其它相对稀疏填充的模式（早期的高频模式和/或晚期的任意频率模式）中，作者发现关联以及纠缠被强烈抑制。相对高度填充的模式（早期的低频模式）则可能强关联，但是详细的分析表明它们仍然不太可能纠缠。作者的分析证明在黑洞完全蒸发后恢复幺正性并不需要任意一对霍金辐射模式之间存在显著的量子纠缠。他们还为具有给定边缘的随机纯高斯态中的模式-模式关联分布提供了精确的一般表达式，这可能在黑洞物理之外的领域中也有应用。

（赵秀花）

Random Pure Gaussian States and Hawking Radiation

E. Aurell, L. Hackl, et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 060202 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.060202

对单个粒子进行随机化测量的概念已被证明可用于分析量子系统，并且是量子态阴影层析成像等方法的核心。在这篇文章中，Imai等人引入了集体随机化测量作为量子信息处理的一种工具。他们的想法是对量子系统进行集体角动量测量，并通过同时多边幺正操作来主动旋转测量方向。基于所得到的概率分布的矩，他们提出了系统化的方法来以集体参考系无关的方式表征量子纠缠。首先，作者表明在这种情况下现有的自旋压缩不等式是可见的。接着，他们提出了一个基于三体关联的纠缠判据，这超越了基于二体关联的自旋压缩不等式。最后，作者将他们的方法用于表征空间分离的两系综之间的纠缠。

（赵秀花）

Collective Randomized Measurements in Quantum Information Processing

S. Imai, G. Tóth, and O. Gühne

Phys. Rev. Lett. 133, 060203 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.060203

对于控制越来越复杂的量子系统，我们感兴趣的相关自由度可能不再是那些传统上由统计量子力学所解决的自由度。在这篇文章中，Correia等人使用量子信道来定义广义子系统，捕获相关自由度并得到相关的正则态。他们的研究表明几乎整个系统的任何微观纯态的广义子系统描述都会与表现得类似于其相应的正则态。这样的正则典型性行为取决于被用来定义广义子系统的信道的熵。

（赵秀花）

Canonical Typicality under General Quantum Channels

P. S. Correia, G. D. Carvalho, et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 060401 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.060401

输运测量对于理解凝聚态物质中从超导到分数量子霍尔效应的现象至关重要。类似地，它们可以成为在量子模拟器中探索合成量子物质的有力工具。在本文中，B. Du和R. Suresh等人展示了超导电路晶格中的原位粒子电流测量，并将其应用于研究相干和浴耦合晶格中的输运。作者们的方法利用双势阱中的受控隧穿来将电流映射到现场密度，从而揭示了位点分辨的电流和电流统计数据。作者们准备了具有不同晶格填充率的强相互作用 Bose-Hubbard 晶格，并观察了多体态从超流体转变为莫特绝缘体时电流统计数据的变化。此外，作者们通过将晶格与作为可调粒子源和汇的耗散浴耦合，以探索非平衡电流动力学。作者们观察到了离散传导通道和相互作用辅助输运中的稳态电流。这些结果为研究超导电路中的微观量子输运建立了一个多功能平台。

（雷家睿）

Probing Site-Resolved Current in Strongly Interacting Superconducting Circuit Lattices

B. Du, R. Suresh, et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 060601 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.060601

超导量子比特中一个已知的退相干源是破坏的库珀对（或准粒子）的存在。它们可以通过高能辐射产生，这些高能辐射要么存在于环境中，要么有意引入，就像某些混合量子装置的情况一样。在本文中， Benevides和Drimmer等人系统地研究了在不同功率、持续时间和空间位置的聚焦红外辐射照射下Transmon量子比特的特性。尽管入射光子的能量很高，但作者们的观察结果与以捕获为主导的低能准粒子动力学模型吻合得很好。该技术可用于了解并潜在地减轻高能辐射对具有各种几何形状和材料的超导电路的影响。

（雷家睿）

Quasiparticle Dynamics in a Superconducting Qubit Irradiated by a Localized Infrared Source

R. Benevides, M. Drimmer, et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 060602 (2024)

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玻色子损耗估计在量子计量中具有重要作用。人们曾经认为，如果不涉及量子探针，这项任务的最终精度将被限制在标准量子极限内。然而，最近的一项提议表明，利用带有相干态探针的环形谐振器可以超越这一极限。在本文中， Tao和Li等人在实验上实现了基于谐振器的玻色子损耗估计并验证了谐振增强效应。本文探讨了基于谐振器的计量技术的优势，并阐明了高精度微型传感器的发展。

