PRL导读-2024年133卷15期

标准的纠缠检测程序假设实验者能够精确地实施特定的量子测量。在这篇文章中，Cao等人脱离了这种理想化，在理论和实验两方面研究了当测量存在小的不完美时，对真多体纠缠的检测。对于任意的量子比特数n，作者构建了多体纠缠见证，其中不完美带来的有害影响与n无关。在一个桌面型四体光子实验中，作者首先演示了少量的对准误差如何破坏从标准纠缠见证得出的结论，然后进行了纠错分析。此外，由于作者考虑的是可信但并非完美受控的量子设备，相比于设备无关的模型，他们的研究工作在抗噪性方面具有优势。

（赵秀花）

Genuine Multipartite Entanglement Detection with Imperfect Measurements: Concept and Experiment

H. Cao, S. Morelli, et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 150201 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.150201

理解具有长程或无限程相互作用的量子多体系统与一系列物理学科相关，包括量子光学、核磁共振和核物理。从理论角度来看，这些系统很有吸引力，因为它们可以通过数值计算进行有效研究，并且在热力学极限下预计由平均场运动方程控制。近年来，通过实验创建长程相互作用系统的能力得到了显著提高，能够在空间和时间上控制它们。这使研究者能够诱导并探索大量非平衡动力学相，包括时间晶体甚至混沌态。然而，通过数值模拟来确定这些相的出现却出人意料地具有挑战性。这一难题导致人们认为平均场理论可能不适用于时间相关的无限程相互作用系统。在这篇文章中， Carollo 和 Lesanovsky严格证明平均场理论实际上在热力学极限下精确捕捉了它们的动力学。作者们进一步提供了有限规模效应及其对演化时间依赖性的界限。

（陈婉妍）

Applicability of Mean-Field Theory for Time-Dependent Open Quantum Systems with Infinite-Range Interactions

F. Carollo and I. Lesanovsky

Phys. Rev. Lett. 133, 150401 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.150401

量子热力学的一个基本问题是正确量化非平衡系统中可提取的功。虽然对于封闭系统，最大量子功提取是最大可提取功(ergotropy)函数来定义的，但在与环境相互作用的开放系统中，这个问题尚不清楚。局部最大可提取功的概念已经被提出，但它存在几个问题，例如不能保证它不随时间增加。在这里，Castellano等人利用系统-环境复合体的自由演化，引入了扩展局部最大可提取功的概念。与局部最大可提取功不同，扩展局部最大可提取功更大，不随时间增加，并且在许多情况下激活了提取功的潜力。然后，作者们专注于交替使用重复局部幺正函数和自由系统-环境演化的这一特殊课题。基于 Jaynes-Cummings 模型的实例，作者们提出实用的协议和分析结果，作为上述优势的原理证明。

（陈婉妍）

Extended Local Ergotropy

Riccardo Castellano, Donato Castellano, Vittorio Giovannetti, and Antonio Acin

Phys. Rev. Lett. 133, 150402 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.150402

Kell等人研究了处于费米超流体和玻色超流体转变区域的强相互作用费米气体的希格斯模式。通过周期性地调制该气体的相互作用强度，他们参数化地激发出希格斯模式，并研究了其共振频率和线宽随相互作用强度和温度的变化。作者发现低温下的共振频率与配对能隙的局域密度近似是一致的。频率和线宽都没有表现出随温度的明显变化，这在理论上是出乎意料的，但是与最近的另一项研究定性一致。

（赵秀花）

Exciting the Higgs Mode in a Strongly Interacting Fermi Gas by Interaction Modulation

A. Kell, M. Breyer, et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 150403 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.150403

量子元胞自动机是一种量子图灵机和量子电路的替代量子计算范式。它们的工作机制本质上是自动化的，因此无需测量，并且能以平移不变的方式作用于寄存器的所有元胞或量子比特，生成一个全局规则，该规则仅基于其邻居的状态在局部更新元胞状态。尽管这些特性在许多应用中是理想的，但通常并不清楚这些完全自动化的离散时间局部更新，可以在多大程度上生成和维持它们作用的（噪声）系统中的长程秩序。特别是，量子元胞自动机是否能够执行量子误差校正以及如何执行，仍是悬而未决的问题。 Guedes、Winter 和 Müller 通过提出具有量子误差校正功能的量子元胞自动机来弥补这一概念上的差距。作者们基于已知的具有密度分类能力的经典元胞自动机规则，即局部多数投票和两线投票，设计和研究了两个（准）一维量子元胞自动机。作者们通过模拟逻辑信息受到逻辑位翻转影响所需的更新步骤数，来研究这些量子元胞自动机作为量子存储组件的性能。提出的这一设计为进一步探索具有内置量子纠错功能的新型量子元胞自动机的潜力铺平了道路。

（陈婉妍）

Quantum Cellular Automata for Quantum Error Correction and Density Classification

