PRL导读-2024年133卷19期

量子理论传统上使用复数来进行表述。量子理论的虚数特性已被量化为一种资源，应用于区分任务、伪随机数生成和量子计量学中。在标准表述中，如果与之相关的密度矩阵在给定的、固定的基中不是实值的，那么一个量子态就被认为具有“虚数性”。如果作者考虑一个集合的态，可能设计出一些测试，这些测试能够不依赖所选基得保证集合中某些态的虚数性。在这里，作者提出了与基的选择无关的虚数性证明，它依赖于对态的集合的幺正不变性进行测量。对于三个纯态，作者完全表征了量子理论可以达到的不变值，并对四个纯态给出了部分表征。作者展示了简单的成对重叠测量足以证明四个态的集合的虚数性，但对三个态的集合则不行。作者的证明方法对实验友好，为测量和使用虚数性作为资源开辟了新的路径。

（张皓玥）

Unitary-Invariant Witnesses of Quantum Imaginarity

C. Fernandes, R. Wagner, et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 190201 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.190201

量子不兼容性，即某些量子测量不能同时进行的现象，对于各种量子信息处理任务是必要的，例如非局域性和导引。当这些应用涉及到高维多测量场景时，证明具有复杂结构的测量的不兼容性既关键又具有挑战性。为解决这个问题，作者提出了一个改进的量子态分辨协议，该协议将复杂的兼容结构分解为成对的结构，并利用噪声鲁棒性来约束不兼容结构。然后，作者为任意测量导出算术边界，并为相互无偏的基导出分析边界，并捕捉到一些量子不兼容结构，其测量是部分兼容，部分不兼容的。最后，作者通过实验演示了他们的结果，并将其与量子导引、量子模拟和量子通信联系起来。

（张皓玥）

Witnessing Quantum Incompatibility Structures in High-Dimensional Multimeasurement Systems

Xiaolin Zhang, Rui Qu, et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 190202 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.190202

高维多体物理态的高效表征面临重大挑战。在这篇快报中，作者提出了一类新的投影纠缠成对态，该态包含两种同构条件。这一新类别促进了高效计算通用的局域可观测量和某些两点关联函数，这些在一般的投影纠缠成对态或仅具有单一同构约束的投影纠缠成对态中以前被认为是难以处理的。尽管融入了两种同构条件，作者提出的类别仍保留了丰富的物理结构，同时增强了分析能力。它具有一组大量的可调参数，与一般投影纠缠成对态相比仅有次要的修正。此外，作者还从理论上证明了这一类别可以编码通用量子计算，并能表示从拓扑到平凡序的转变。

（张皓玥）

Dual-Isometric Projected Entangled Pair States

Xie-Hang Yu, J. I. Cirac, et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 190401 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.190401

密度矩阵重整化群被广泛认为是求解一维量子多体系统的一种高效且精确的方法。然而，由于底层波函数Ansatz（称为矩阵直积态）中编码的有限纠缠，密度矩阵重整化群直接应用于二维系统的研究遇到了挑战。相反，Clifford电路为模拟具有大量纠缠的状态提供了一条有前景的途径，尽管仅限于稳定态。在这项工作中，作者利用Clifford电路和密度矩阵重整化群的优点，在密度矩阵重整化群算法中实现了Clifford电路的无缝集成。这种集成以较小的额外计算成本显著提高了仿真精度。此外，该框架不仅对其当前的应用有用，而且对其易于适应各种其它数值方法的潜力也很有用。

（刘承葛）

Augmenting Density Matrix Renormalization Group with Clifford Circuits

X. J. Qian, J. L. Huang, and M. P. Qin

Phys. Rev. Lett. 133, 190402 (2024)

https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.133.190402

作者研究了在半无限链末端具有耗散粒子汇的一维无限温度Hubbard模型中的信息传播。在强相互作用极限下，双位点互信息和算子纠缠熵呈现出丰富的结构，具有两个传播信息前沿和叠加的干涉条纹。经典的可逆元胞自动机模型定量地捕捉了相关性的传输和缓慢的经典部分，但无法描述快速传播的信息流。快速量子射流类似于相干自由粒子传播，伴随着长程干涉条纹，这些条纹在多体背景中受到短程自旋相关性的指数衰减。

（刘承葛）

Loss-Induced Quantum Information Jet in an Infinite Temperature Hubbard Chain

P. Penc, C. P. Moca, et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 190403 (2024)

https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.133.190403

量子疤痕是多体系统逃避热化的特殊本征态。它们最早是在PXP模型中发现的，PXP模型是里德堡原子阵列的著名有效描述。尽管在理论上做出了重大努力，但PXP疤痕的根本起源仍然难以捉摸。通过研究PXP模型的离散动力学作为Trotter步长τ的函数，作者发现可积Floquet PXP元胞自动机在τ=π/2时的零粒子和两粒子本征态与时间连续极限的PXP多体伤痕之间存在显著的对应关系。具体来说，作者证明了PXP疤痕与τ=π/2 Floquet算子的本征态绝热连接。基于这一结果，作者提出了一种在里德堡原子实验中实现PXP疤痕高保真制备的方案。