（雷家睿）

Surpassing the Quantum Limit in Bosonic Loss Estimation without Quantum Probes

Y. Tao, X. Li, et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 060801 (2024)

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阴影层析成像的目的是通过一系列简单的随机测量来构建量子态的经典描述。根据得到的经典阴影可以重建物理可观测量。使用单体随机测量的阴影协议实现起来很简单，而且能有效地捕获少体可观测量，但不适用于具有基本数守恒定律的系统，例如超冷原子。Hearth和Flynn等人通过提出和分析一种适用于此类系统的新型局部阴影协议来解决这一不足。All-Pairs协议需要一层两体门和仅poly(𝑉)个样本来重建任意少体可观测量。此外，通过利用协议的置换对称性，作者们推导出了一种线性时间后处理算法，该算法适用于任何空间维度中的硬核玻色子和无自旋费米子。作者们提供了一个原理验证的参考实现，并展示了在硬核玻色子的一种配对Luttinger液体中二点和四点函数的重建。

（雷家睿）

Efficient Local Classical Shadow Tomography with Number Conservation

S. Hearth, M. Flynn, et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 060802 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.060802

[编辑推荐]在16个矮球状星系方向对LHAASO数据的分析给超重暗物质候选者的湮灭和衰变施加了严格的约束。

本文中作者尝试寻找超重暗物质在高海拔宇宙线观测站（LHAASO）产生的信号。作者在LHAASO的视域中找到了可能由16个矮球状星系中暗物质的湮灭或衰变产生的γ射线。矮球状星系是有希望间接探测暗物质的对象之一，其天体物理γ射线背景通量较低，同时有大量暗物质。通过分析LHAASO七百余天的观测数据，在1TeV到1EeV区间未探测到显著暗物质信号。由此，作者对超重暗物质到EeV的湮灭截面导出了最严格的约束。同时导出了对衰变模式中暗物质寿命的约束。

Constraints on Ultraheavy Dark Matter Properties from Dwarf Spheroidal Galaxies with LHAASO Observations

Zhen Cao et al. (LHAASO Collaboration)

Phys. Rev. Lett. 133, 061001 (2024)

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[编辑推荐]由理论假说中的黑光子与引力的非最小耦合而引起的引力可能会出现不稳定性，导致粒子的失控产生。

作者展示了在暴胀期间，在与引力的非极小耦合存在下，具有质量的阿贝尔矢量（Proca）场的引力粒子产生可能会遭受不稳定性，从而导致高动量模式的失控产生。除非有一些机制来调节失控的情况，否则这是无法接受的。作者讨论了粒子质量和非极小耦合的参数空间，其中发生这种失控以及可能调节失控的方法。作者发现，在有UV完备理论或与标准模型运动学混合的情况下，没有解决失控的明显的方法。

Runaway Gravitational Production of Dark Photons

Christian Capanelli, Leah Jenks, Edward W. Kolb, and Evan McDonough

Phys. Rev. Lett. 133, 061602 (2024)

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We give an elementary proof of the following property of unitary, interacting four-dimensional N = 2 superconformal field theories: At large central charge c , there exist at least c single-trace, scalar superconformal primary operators with dimensions Δ ≲ c (suppressing multiplicative logarithmic corrections). This follows from a stronger, more refined bound on the spectral density in terms of the asymptotic growth rate of the central charge. The proof employs known results on the structure of Coulomb branch operators. Interpreted holographically, this bounds the possible degree of scale separation in semiclassical AdS 5 half-maximal supergravity. In particular, the bulk must contain an infinite tower of charged scalar states of energies parametrically below the large black hole threshold E BH ∼ c . We address the extreme case of AdS 5 pure supergravity, ruling it out as the asymptotic limit of certain sequences in theory space, though the general question remains open.