T. L. M. Guedes, D. Winter, and M. Müller

Phys. Rev. Lett. 133, 150601 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.150601

在动态量子线路中，来自中间线路测量的经典信息在线路执行期间被前馈到后续操作。量子计算机的这种新兴能力带来了很多优势，可以通过大幅减少某些核心算法基元的资源需求来实现更高效、更强大的协议。特别地，在后续紧跟着测量的n量子比特的量子傅里叶变换情形中，资源需求的标度从标准幺正表述下全连接的O(n²)个双量子比特门减少到动态线路中没有任何连接限制的O(n)次中间线路测量。在这篇文章中，Bäumer等人在IBM超导量子硬件上验证了动态量子线路对于量子傅里叶变换的优势，在多达16个量子比特时，经核证的过程保真度超过50%，在多达37个量子比特时，过程保真度超过1%，超过了所有量子计算平台上的先前报告。这些结果得益于作者提供的高效的过程保真度核证方法，以及在动态量子线路的中间线路测量和前馈中抑制误差的动态解耦协议，作者称之为前馈补偿动态解耦。本文结果证明了利用动态线路优化量子算法编译的优势。 

（赵秀花）

Quantum Fourier Transform Using Dynamic Circuits

E. Bäumer, V. Tripathi, et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 150602 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.150602

准确解码量子纠错码是保护量子信息免于退相干的关键因素。它需要表征破坏逻辑量子态的错误通道，并将该信息作为先验提供给解码器。Sivak等人引入了一种强化学习启发的方法来校准这些先验，旨在最大限度地降低逻辑错误率。作者们的方法显著提高了在谷歌Sycamore处理器上执行的重复码和表面码存储实验中的解码准确性，分别比领先的与解码器无关的方法提高了16%和3.3%。这种校准方法将成为最大限度提高近期和未来纠错量子设备性能的重要工具。

（雷家睿）

Optimization of Decoder Priors for Accurate Quantum Error Correction

V. Sivak, M. Newman, et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 150603 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.150603

Mello等人引入了一种将张量网络方法与稳定子形式相结合的新颖混合方法，以解决模拟多体量子系统所面临的挑战。通过整合这些技术，作者们增强了准确建模幺正动力学的能力，同时减轻了经典模拟中遇到的纠缠指数增长。作者们通过将方法应用于随机Clifford 𝑇掺杂电路和随机Clifford Floquet动力学来证明了其有效性。这种方法为增进我们对复杂量子现象的理解和加速量子模拟的进展提供了良好的前景。

（雷家睿）

Hybrid Stabilizer Matrix Product Operator

A. Mello, A. Santini, et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 150604 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.150604

基于电子核自旋系统的固态平台由于其出色的灵敏度、稳定性、紧凑的尺寸和与工业应用兼容而成为旋转传感的有吸引力的候选者。传统的基于自旋的陀螺仪通过测量核自旋叠加态的累积相位来得到旋转速率，因此容易受到自旋退相干的影响。在本文中，Wang等人提出了一种基于双自旋系统的陀螺仪协议，其中包括一个与宿主材料有内在联系的自旋，而另一个自旋是孤立的。然后，通过从两个自旋的布居状态开始测量它们之间的相对旋转角度来提取旋转速率，这对于自旋退相干具有鲁棒性。特别地，通过超精细耦合，两个自旋之间的相对旋转速率可以提高一个数量级以上，进一步提高了可实现的灵敏度。陀螺仪的最终灵敏度受自旋系统寿命限制，并且即使存在磁噪声或由于初始化和量子比特操作而产生的控制误差，也能兼容广泛的动态范围。作者们的成果使得慢速旋转的精确测量和基础物理的探索成为可能。

（雷家睿）

Hyperfine-Enhanced Gyroscope Based on Solid-State Spins

G. Wang, M. Nguyen, et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 150801 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.150801

作者首次研究了偏离慢滚单场暴涨的非微扰动力学。作者经模拟发现，势中的振荡特征会极大地改变暴涨过程，并有较大的现象学影响。在某些情况下，整个宇宙会困在永远暴涨的de Sitter态中。其他情况下，只有一些区域处于假真空中，为原初黑洞产生提供了可能路径。与蝴蝶效应类似，这些结果表明小尺度的现象有可能对整个宇宙的演化有巨大的影响。此外，此研究也展示了用模拟研究暴涨的小尺度物理的威力，特别是在与引力波天文学有关的方向。

Inflationary Butterfly Effect: Nonperturbative Dynamics from Small-Scale Features

Angelo Caravano, Keisuke Inomata, and Sébastien Renaux-Petel

Phys. Rev. Lett. 133, 151001 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.151001