（刘承葛）

Unraveling PXP Many-Body Scars through Floquet Dynamics

G. Giudici, F. M. Surace, and H. Pichler

Phys. Rev. Lett. 133, 190404 (2024)

https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.133.190404

推进实用量子技术的主要挑战是噪声的存在，这可能会导致退相干并破坏量子系统的优势。然而，值得注意的是，噪声也可能包含可用于提高某些量子信息任务性能的信息。这已经针对特定类型的噪声进行了探索，但一般动力学中信息噪声的全部潜力在很大程度上仍然未知。在这里，作者证明了信息噪声可以转化为提高量子计量精度极限的宝贵资源。作者提供了在存在信息噪声的情况下达到海森堡标度的精度的充要条件。作者的研究为噪声在量子计量中的作用提供了新的视角，并为实现超出先前预期的极限的更高精度开辟了途径。

（刘承葛）

Quantum Metrology Enhanced by Leveraging Informative Noise with Error Correction

H. Z. Chen, Y. Chen, et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 190801 (2024)

https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.133.190801

[Featured in Physics] [编辑推荐]两项暗物质搜寻工作表示其探测器可能记录了来自太阳的中微子——发现了可能影响未来暗物质搜寻工作的“中微子雾”。

位于中国锦屏地下实验室的PandaX-4T液态氙探测器被用于测量太阳⁸B中微子通量，主要通过探测与氙核相干散射的中微子。需要符合闪烁与电离信号（配对的）以及未配对的电离信号（US2）的数据样本，选择的能量阈值约为1.1keV（0.33keV）核反冲能。结合PandaX-4T在试运行与首次科学运行期间的结果，分别为配对信号与US2收集到1.20与1.04tonne·year的总曝光量。在揭盲之后，对配对信号与US2数据分别观测到3和332个事件，而预期背景事件数分别为2.8±0.5以及251±32。联合分析得到了来自配对（US2）数据样本的3.5（75）个事件的最佳拟合⁸B中微子信号，有~37%的不确定度，且只有背景的假设在2.64σ的显著性上不被支持。此工作给出了（8.4±3.1）×10⁶cm^-2s^-1的太阳⁸B中微子通量，与标准太阳模型预测的结果一致。这也是在暗物质直接探测实验中太阳⁸B中微子“雾”的首个结果。

First Indication of Solar  ⁸B Neutrinos through Coherent Elastic Neutrino-Nucleus Scattering in PandaX-4T

Zihao Bo et al. (PandaX Collaboration)

Phys. Rev. Lett. 133, 191001 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.191001

[Featured in Physics] [编辑推荐]两项暗物质搜寻工作表示其探测器可能记录了来自太阳的中微子——发现了可能影响未来暗物质搜寻工作的“中微子雾”。

作者发表了首个在XENONnT暗物质实验中通过相干弹性中微子-原子核散射测量来自太阳⁸B中微子的原子核反冲结果。XENONnT的核心探测器是一个低背景、双相时间投影腔，有一个5.9t的灵敏液态氙靶。3.51t×year曝光量下，盲分析的结果是37个0.5keV以上的事件，而预期有  个事件来自背景。只有背景的假设被2.73σ的统计显著性所否决。测得的⁸B太阳中微子通量为  ，与Sudbury中微子观测的结果一致。测得的中微子通量加权CEνNS在Xe上的散射截面为  与标准模型的预期一致。这是用暗物质探测器对来自太阳的中微子的核反冲进行的首个测量。

First Indication of Solar ⁸B Neutrinos via Coherent Elastic Neutrino-Nucleus Scattering with XENONnT

E. Aprile et al. (XENON Collaboration)

Phys. Rev. Lett. 133, 191002 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.191002

作者在有正宇宙学常数的广义相对论情形下，数值地构造了稳态旋转的黑洞双星。作者考虑了质量一致但自转相同或相反的黑洞。两种情况都比总角动量及宇宙学视界熵相同的单个Kerr-Schwarzschild-de Sitter 黑洞的熵更小。此解在没有物质的广义相对论中具有连续非唯一性，也为旋转双黑洞合并问题提供了初始条件（当加入轨道角动量时）。

Spinning Black Binaries in de Sitter Space

Óscar J. C. Dias, Jorge E. Santos, and Benson Way

Phys. Rev. Lett. 133, 191401 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.191401

作者建议在夸克偶素（quarkonium）产生过程中测量能量关联子（energy correlator），它能够追踪在与夸克偶素相距 χ 角度的量能器中沉积的能量。这一观测量无需构建喷注，同时保持了微扰论的预言能力。通过分析能量关联子的幂级修正，作者证明了这种新颖的观测量为研究强子化过程提供了独特的手段，尤其是在夸克偶素静止系中，由于死锥（dead-cone）效应的存在，cosχ ≳ 0处的微扰辐射被抑制的时候。作者期望这种夸克偶素能量关联子能为夸克偶素的研究增添新的维度。

（由本文作者提供）

Shedding Light on Hadronization by Quarkonium Energy Correlator

An-Ping Chen, Xiaohui Liu, and Yan-Qing Ma

Phys. Rev. Lett. 133, 191901 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.191901

[Featured in Physics] [Editors’ Suggestion] By exploiting polarized-gas collisions, researchers have conducted a sensitive search for exotic spin-dependent interactions, placing new constraints on a dark matter candidate called the axion.