Rigorous Holographic Bound on AdS Scale Separation

Eric Perlmutter

Phys. Rev. Lett. 133, 061601 (2024)

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[编辑推荐]原理验证演示表明，可以在电路中模拟全息对应关系。

作者展示了将双曲晶格与非线性动力学相结合的桌面设置如何普遍编码AdS 空间中重力与共形场论 （CFT） 之间的体边界对应关系的各个方面。作者利用具体且广泛适用的全息玩具模型模拟了体中的引力自相互作用，并在边界上涌现出非平凡关联的CFT。作者测量了包含在两点函数和三点函数中的CFT数据，并阐明了如何通过有效的黑洞几何形状模拟一种热CFT。作为一个具体的例子，作者提出并模拟了一种实验上可行的协议，用于使用电路测量全息CFT。

Simulating Holographic Conformal Field Theories on Hyperbolic Lattices

Santanu Dey, et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 061603 (2024)

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We discuss the possibility that light new physics in the top-quark sample at the LHC can be found by investigating with greater care well-known kinematic distributions, such as the invariant mass  m_bℓ  of the  b -jet and the charged lepton in fully leptonic     events. We demonstrate that new physics can be probed in the rising part of the already measured  m_{b ℓ} distribution. To this end, we analyze a concrete supersymmetric scenario with a light right-handed top-squark, chargino and neutralino. The corresponding spectra are characterized by small mass differences, which make them not yet excluded by current LHC searches and give rise to a specific end point in the shape of the  m_bℓ distribution. We argue that this sharp feature is general for models of light new physics that have so far escaped the LHC searches and can offer a precious handle for the implementation of robust searches that exploit, rather than suffer from, soft bottom quarks and leptons. Recasting public data on searches for new physics, we identify candidate models that are not yet excluded. For these models, we study the m_bℓ distribution and derive the expected signal yields, finding that there is untapped potential for discovery of new physics using the  m_bℓ  distribution.

Rise and Fall of Light Top Squarks in the LHC Top-Quark Sample

Emanuele Bagnaschi et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 061801 (2024)

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[Featured in Physics] A resonance between energy levels in argon atoms and nitrogen molecules could be used to remotely sense contaminants in air.

大气中的无腔激光激发了人们对潜在物理机制的深入研究。在这篇文章中，作者确定了一种新的机制——一种三次谐波光子介导的共振能量转移途径，通过261nm强脉冲辐射下氮分子的初始三光子激发，实现氩中的粒子数反转——这使得在大气中能够实现双向双色级联激光。通过进行泵浦-探测测量，作者得出结论，这种级联激光是由超荧光而不是放大的自发辐射引起的。这种级联激光具有产生双向多色相干脉冲的能力，为遥感应用开辟了更多的可能性。

Bidirectional Cascaded Superfluorescent Lasing in Air Enabled by Resonant Third Harmonic Photon Exchange from Nitrogen to Argon

Zan Nie, et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 063201 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.063201

作者证明平滑激光场的共振吸收可以产生类似Mollow的三重态模式。作者推导了这种三重态的一般条件，并用超高斯脉冲序列进行了说明。高斯脉冲不能呈现三重态，超高斯脉冲可以根据脉冲面积形成三重态，平顶脉冲可以在一个拉比周期后产生吸收三重态。作者将得到的结果与共振荧光进行了并列比较，以强调这些不同可观测量之间的异同。在高强度极限下，作者展示了中心吸收峰是不对称的，并将其归因于非线性光电离，这超出了两能级原子物理学的范畴。

Mollow-like Triplets in Ultrafast Resonant Absorption

Axel Stenquist, et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 063202 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.063202

[Featured in Physics] [Editors’ Suggestion] A new manipulation technique could enable the realization of more versatile quantum simulators.

量子气体显微镜革新了超冷原子的量子模拟，使人们能够测量局部可观测量和量子态的快照。然而，迄今为止的测量大多是在占据基础上进行的。在这里，作者演示了如何以单键分辨率测量和操纵所有动力学算符，如动能算符或电流算符。除了这些可观测量的简单期望值外，单次测量还允许人们访问完整的计数统计数据和复杂的相关函数。作者的工作为实现高效量子态层析成像和在晶格上移动粒子的混合量子计算协议铺平了道路。此外，作者还演示了位点分辨的可编程电势如何在不同的基底上实现空间选择性、并行读出以及任意初始状态的工程设计。

Local Readout and Control of Current and Kinetic Energy Operators in Optical Lattices

Alexander Impertro, et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 063401 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.063401

零差探测和外差探测是测量传播电磁场的基本技术。然而，将这些技术应用于限制在腔体中的定态场是一个挑战。为了克服这一挑战，作者建议使用与腔相互作用的两能级系统的重复间接测量。作者通过数值证明，所提出的测量方案准确地再现了零差或外差探测的测量统计数据。该方案可以在各种物理架构中实现，包括电路量子电动力学。作者的研究结果为实现需要线性检测稳态模式的量子算法铺平了道路，包括量子验证协议。

Digital Homodyne and Heterodyne Detection for Stationary Bosonic Modes

Ingrid Strandberg, et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 063601 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.063601

由于实现了避免其固有的3dB信噪比损失的技术，传统的外差读出方案现在正在重新考虑。高频、正交纠缠、双模压缩态的应用可以进一步提高音频信号的读出灵敏度。在这篇文章中，作者通过实验证明了与直接光信号组合的两个空间上不同的干涉仪的量子增强外差读出，避免了3dB外差信噪比损失。应用高频、正交纠缠、双模压缩态，作者发现注入的音频信号的信噪比进一步提高了3.5dB。该技术适用于量子受限的高精度实验，可用于搜索量子引力、搜索暗物质、引力波探测和波长复用量子通信。

Quantum Enhanced Balanced Heterodyne Readout for Differential Interferometry

Daniel W. Gould, et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 063602 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.063602

巨型人造原子是实现类比型量子模拟器的有前景且灵活的构建模块。它们是通过两能级系统与波导或二维光子浴的多局域耦合模式来实现的。巨原子物理学的一个标志是它们以自相干反馈的形式具有非马尔可夫特性，例如导致非指数型原子衰变。它们的非马尔可夫性的时间尺度基本上是由与各种耦合点之间的距离成比例的时间延迟给出的。同时，利用最先进的实验装置，可以在原子-光耦合中设计复杂的相位。这种相位模拟了人造磁场，产生了原子-光系统的手性行为。在这里，作者报告了巨原子这两个看似无关的特征之间令人惊讶的联系，表明巨原子的手性控制着它的马尔可夫性。特别是，通过调整耦合的相位，一个巨原子可以反直觉地进入精确的马尔可夫状态，而不管任何固有的时间延迟。作者将这种机制描述为干涉过程并通过碰撞模型图像进行说明。作者的发现显著推进了对巨原子物理学的理解，并为控制量子纳米光子网络开辟了新的途径。

Controlling Markovianity with Chiral Giant Atoms

Federico Roccati, et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 063603 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.063603

使用无源光器件的模拟计算可以提高处理速度并降低功耗，最近由于超表面技术提供的机会，这一领域重新引起了人们的兴趣。基本的图像处理任务，如空间微分，最近已被证明是基于超表面中的工程非局域性，但下一代计算方案需要更先进的能力。在这里，通过同时调整超表面在空间和时间上的非局域电磁响应，作者展示了一种无源超薄硅基器件，该器件对输入图像进行混合时空微分，实现了基于事件的边缘检测。超表面仅在输入图像随时间演变时执行空间微分，从而在亚皮秒时间尺度上进行时空图像处理。此外，超表面的设计可以定制，以选择性地增强以期望速度移动的物体。作者的研究结果表明，对于高度紧凑的神经形态相机，时空信号的处理是完全无源的。

Tailoring Space-Time Nonlocality for Event-Based Image Processing Metasurfaces

Sedigheh Esfahani, et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 063801 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.063801

激光触发和光热诱导蒸汽泡已成为促进微流体学和纳米流体学中众多应用的光机械能量转换的有前途的方法。在这里，我们报告了在坚硬侧壁附近自发触发周期性成核的等离子体蒸汽泡的观察，其成核频率可从0.8 kHz轻松调节至超过200 kHz。蒸汽泡的详细坍塌过程通过实验和数值研究进行了调查。我们发现，残余泡向侧壁的侧向迁移刷新了激光斑点区域，终止了随后的稳定泡生长，并导致可重复的泡成核。推导出了一个关于开尔文脉冲的数学模型。该模型表明，坚硬边界诱导的Bjerknes力和激光辐射引起的热Marangoni力之间的竞争控制了坍塌泡的过程。该模型还引出了一个可重复泡成核的标准 γζ<0.34，其中 γ 是归一化距离，ζ 是热Marangoni系数。这项研究展示了在极高频率下剧烈蒸汽泡的成核，提供了一种在微流体学和纳米流体学中远程实现强局部流的方法。

（邱仲普）

Submegahertz Nucleation of Plasmonic Vapor Microbubbles near a Solid Vertical Boundary

Fulong Wang (王福龙), Zhibin Hu, Binglin Zeng, Chenliang Xia, Lihua Dong, Huimin Wang, Lijun Yang, and Yuliang Wang (王玉亮)