轴子是具有很强动机的超越标准模型的假想粒子，可以是暗物质候选者，并解决强CP问题。这里我们搜索两个分离的¹²⁹Xe气体系综之间产生的轴子介导的相互作用，通过与Rb蒸气的自旋交换相互作用监测和极化¹²⁹Xe核自旋。我们的方法利用Rb-Xe碰撞产生的有效场进行磁放大，与传统方法相比，将轴子介导的相互作用的灵敏度提高了145倍。此外，我们采用模板滤波来提取具有最大信噪比的奇异相互作用。通过结合两种技术，轴子介导的相互作用被限制在60毫米长度尺度上小于正常磁相互作用的10⁻⁵。我们对中子-中子赝标量耦合建立了新的约束，其质量范围扩展到有良好动机的“轴子窗口”(10μeV-1 meV)，将之前的约束在其内提高了50倍，在其外提高了118倍。我们进一步讨论了在寻找其他轴子-核子相互作用方面的有前景的应用，包括轴子暗物质和黑洞轴子爆，其灵敏度远远超出天体物理极限几个数量级。

New Constraints on Axion-Mediated Spin Interactions Using Magnetic Amplification

Haowen Su, et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 191801 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.191801

暗物质和重子不对称是当今基础物理学中最紧迫的两个问题。转换驱动的冻结已成为产生观测到的暗物质遗迹密度的成功机制。尽管暗物质的耦合非常弱，但它支持暗物质的热化，这与直接和间接探测实验的零结果一致。在本文中，我们证明了由半有效转换引起的暗物质偏离平衡满足萨哈罗夫条件，为暗物质和重子不对称性提供了新的解释。具体来说，对于嗜轻子模型，我们建立了转换驱动的轻子生成机制。该情景预测了接近电弱尺度的暗物质质量，提供了可检验的预测，例如大型强子对撞机和未来对撞机的软错位轻子。

Conversion-Driven Leptogenesis: A Testable Theory of Dark Matter and Baryogenesis at the Electroweak Scale

Jan Heisig

Phys. Rev. Lett. 133, 191803 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.191803

[Editors’ Suggestion] By matching chiral effective theory with gauge theory, a new S-matrix bootstrap method is able to predict the properties of 𝜌 resonance using only a few gauge theory parameters.

本文提出了规范理论引导法，这是一种计算π介子S矩阵的方法，描述了强相互作用和其他类似规范理论的低能物理学。所获得的S0, P1和S2波的相移与实验结果一致。唯一的数值输入是夸克质量m_q, QCD尺度∧_QCD、π介子质量𝑚_π和π介子衰变常数𝑓_π，没有任何其他实验数据。作者利用Karateev、Kuhn和Penedones最近提出的形状因子引导，以及Shifman-Veinshtein-Zakharov求和规则的有限能量版本。

Gauge Theory Bootstrap

Yifei He and Martin Kruczenski

Phys. Rev. Lett. 133, 191601 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.191601

[Editors’ Suggestion] The actions of noninvertible symmetries on local operators can be better understood in terms of quantum operations which include unitary evolutions and measurements.

Noninvertible symmetries of quantum field theories and many-body systems generalize the concept of symmetries by allowing noninvertible operations in addition to more ordinary invertible ones described by groups. The aim of this Letter is to point out that these noninvertible symmetries act on local operators by quantum operations, i.e., completely positive maps between density matrices, which form a natural class of operations containing both unitary evolutions and measurements and play an important role in quantum information theory. This observation will be illustrated by the Kramers-Wannier duality of the one-dimensional quantum Ising chain, which is a prototypical example of noninvertible symmetry operations.

Noninvertible Symmetries Act Locally by Quantum Operations

Masaki Okada and Yuji Tachikawa

Phys. Rev. Lett. 133, 191602 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.191602

[Featured in Physics] [Editors’ Suggestion] A low-energy signature of physics beyond the standard model fails to appear in proton collisions at the Large Hadron Collider.

The first search for soft unclustered energy patterns (SUEPs) is performed using an integrated luminosity of 138  fb⁻¹ of proton-proton collision data at √𝑠=13  TeV, collected in 2016–2018 by the CMS detector at the LHC. Such SUEPs are predicted by hidden valley models with a new, confining force with a large ’t Hooft coupling. In events with boosted topologies, selected by high-threshold hadronic triggers, the multiplicity and sphericity of clustered tracks are used to reject the background from standard model quantum chromodynamics. With no observed excess of events over the standard model expectation, limits are set on the cross section for production via gluon fusion of a scalar mediator with SUEP-like decays.

Search for Soft Unclustered Energy Patterns in Proton-Proton Collisions at 13 TeV

A. Hayrapetyan et al. (CMS Collaboration)

Phys. Rev. Lett. 133, 191902 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.191902