Phys. Rev. Lett. 133, 064001 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.064001

许多绝缘过渡金属二硫化物（TMDCs）的超导性在压力作用下已被观察到。然而，由于缺乏在低温下对它们结构的研究，超导性的起源仍然不明确。在这里，作者报告了在高达约160 GPa压力下压缩的1T-HfS₂晶体中，一种高超导态（SC-I相）与其他超导态共存的观察结果。原位同步辐射X射线衍射结果排除了分解硫的存在，并确认了在室温下有两个结构相变，以及在低温下有一个额外的相变，这些都有助于多种超导状态的出现。SC-I相在158 GPa时显示出16.4 K的未饱和超导相变温度，并展示了迄今为止在体TMDCs中最高的上临界场，在147 GPa压强下超导温度约15.2K, 𝜇₀𝐻_c2(0)≈29.7  T，超过了弱耦合泡利极限。这些结果揭示了压缩HfS₂中丰富的超导性质以及敏感的结构，从而扩展了我们对TMDCs超导性的理解。

（刘瑞）

Pressure-Sensitive Multiple Superconducting Phases and Their Structural Origin in Van der Waals HfS₂ Up to 160 GPa

W. Zhong, H. Zhang et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 066001 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.066001

作者研究了在双曲晶格上的无序紧束缚模型中的Anderson局域化现象。这种晶格的几何结构介于普通二维晶体晶格（在微小无序下即发生局域化）与Bethe晶格（在强无序下发生局域化）之间。作者使用最先进的计算群论方法生成大规模系统，通过适当的周期性边界条件逼近热力学极限，并通过数值方法展示了在{8,3}和{8,8}晶格上存在Anderson局域化相变。作者发现了异常大的临界无序强度，确定了临界指数，并在能级统计中观察到了强烈的有限尺寸效应。

（郭维安）

Anderson Localization Transition in Disordered Hyperbolic Lattices

Anffany Chen, Joseph Maciejko et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 066101 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.066101

近期研究揭示了伯纳尔堆叠的双层石墨烯展现出多样化的有序相，这些有序相由电子间的相互作用所驱动，涵盖了自旋和谷磁效应、相互关联的绝缘体、相互关联的金属态以及超导性。本文介绍了一类具有自旋与谷序特征的新型相关相，这些相与先前研究中报道的相有所区别。在电子型掺杂的双层石墨烯中，由于能带结构异常平坦，导致了在相变初期出现显著的非线性电流-偏置效应，并且随着温度的升高呈现出绝缘性质。这些现象与部分费米面发生能隙化的电荷或自旋密度波状态，或者形成完全带隙的维格纳晶体有关，从而构成了一个极其复杂的相图谱。

（毛慧灿）

Interaction-Driven Quasi-Insulating Ground States of Gapped Electron-Doped Bilayer Graphene

Anna M. Seiler et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 066301 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.066301

[Featured in Physics] [编辑推荐]研究人员利用特定的电势来操控石墨烯的电子能带结构，为按需设计电子能带奠定了基础。

能带结构工程仍然是凝聚态研究的一个重要方面。在本文中，作者精心构建了一个人工笼目势，用以产生和控制石墨烯的多个狄拉克带。这种独特的高阶势包含天然的多周期分量，能够通过不同的势贡献重建能带结构。因此，每个不同色散特征的带分量会随着人工势的变化而以不同的速度移动能量。因此，作者观察到了多个狄拉克峰的显著光谱权重重新分布。此外，磁场可以有效地削弱超晶格效应并重新激活本征狄拉克带。总体而言，作者实现了能带色散调控工程，这一功能将大大增加能带设计的自由度。

（彭怡然）

Dispersion-Selective Band Engineering in an Artificial Kagome Superlattice

Shuai Wang, Zhen Zhan et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 066302 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.066302

最近在无限层镍酸盐中发现的超导性引发了人们对电子关联在其性质中的作用的新的理论和实验兴趣。在这里，使用第一性原理模拟，作者表明镍酸盐家族的母体化合物LaNiO₂具有竞争性的低能条纹相，类似于掺杂的铜酸盐。条纹态被证明是由多轨道电子机制和Peierls畸变驱动的。作者的研究表明，强关联和电子-声子耦合效应在无限层镍酸盐的物理中起着关键作用，并揭示了镍酸盐中电子不均匀性和缺乏长程有序的微观起源。