在原子核领域，有限原子核形状相变被用以解释某些同位素或同中子素链原子核结构的快速变化，它与核的对称性紧密相关，对其深入的了解可加深我们对原子核基本性质的认识。形状相变一个显著的例子是氙同位素链。随着中子数增加，其核形变将从 𝛾-软转子过渡到球形振子，并在 ^128–130Xe 同位素附近发生二阶形状相变。在这篇文章中，北京大学团队与合作者提出利用 LHC 能区的 Xe+Xe 碰撞探究 ¹²⁹Xe 核的形状相变。iEBE-VISHNU 模型的计算表明，曾被用来证明 ¹²⁹Xe 的刚性三轴形变的观测量，即椭圆流 𝑣₂ 与平均横向动量 [𝑝_𝑇] 的皮尔森系数（𝜌₂）及 [𝑝_𝑇] 的偏度（𝛤_𝑝𝑇），也能很好地通过 ¹²⁹Xe 的 𝛾-软形变来解释。他们进一步提出了两个新的六阶关联函数 𝜌_4,2 和 𝜌_2,4，它们展示出了对 𝛾-软形变的敏感性，并有望在 LHC 上的 ¹²⁹Xe + ¹²⁹Xe 碰撞中对 ¹²⁹Xe 的三轴形变给出进一步约束。该研究工作为探究原子核的形状相变提供了全新的途径和方法，也拓展了高能核核碰撞领域关于相变和相变临界点研究的版图。

（赵沭钧、褚胤涵）

Exploring the Nuclear-Shape Phase Transition in Ultrarelativistic ¹²⁹Xe+¹²⁹Xe Collisions at the LHC

Shujun Zhao et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 192301 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.192301

作者揭示了一种在具有广义边界条件的一维相互作用非互易晶格中存在的连续区中的双粒子束缚态（BIC）。通过应用Bethe-ansatz方法，作者可以精确求解连续区中束缚态的波函数和特征值，从而准确确定BIC的相图。作者的结果表明，非互易跃迁可以去局域化束缚态，从而缩小BIC的区域。通过分析波函数，作者确定存在两种具有不同空间分布的BIC，并解析推导出破坏BIC的相应阈值。作者还发现在另一个具有杂质势的系统中也存在具有类似性质的 BIC。

Fate of Two-Particle Bound States in the Continuum in Non-Hermitian Systems

Yanxia Liu and Shu Chen

Phys. Rev. Lett. 133, 193001 (2024)

https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.133.193001

从目标物中快速剥离多个电子，并在每个组成原子都带电的情况下触发完全碎裂，是库仑爆炸成像的理想前提。在这里，作者演示能量在布拉格峰区域的高电荷离子束是能够满足这些要求的强大工具。利用 112.5 keV/u C⁵⁺ 离子束，作者通过检测 H⁺、C²⁺、C⁺ 和 N⁺ 四相符合的离子碎片，成功地对 C₄H₄N₂ 的三种异构体哒嗪、嘧啶和吡嗪的结构进行了成像。从不同碎片之间的角关联谱中可以明确区分出这三种异构体，而且它们的结构在动量图像中也清晰可见。更重要的是，利用在亚飞秒时间尺度上产生高电荷态的快速碰撞相互作用的优势，作者的方法有效地抑制了爆炸过程中分子构型的扭曲，确保了结构成像的高精度。这一点可由点电荷模型与实验之间对于包括氢在内的所有碎片的动量大小定量一致性证实。作者的工作显示，高电荷离子诱导库仑爆炸是精确成像复杂分子初始结构的有力工具。

Coulomb Explosion Imaging of Complex Molecules Using Highly Charged Ions

Hang Yuan, et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 193002 (2024)

https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.133.193002

从碰撞反应物中实现超快分子的相干控制对于实现二元光反应的相干控制（CCBP）至关重要。为了处理各种激发情况，弱场和强场的可行性都是必不可少的。作者在这里通过实验证明了弱场的可行性，即使在化学反应典型的高温条件下也能实现。通过共振介导的双光子激发，K 原子和 Ar 原子的热对碰撞产生的 KAr 复合物由弱线性啁啾飞秒脉冲控制。负啁啾增强了产额。作者的实验结果与第一性原理的理论结果非常吻合。这开辟了通向 CCBP 的新途径。

Weak-Field Coherent Control of Ultrafast Molecule Making

Moran Geva, et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 193201 (2024)

https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.133.193201

最近，首次使用自种子EuXFEL激光器的辐射共振激发了⁴⁵Sc在12.4 keV能量下的1.4 feV超窄核跃迁[Y. Shvyd’ko et al., 核时钟同位素⁴⁵Sc的共振X射线激发, Nature (London) 622, 471 (2023)]，确立了⁴⁵Sc作为未来穆斯堡尔核时钟有前景的候选者。虽然该实验展示了X射线自由电子激光源在硬X射线范围内共振激发核同分异构体的巨大潜力，但它也凸显了由于其极大的光谱带宽（约为1 eV）而造成的可实现激发水平的严重限制。本文中，作者使用具有核跃迁频率纵向梯度的共振吸收体，提出增强X射线自由电子激光辐射的光谱通量的方法。入射脉冲的一部分可以被吸收到核集体激发中，并通过反转频率梯度的符号转换回X射线辐射。通过使用具有比初始频率梯度小的反向频率梯度，实现了该重新发射X射线场的光谱变窄和通量增强。在⁴⁵Sc₂O₃单晶中，约可实现一百倍的光谱通量增强，从而提供了更高效的核激发源，并促进了在12.4 keV跃迁处共振荧光和相干前向散射的实验观测，这两者对于实现核时钟都是必不可少的。

Spectral Flux Enhancement of X Rays for Addressing Ultra Narrow Nuclear Transitions

Elena Kuznetsova, et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 193401 (2024)

https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.133.193401

Raeth等人首次利用6D-Vlasov计算机模拟，研究了与托卡马克边缘参数相关的高频离子Bernstein波湍流，结果表明，其输运特性与亚Larmor频率回旋动理学湍流相当。传统磁化等离子体湍流研究通常局限于回旋动理学近似，这一局限可能并非源于物理原理，而是由于计算成本的现实制约。因为边缘湍流显著影响磁约束等离子体的约束特性，所以对湍流输运现象的深入理解至关重要。尽管计算成本高昂，但是，要充分理解当前模型的局限性，就必须进行6D动理学模拟。

（杨宁）

High-Frequency Nongyrokinetic Turbulence at Tokamak Edge Parameters

M. Raeth and K. Hallatschek

Phys. Rev. Lett. 133, 195101 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.195101

Sakawa等人使用多组分等离子体和高强度皮秒激光脉冲进行了无碰撞激波离子加速实验。当具有适度归一化矢势的激光驱动近临界密度等离子体时，质子是唯一被加速的离子。PIC模拟结果表明，无碰撞激波可能会选择性地加速质子，这为理解空间和天体等离子体中无法直接观测的无碰撞激波物理提供了重要手段。

（白文欣）

Laser-Driven Proton-Only Acceleration in a Multicomponent Near-Critical-Density Plasma

Y. Sakawa et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 195102 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.195102

多体局域化（MBL）阻碍了存在强无序的量子多体系统的热化。在这个工作中，Aramthottil 等研究了键无序自旋-1/2 XXZ自旋链中的MBL机制，发现了本征态中纠缠熵的多模态分布、亚泊松水平统计，并揭示了在研究系统时间演化中热化分解所需的算符与初始态之间的关系。他们采用实空间重正化群方案来识别MBL机制的这些唯象特征，这些特征超越了和在位操作符耦合的无序系统相关的局部运动积分的标准图像。该结果为实验探测键无序自旋链中的MBL铺平了道路。

（冯盼君）

Phenomenology of Many-Body Localization in Bond-Disordered Spin Chains

Adith Sai Aramthottil et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 196302 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.196302

The effects of frustration on extended supersolid states is a largely unexplored subject in the realm of cold-atom systems. In this work, we explore the impact of quasicrystalline lattices on the supersolid phases of dipolar bosons. Our findings reveal that weak quasicrystalline lattices can induce a variety of modulated phases, merging the inherent solid pattern with a quasiperiodic decoration induced by the external potential. As the lattice becomes stronger, we observe a superquasicrystal phase and a Bose glass phase. Our results, supported by a detailed discussion on experimental feasibility using dysprosium atoms and quasicrystalline optical lattice potentials, open a new avenue in the exploration of long-range interacting quantum systems in aperiodic environments. We provide a solid foundation for future experimental investigations, potentially confirming our theoretical predictions and contributing profoundly to the field of quantum gases in complex external potentials.

Exploring Quantum Phases of Dipolar Gases through Quasicrystalline Confinement

Vinicius Zampronio et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 196001 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.196001

We propose the strongly tilted Bose-Hubbard model as a natural platform to explore Hilbert-space fragmentation (HSF) and fracton dynamics in two dimensions in a setup and regime readily accessible in optical lattice experiments. Using a perturbative ansatz, we find HSF when the model is tuned to the resonant limit of on-site interaction and tilted potential. First, we investigate the quench dynamics of this system and observe numerically that the relaxation dynamics strongly depends on the chosen initial state—one of the key signatures of HSF. Second, we identify fractonic excitations with restricted mobility leading to anomalous transport properties. Specifically, we find excitations that show one-dimensional diffusion (z=1/2) as well as excitations that show subdiffusive behavior in two dimensions (z=3/4). Using a cellular automaton, we analyze their dynamics and compare it to an effective hydrodynamic description.

Realization of Hilbert Space Fragmentation and Fracton Dynamics in Two Dimensions

Melissa Will et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 196301 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.196301

转角范德瓦耳斯系统已成为探索奇异强相关和拓扑物理学的有趣领域，结构重构和应变在决定其电子特性方面发挥着至关重要的作用。Li等人发现在与六方氮化硼对齐的转角双层石墨烯（TBG/h-BN）中，来自石墨烯-石墨烯和石墨烯-六方氮化硼界面的两组摩尔纹之间的相互作用会引发显著的摩尔纹重构（MPR）。他们展示了具有两个相似摩尔纹波长的TBG/h-BN中的准周期MPR，其中MPR源于石墨烯-石墨烯和石墨烯-六方氮化硼摩尔纹波长之间的不相称错配。短程、近乎有序的摩尔纹超超微结构偏离了摩尔纹准晶，并伴有不均匀应变，从而在魔角附近的TBG带状结构中的范霍夫奇点 (VH) 之间产生了空间可变的能量分离。通过调节样品中的载流子密度，可以观察到特定 AA 位点上的相关间隙，从而揭示了 TBG 中 AA 位点的量子点状行为和非相干特性。该发现将为TBG/h-BN中丰富的新型量子相的微观机制提供新的线索。

（冯盼君）

Quasiperiodic Moiré Reconstruction and Modulation of Electronic Properties in Twisted Bilayer Graphene Aligned with Hexagonal Boron Nitride

Si-yu Li et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 196401 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.196401