（郑鹏宇）

Emergence of Competing Stripe Phases in Undoped Infinite-Layer Nickelates

Ruiqi Zhang et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 066401 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.066401

[编辑推荐]x射线光谱显示双钙钛矿化合物Ba₂NaOsO₆具有有限磁矩，尽管其名义上是非磁性的5d¹结构。

采用光谱学和理论相结合的方法，即共振非弹性x射线散射、x射线吸收光谱、磁圆二向色性和多重配体场计算，作者研究了一种被认为是无磁性的5d¹双钙钛矿氧化物。作者发现，强自旋-轨道耦合使得5d t_2g和e_g轨道发生混杂，共价使5d布居数远高于名义值，且局部对称性低于O_h。所得到的电子相互作用解释了该化合物中Os的有限磁矩，并且一般适用于5d¹离子。该结果提供了难以捉摸的Jahn-Teller畸变的直接证据，暗示了强烈的电子-晶格耦合。

（杨颖）

Origin of Magnetism in a Supposedly Nonmagnetic Osmium Oxide

S. Agrestini et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 066501 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.066501

作者展示了如何将通常涉及热力学势变分的相互作用费米子系统的稳定性条件改写为单粒子和两粒子关联函数的表达形式。作者在一个有限温度下的多轨道强关联电子模型中展示了这种替代表述的适用性，检查了相分离区域附近的广义局域电荷易感性的最低本征值。除了传统的不稳定分支外，作者还讨论了具有正压缩的而不是负压缩性的不稳定解。作者的稳定性条件不需要自由能函数的导数，这在概念和实际计算中具有优势，并为分析相关复杂系统的热力学提供了明确的标准。

（刘瑞）

Thermodynamic Stability at the Two-Particle Level

A. Kowalski, M. Reitner, et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 066502 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.066502

[编辑推荐]对最佳还原的镍酸盐薄膜进行的光谱和输运测量显示，单一的𝑑_{𝑥²−𝑦²}轨道占据导致c轴参数的最小化，并且轨道不对称性与超导临界温度（𝑇_𝑐）之间的相关性支持了镍酸盐和铜酸盐超导体之间的电子类比。

利用金属氢化物作为试剂的拓扑还原技术已成为实现金属离子极低氧化态和非传统配位网络的有效方法。这种方法为开发全新的功能材料开辟了途径，其中一个显著的例子就是无限层镍酸盐超导体。然而，这种还原对原子重构和电子结构的影响——对于超导性至关重要——仍然很大程度上未得到解决。作者设计了两组对照的Nd_0.8Sr_0.2NiO₂薄膜，并使用二次离子质谱分析强调了还原引发的氢插入的缺失。X射线吸收光谱显示，在超导样品中存在显著的线性二色性，且以Ni 3𝑑_{𝑥²−𝑦²}轨道为主，表明无限层镍酸盐具有镍单能带的特性。与超导临界温度（T_c）一致，Ni 3d轨道的不对称性表现出对还原持续时间的穹顶状依赖性。作者的研究结果揭示了还原在调节Ni-3d轨道极化及其对超导性能影响中的关键作用。

（郭维安）

Origin of a Topotactic Reduction Effect for Superconductivity in Infinite-Layer Nickelates

Shengwei Zeng, Chi Sin Tang et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 066503 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.066503

[编辑推荐]被称为量子反常霍尔晶体的物态表现出超出预期的量化霍尔电导。

作者预测了一种新型物质状态的形成，这种状态在分数填充的摩尔纹超晶格带中表现出相互纠缠的铁磁性、电荷序和拓扑性。尤为引人注目的是，这类量子反常霍尔晶体显示出的量子化整数霍尔电导与从带填充和Chern数预测的值不同。微观计算结果表明，在半填充状态下（ν = 1/2），以及在扭曲角度较大的扭曲半导体双层材料tMoTe₂中，这种新型相位具有较高的稳定性。

（毛慧灿）

Quantum Anomalous Hall Crystal at Fractional Filling of Moiré Superlattices

D. N. Sheng et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 066601 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.066601

纳米结构铁电体由于静电和弹性边界条件而显示出奇异的多畴结构。虽然铁电畴在实验图像中看起来是冻结的，但原子第二原理研究表明，它们在加热时可能会自发移动，极性序以液态方式熔化。在本文中，作者对模型系统(PbTiO₃/SrTiO₃超晶格)进行了分子动力学模拟，以研究这种转变的独特特征。最值得注意的是，作者发现在不同的温度下，多畴态失去了它的平移和取向序，类似于液晶行为并产生了中间的六角相。作者的模拟揭示了熔化的机制，并使其能表征六角相的随机动力学：作者发现有证据表明它是热激活的，在狭窄的温度窗口内，畴重定向速率从几十吉赫兹增长到太赫兹。

（彭怡然）

Liquid-Crystal-Like Dynamic Transition in Ferroelectric-Dielectric Superlattices

Fernando Gómez-Ortiz, Mónica Graf et al.