We perform infrared magnetospectroscopy of Landau level (LL) transitions in dual-gated bilayer graphene. At ν=4 when the zeroth LL (octet) is filled, two resonances are observed indicating the opening of a gap. At ν=0 when the octet is half-filled, multiple resonances disperse nonmonotonically with increasing displacement field, D, perpendicular to the sheet, showing a phase transition at modest displacement fields from a canted antiferromagnet (CAFM) to the layer-polarized state, with a gap that opens linearly in D. When D=0 and ν is varied, resonances at ±ν show an electron-hole asymmetry with multiple line splittings as the octet is progressively filled. The ν=4 data show good agreement with predictions from a mean-field Hartree-Fock calculation when accounting for multiple tight-binding terms in a four-band model of bilayer graphene. However, even by incorporating a valley interaction anisotropy tuned to the CAFM ground state, only partial agreement is found at ν=0. Our results suggest additional physics is required to understand bilayer graphene at half-filling.

Infrared Spectroscopy of Phase Transitions in the Lowest Landau Levels of Bilayer Graphene

B. Jordan Russell et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 196402 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.196402

Few layers of graphene at small twist angles have emerged as a fascinating platform for studying the problem of strong interactions in regimes with a nearly quenched single-particle kinetic energy and nontrivial band topology. Starting from the strong-coupling limit of twisted bilayer graphene with a vanishing single-electron bandwidth and interlayer tunneling between the same sublattice sites, we present an exact analytical theory of the Coulomb interaction-induced low-energy optical spectral weight at all integer fillings. In this limit, while the interaction-induced single-particle dispersion is finite, the optical spectral weight vanishes identically at integer fillings. We study corrections to the optical spectral weight by systematically including the effects of experimentally relevant strain-induced renormalization of the single-electron bandwidth and interlayer tunnelings between the same sublattice sites. Given the relationship between the optical spectral weight and the diamagnetic response that controls superconducting Tc, our results highlight the relative importance of specific parent insulating phases in enhancing the tendency towards superconductivity when doped away from integer fillings.

Low-Energy Optical Sum Rule in Moiré Graphene

J. F. Mendez-Valderrama, Dan Mao, and Debanjan Chowdhury

Phys. Rev. Lett. 133, 196501 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.196501

We theoretically study the transport signatures of unpaired Floquet Majorana fermions in the Josephson current of weakly linked, periodically driven topological superconductors. We obtain analytical expressions for the occupation of the Floquet Majorana fermions in the presence of weak coupling to thermal reservoirs, and show that, similar to undriven topological superconductors, for sufficiently low temperatures and large systems the Josephson current involving Floquet Majorana fermions is 4π-periodic in the phase difference across the junction and depends linearly on the coupling between superconductors. Moreover, unlike the static case, the amplitude of the Josephson current can be tuned by setting the unbiased chemical potential of the driven superconductors at multiple harmonics of the drive frequency. As a result, we uncover a “Josephson Floquet sum rule” for driven superconductors. We confirm our analytical expressions for Josephson current, the occupation of Floquet bands, and a perturbative analysis of the quasienergies with numerically exact results.

Josephson-Current Signatures of Unpaired Floquet Majorana Fermions

Rekha Kumari et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 196601 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.196601

外尔半金属中外尔节点数量的变化是通过合并过程发生的，通常涉及一对带相反电荷的节点。涉及多个外尔节点的更复杂的过程也是可能的，但它们通常需要微调，因此稳定性较差。在这里Naselli 等研究了对称性如何影响允许的合并过程及其稳定性，重点是双重旋转和时间反反演（C₂T）对称性的组合。他们发现，与直觉相反，涉及三个节点合并的过程比只涉及两个节点的过程更普遍。该文章表明，在很多量子材料中都可能观察到多外尔节点合并，他们还对潜在的候选材料SrSi₂和双层石墨烯进行了讨论。 

（冯盼君）

Stability of Weyl Node Merging Processes under Symmetry Constraints

Gabriele Naselli et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 196602 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.196602

量子谷霍尔效应（QVHE）以谷陈数（VCN）为特征，其方式是保证一维（1D）手性金属态出现在给定谷中具有相反谷陈数的两个畴之间的畴壁上。虽然在 QVHE 的情况下，其总贝里曲率为零，但只要谷间散射可以忽略不计，局域在每个谷的贝里曲率分布是存在的，它可以使VCN得到良好定义。在这里，Ghadimi 等提出了一种新型的谷依赖的拓扑现象——零贝里曲率（ZBC）QVHE，这种现象出现的前提是每个动量上的贝里曲率都严格为零，它以谷欧拉数（VEN）为特征，VEN是通过对具有时空反演对称的二维系统中给定谷周围的欧拉曲率进行积分而计算得出的。当畴壁配置保留了相对于畴壁的镜像对称性或畴壁时空反演对称性和手性对称性的组合时，一维螺旋金属态可以在两个具有相反VEN的域之间的畴壁上得到拓扑保护。他们建立了ZBC QVHE的基本起源，同时通过结合紧密结合模型研究和第一原理计算，提出了包括 h-BX (X=As, P) 和大角度转角双层石墨烯在内的堆叠六边形双层晶格，作为具有受 VEN 保护的稳健螺旋畴壁态的候选体系。 

（冯盼君）

Quantum Valley Hall Effect without Berry Curvature

Rasoul Ghadimi et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 196603 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.196603

大家普遍认为在反铁磁中，由于没有拓扑电荷所以不存在斯格明子霍尔效应，然而，Aharonov-Casher 理论表明了中性粒子存在拓扑效应的可能性。在本文中，Jin等预测了在新兴的的交变磁体（无净磁矩和斯格明子电荷）中的斯格明子霍尔效应。他们首次展示了在交变磁体中中性斯格明子表现为磁四极子，揭示了磁四极子中的隐藏规范场，其在自旋转矩的驱动下诱导出斯格明子霍尔效应。有趣的是，当交换各向异性交换耦合时，霍尔角的符号会发生变化。此外，他们还表明了交变磁斯格明子的速度和霍尔角都敏感地依赖于电流方向。该发现真正揭示了磁四极子在驱动无电荷的斯格明子霍尔效应中的关键作用，并为发现磁斯格明子之外的中性准粒子的新霍尔效应铺平了道路。 

（冯盼君）

Skyrmion Hall Effect in Altermagnets

Zhejunyu Jin et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 196701 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.196701

Zhang 等研究了三角晶格中多极磁矩与传导电子相互作用的近藤晶格模型。在多极矩之间的有效RKKY相互作用中，键依赖的电子跃迁诱发了罗盘状各向异性。这个独特的各向异性使多极性斯格明子晶体在零磁场中保持稳定。在一个单胞中，受制于总拓扑电荷守恒，斯格明子分化为meron复合体。相图中多样的多极相会产生传导电子的新颖自发霍尔响应。

（冯盼君）

Multipolar Skyrmion Crystals in Non-Kramers Doublet Systems

Hao Zhang et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 196702 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.196702

堆叠非极性单层材料是获得二维范德瓦尔斯铁电材料的一个有效策略，在特定的堆叠序列下，层间电荷转移可以产生平面外偶极子分量，且层间滑移可以改变极化幅度和方向。本工作中，Gao等使用从头算表明了在原型滑移铁电体斜方体堆叠双层MoS₂中，面外电极化可以通过光激发在给定滑移的很大范围内进行稳健调整。这种调谐与结构起源（即光诱导结构畸变）和电荷起源（即光激发载流子的分布）有关。他们阐明了光激发在不同光强度下调节滑移铁电性的不同作用，并强调了光在操纵二维范德华材料极化中的关键作用。

  （冯盼君）

Large Photoinduced Tuning of Ferroelectricity in Sliding Ferroelectrics

Lingyuan Gao et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 196801 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.196801

We investigate the performance of a one-dimensional dimerized XY chain as a spin quantum battery. Such integrable model shows a rich quantum phase diagram that emerges through a mapping of the spins onto auxiliary fermionic degrees of freedom. We consider a charging protocol relying on the double quench of an internal parameter, namely the strength of the dimerization, and address the energy stored in the systems. We observe three distinct regimes, depending on the timescale characterizing the duration of the charging: a short-time regime related to the dynamics of the single dimers, a long-time regime related to the recurrence time of the system at finite size, and a thermodynamic limit time regime. In the latter, the energy stored is almost unaffected by the charging time and the precise values of the charging parameters, provided the quench crosses a quantum phase transition. Finally, we analytically prove that the three-timescale behavior and the strong dependence of the energy stored on the quantum phase diagram also hold in the quantum Ising chain in a transverse field. Our results can play a relevant role in the design of stable solid-state quantum batteries.

Controlling Energy Storage Crossing Quantum Phase Transitions in an Integrable Spin Quantum Battery

Riccardo Grazi et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 197001 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.197001

非平衡动力学有两个关键的范式：一个是，向平衡状态老化，但在合理的时间尺度上无法达到；另一个是，外部驱动可以导致非平衡稳态。作者通过研究陷阱模型（慢玻璃动力学的典型描述）的行为来探索，在受到向高或低活性的轨迹偏差驱动时，这两种机制是如何相互作用的。为了判断驱动系统是否继续老化，作者建立了一个框架，将有偏差的动力学映射到具有含时跃迁率的马尔可夫时间演化。作者发现，原始老化动力学以两种截然不同的方式对驱动作出反应：要么它可以被任何非零强度的驱动所破坏（“脆弱”老化），因此动力学要么达到活性稳态或等效冻结，要么可以在有限的驱动强度范围内继续保持着和未驱动情形一样（“鲁棒”老化）。这种脆弱老化和鲁棒老化的分类可以作为区分老化动力学不同普适类的基础。

(谭宇涛)

Bringing Together Two Paradigms of Nonequilibrium: Fragile versus Robust Aging in Driven Glassy Systems

Diego Tapias, et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 197101 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.197101

[编辑推荐] Pt惰性标记实验结合第一性原理计算揭示了Li₄SiO₄吸附CO₂的离子扩散机制。

Li₄SiO₄吸附CO₂因其有效捕获CO₂的潜力而备受关注。产物层内的缓慢扩散控制反应是影响CO₂吸附的关键因素。然而，尚未进行研究来研究扩散机制。在本快报中，通过惰性标记实验和第一性原理计算系统地理解了离子扩散。电子探针测试清楚地捕获了惰性标记Pt进入产品层的移动，因此提出O²⁻和Li⁺离子的向外转移是主要的扩散模式。密度泛函理论计算也证实了O²⁻和Li⁺的扩散，前者是速度控制步骤。