Phys. Rev. Lett.132, 066801 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.066801

典型的磁性斯格明子是铁磁体内的一连串翻转磁化，由一套的涡旋状自旋结构保护，使其横截面带有整数拓扑荷。一些磁体形成反斯格明子，即携带相反拓扑荷的反粒子串。在这里，作者证明了拓扑等效但纯电的反斯格明子也可以存在于铁电材料中。特别是，作者的计算机实验表明，典型铁电体钛酸钡可以在零场下具有反斯格明子。它们核心周围的极化模式让人想起装饰结的环形绕组，而不是典型的磁性反斯格明子纹理。作者发现，与标准斯格明子串相比，钛酸钡的反斯格明子直径仅为2-3nm，横截面为六边形，并且具有双倍大小和相反符号的奇异拓扑荷。

（郑鹏宇）

Antiskyrmions in Ferroelectric Barium Titanate

Mauro A. P. Gonçalves et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 066802 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.066802

由耗散动力学主导的非平衡系统的非凡量子性质已成为当代科学研究的一个重点。非平衡格林函数（NEGF）理论提供了一种处理驱动非耗散系统的通用方法，利用强大的图解技术来纳入关联效应。作者在此提出了一种针对耗散NEGF理论的二次量子化方法，重新表述了Keldysh的思想，以适应Lindbladian动力学，并相应地扩展了Kadanoff-Baym方程。通过将图解微扰理论推广到多体Lindblad算符，这一形式可以实现关联和耗散的实时模拟，以探索材料在电子、输运和光学性质上的瞬态和稳态变化。

（杨颖）

Kadanoff-Baym Equations for Interacting Systems with Dissipative Lindbladian Dynamics

Gianluca Stefanucci

Phys. Rev. Lett. 133, 066901 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.066901

电荷有序态的对称性破缺如电荷密度波（CDW）能够诱导出非凡的物理性质，然而对底层的物理机制的准确理解仍然不明确。本文作者结合了涨落电动力学和密度泛函理论，揭示了在含CDW的TiSe₂中的一种非传统的热光子效应，称为热光子-CDW（tp-CDW）。等离激元和CDW电子激发的相互作用导致了热光子传输中异常的负温度依赖性，为电子序的转变提供了直观的识别特征。此外，tp-CDW转变所展示的非平凡特性为热流的可控操纵提供了希望，这可以在诸如热科学和电子动力学以及下一代能源设备等各个领域中得到广泛应用。

（刘瑞）

Unconventional Thermophotonic Charge Density Wave

C. L. Zhou, Z. Torbatian, et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 066902 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.066902

对远离平衡态系统的完整热力学表征和理解尚未可知。Dieball等人证明了在d维非平衡系统中，任何可微标量观测量的输运都受该观测量"拉伸"微观坐标所标度的总熵产生量限制。该结果-时间积分的广义速度极限-反映了观测量输运的热力学成本，并将欠阻尼和过阻尼的随机动力学与确定性运动置于同等地位。由于微观动力学至少在短时间内是欠阻尼的，因此该工作将随机热力学与块体(bulk)实验联系起来，并填补了热力学推断的一个重要空白。在只需要平均量而不需要样品间涨落的情况下，该输运限制有效，并已通过实例证明不仅适用于单分子实验，也适用于只能观察到平均值的块体实验。该结果可能有助于在如时间分辨的X射线散射，瞬态探测的块体观测量没有明显方向性的分子机器上进行热力学推断。

Thermodynamic Bounds on Generalized Transport: From Single-Molecule to Bulk Observables

Cai Dieball et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 067101 (2024)

https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.133.067101

[编辑推荐] 粒子在异质两相系中运动的总体表征取决于对郎之万方程的诠释。

郎之万方程是模拟单粒子扩散的常用工具。在非均质环境中，如双水相体系或不同相中具有不同扩散系数的生物凝聚体，除非选择对随机积分的诠释(interpretation)，否则郎之万方程的解不唯一。Pacheco-Pozo等人分析了粒子在这种系统中的扩散，并计算了粒子的均值、均方位移和分布、以及时间平均均方差的变化。其分析结果为从单粒子跟踪实验中选择诠释参数提供了一种方法。

Langevin Equation in Heterogeneous Landscapes: How to Choose the Interpretation

Adrian Pacheco-Pozo et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 067102 (2024)

https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.133.067102

超均匀性是一个涌现性质，即密度的结构因子n标度为S(q)~q^α，其中α>0。Wiese证明了对Manna模型所属的守恒定向渗流(CDP)类，CDP中的密度n与退钉扎时的界面位置u之间存在一个精确的映射n(x)=n₀+∇²u(x)，其中n₀为守恒粒子密度。因此，超均匀指数等于α=4-d-2ζ，ζ为退钉扎时的粗糙度指数，d为维数。d=1, α=1/2时，满足0.6>α≥0，d为任意值。该结果很好地拟合了文献中的模拟结果，除了当𝑑 = 1时。两个看似不同的领域之间的这种精确关系令人惊讶，并为思考超均匀性和退钉扎提供了新的路径。作为推论，得到的结果在所有维度上都达到了前所未有的精度，当d=1时结果是精确的。这修正了CDP中超均匀性的早期工作。

Hyperuniformity in the Manna Model, Conserved Directed Percolation and Depinning

Kay Jörg Wiese

Phys. Rev. Lett. 133, 067103 (2024)

https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.133.067103

在几何嵌入图的随机探索中，直觉表明，在一对节点之间提供捷径可以减少整个图的平均首次通过时间。与直觉相反，Gounaris等人发现了布雷斯悖论(Braess's paradox)。对于常规扩散，捷径虽然桥接了拓扑距离较远的节点，但会降低网络的整体搜索效率。作者提出了一种优化方案，该方案下，每条边都会调整其传导性，以减少图的搜索时间。该优化方案揭示了结构与扩散指数之间的关系，以及随着指数的增加，从密集图到稀疏图的转变。

Braess’s Paradox Analog in Physical Networks of Optimal Exploration

Georgios Gounaris et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 067401 (2024)

https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.133.067401

[编辑推荐]基于Kolmogorov复杂性理论的数据压缩算法允许从单一平衡构型估计简单液体的动力学特性，特别是扩散系数。

根据额外熵标度，液体的粘度和扩散系数等动力学特性由熵决定。动力学和热力学之间的这种联系越来越受到研究，也引起了工业应用的兴趣，但受到有效计算熵的挑战的阻碍。利用熵基本上是Kolmogorov复杂度这一事实，这可以从最优标度算法中估计[Avinery等人，Phys.Rev.Lett.123178102（2019）；Martiniani等人，Phys.Rev.X 9011031（2019）]，Douglass等人证明了四种简单液体的扩散系数遵循单一平衡构型的最优长度的准普适指数函数。他们得出得出结论，“复杂性标度”有可能成为从单一构型估计任何液体动力学特性的有用工具。

（吴雨轩）

Complexity Scaling of Liquid Dynamics

Ian M. Douglass, et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 068001 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.068001

当群居的阿米巴盘基网柄菌的细胞缺乏营养时，它们开始合成和分泌化学信使和化学引诱剂环磷酸腺苷（cAMP）。该信号由其他细胞中继，导致周期性波的建立。细胞通过趋化作用向这些波的中心聚集。Karmakar等人研究了单个细胞对反复暴露于微流体装置产生的cAMP波的趋化反应。对于快速移动的波（短周期），发现细胞的趋化能力在暴露于更多的波时会增加，从而预示几个周期内记忆的发展。对于缓慢移动的波（大周期），这种影响并不显著。他们还表明，实验结果与基于局部兴奋-全局抑制的模型一致，该模型通过包含一个缓慢上升和衰减的成分进行了扩展，该成分由cAMP浓度的时间梯度激活。观察到的趋化性增强与野生种群有关：一旦建立了持续的周期性趋化剂波，它将有利于细胞提高趋化能力，以便更快地到达聚集中心。

（吴雨轩）

Eukaryotic Chemotaxis under Periodic Stimulation Shows Temporal Gradient Dependence

Richa Karmakar, et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 068401 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.068401

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