Ionic Diffusion in CO₂ Adsorption by Li₄SiO₄: Inert-Marker Experiment and DFT Calculations

Tao Deng, et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 198001 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.198001

[Featured in Physics] [编辑推荐] 滴水物理学产生灵活的钟乳石状表面：通过反复将硬化聚合物涂层涂抹在表面，研究人员创造了橡胶状的钟乳石状结构，可用于软机器人。

薄膜流体动力学和凝固之间的相互作用产生了极其复杂的地球物理结构，例如钟乳石和冰柱，其形状证明了它们的长期生长。在更简单的环境中，液膜也可以产生规则的图案。当涂在平板底面上时，这些薄膜是不稳定的，并会产生遵循瑞利-泰勒不稳定性形成的液滴晶格。虽然这种界面不稳定性在牛顿流体中得到了充分研究，但人们对薄膜固化时会发生什么情况知之甚少。在本快报中，Venkateswaran等人用液态弹性体涂在表面的底面上，使薄膜不稳定并流动，同时固化成弹性固体。一旦第一层涂层产生一排固体液滴，就会重复这种反复的涂敷-流动-固化过程，并产生波纹状细长结构，作者将其命名为“柔性体”，因为它们与冰柱相似。作者研究混乱和有序的微妙组合，这种组合赋予了柔性体结构、形状、排列，以及最终的可变形性。

Stacked Rayleigh-Taylor Instabilities Grow Drops into Soft Stalactitelike Structures

Barath Venkateswaran, et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 198201 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.198201

单探测器三维动态光散射 (3D DLS) 是一种可靠的技术，可用于确定非平衡胶体粒子的漂移速度。特别是，López-Molina等人的研究表明，当粒子浸入暴露于热诱导对流的介质中时，散射强度的自相关函数中会出现明确定义频率的振荡。这些振荡是由于流体对流导致粒子定向运动而产生的。不同胶体系统获得的实验结果由理论模型证实，并通过流体动力学和布朗动力学模拟得到彻底验证。实验、理论和模拟数据之间的出色一致性使作者能够对观察到的物理现象提供可靠而全面的解释。本快报采用先进的动态光散射技术，深入了解非平衡粒子动力学领域，不仅适用于受稳态扩散对流影响的胶体悬浮液，也适用于其他非平衡场景，例如由外部场（例如重力、电场或磁场）驱动的系统。

Measuring Absolute Velocities from Nonequilibrium Oscillations via Single-Detector 3D Dynamic Light Scattering

José López-Molina, et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 198202 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.198202

[编辑推荐] 在惯性效应不可忽略的活性系统中，摩擦和活性的相互作用导致三种不同的粒子运动状态。

摩擦是细菌、动物和机器人等主动（自推进）物体运动的核心。虽然在粘性流体中摩擦由斯托克斯定律描述，但与其他固体接触的物体通常受更复杂的经验摩擦定律支配。在本快报中，Antonov等人结合了主动颗粒实验和模拟，并得到了理论预测的支持，研究了受库仑摩擦影响的活性粒子。摩擦力和活性力的相互作用产生了丰富的行为，从而产生了三种不同的动力学状态。虽然对于低活性，布朗运动得以恢复，但对于高活性，作者观察到动态停止和启动状态，该状态不断从扩散和加速运动切换。对于更大的活性，作者观察到一种超机动动力学状态，其特征是完全加速的运动，其通过扩散系数与活性的异常缩放来描述。这些发现无法通过典型的活性游泳者的斯托克斯粘性力观察到，但在干活性物体中却至关重要。

Inertial Active Matter with Coulomb Friction

Alexander P. Antonov, et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 198301 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.198301

对药物反应的分数杀灭是非遗传细胞异质性的标志。然而，正如在细菌和癌细胞中观察到的那样，个体谱系如何逃避药物治疗尚未定量了解。Puccioni等人研究了一个具有年龄依赖性分裂和死亡率的随机种群模型，允许持久性。在周期性药物环境中，作者发现在分裂或死亡时间是环境持续时间的倍数时，生存概率达到峰值。生存共振在非结构化种群中是看不见的，并且会因持久性而放大。

Survival Resonances during Fractional Killing of Cell Populations

Francesco Puccioni, et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 198401 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.198401

鉴于生态系统的多面复杂性，理解其行为具有挑战性。为了继续进行，动态平均场理论已经研究了具有随机相互作用的Lotka-Volterra动力学等理论模型，以深入了解基本原理，例如生物多样性和稳定性如何取决于相互作用强度的随机性。然而，这些先前研究中假设的完全连接的结构并不现实，正如大量经验数据所揭示的那样。Park等人推导出任意程度分布（相互作用邻居的数量）下的丰度分布的通用公式，从而得出依赖于程度的物种丰度模式。值得注意的是，与完全相互作用的系统相比，随着群落在异质相互作用结构中变得合作，幸存物种的数量可能会减少。因此，作者的研究表明，适当考虑种间相互作用结构的异质性对于理解大型生态系统的多样性是必不可少的，作者的一般理论框架可以应用于更广泛的相互作用的多体系统。

Incorporating Heterogeneous Interactions for Ecological Biodiversity

Jong Il Park, et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 198402 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.198402