脉冲星计时阵列通过引力波（GW）在脉冲星中诱导出的角两点关联函数来寻找并研究引力波。由标准横向无迹GW诱导出的两点关联函数是著名的Hellings-Downs曲线，其仅是两脉冲星间夹角的函数。附加偏振模式（矢量或标量）会出现在有不同角关联函数的替代引力理论中。此外，随机GW背景中的各向异性、线性以及圆偏振在两点关联函数中引入了不能被两脉冲星间角分布描述的附加结构。本文中，作者给出了一个描述最一般两点关联函数——或说重叠减少函数（ORF）的简单公式，对于任意偏振状态的引力波背景都成立，且可能在其强度与偏振（线偏振及/或圆偏振）中包含各向异性。作者也对广义相对论横向无迹GW模式以及可能在替代引力理论中出现的矢量（或自旋-1）模式给出了ORF的表达式。

Efficient Computation of Overlap Reduction Functions for Pulsar Timing Arrays

Neha Anil Kumar and Marc Kamionkowski

Phys. Rev. Lett. 133, 151401 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.151401

本文指出在AdS₅/CFT₄对偶的适当弦非相对论极限后出现了一种新的全息对应关系。这种对应关系将弦Newton-Cartan AdS₅×S⁵中的弦理论与在彭罗斯共形边界上定义五个标量场的伽利略电动力学联系起来。作为第一个测试，作者将弦理论的Killing矢量与对偶场理论的在壳对称性进行了匹配。

Nonrelativistic Holography from AdS₅/CFT₄

Andrea Fontanella and Juan Miguel Nieto García

Phys. Rev. Lett. 133, 151601 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.151601

本文利用大亚湾反应堆记录的1958天的数据，通过中子捕获氢气首次测量反中微子的振幅和频率。对于360多万个信号候选者进行了优化的候选者选择、改进的背景处理和效率、精细的能量校准以及氢敏感区域捕获的能量响应模型，近端和远端探测器之间的相对  率和能谱变化给出了中微子质量正序的参数为  和  ，中微子质量反序的振荡参数为，  。  的估计与大亚湾钆样品捕获结果一致，但过程基本独立。这两个结果的结合产生了  ，这表示大亚湾3158天钆捕获结果的精度相对提高了8%。

Measurement of Electron Antineutrino Oscillation Amplitude and Frequency via Neutron Capture on Hydrogen at Daya Bay

F. P. An et al. (Daya Bay Collaboration)

Phys. Rev. Lett. 133, 151801 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.151801

We present a next-to-next-to-leading order (NNLO) global QCD analysis of the proton’s helicity parton distribution functions, the first of its kind. To obtain the distributions, we use data for longitudinal spin asymmetries in inclusive and semi-inclusive lepton-nucleon scattering as well as in weak-boson and hadron or jet production in proton-proton scattering. We analyze the data using QCD perturbation theory at NNLO accuracy, employing approximations provided by the threshold resummation formalism in cases where full NNLO results for partonic hard-scattering functions are not readily available. Our numerical results suggest a remarkable perturbative stability of the extracted helicity parton distribution functions.

Next-to-Next-to-Leading Order Global Analysis of Polarized Parton Distribution Functions

Ignacio Borsa, et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 151901 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.151901

针对多体量子系统的能量和波函数，Carpentier等人提出了几种不同的构建能量曲面的方案。他们在标准的变分原理基础上，考虑波函数的重叠积分，得到了任意精度的连续能量曲面。他们以²⁴⁰Pu的非对称裂变为例，研究了最低能量和激发态的裂变路径。计算结果显示出清晰的断裂点，其包含的过剩中子，可以视作裂变碎片破裂前重要的“粘合剂”。他们的方法，可以将希尔伯特空间中任意的态联系起来，这为各种实际的应用开辟了新的前景。

Construction of Continuous Collective Energy Landscapes for Large Amplitude Nuclear Many-Body Problems

P. Carpentier et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 152501 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.152501

[编辑推荐]类氢²²⁹Th离子与强激光的相互作用，使得人们可以在高度非线性和非微扰的区域内研究光-核相互作用。

光与原子核之间的相互作用非常弱，通常只能在线性和微扰的范围内才能感知到，这限制了原子核激发概率的可实现性，并且阻碍了原子核光学时钟、原子核激光以及核能存储等方面的应用。Hanxu Zhang等人的研究表明，类氢²²⁹Th离子 (²²⁹Th⁸⁹⁺) 与当代强激光之间的相互作用，能够将光-核相互作用拓展应用到高度非线性和非微扰的区域。该相互作用可以高效地激发原子核：采用单个飞秒激光脉冲，即可将高于10%的²²⁹Th激发到其同质异能态。此外，激光驱动的²²⁹Th⁸⁹⁺离子，能够辐射出多重波长的光，它们均是激光频率的高阶谐波，这类似于激光驱动的原子高阶谐波的产生过程，但又具有不同的特征。这些结果打开了探索光-物质相互作用的新前沿，提供了高效控制原子核强有力的方法，并为原子核的相干光发射开辟了新的途径。

Highly Nonlinear Light-Nucleus Interaction

H. Zhang, T. Li, and X. Wang

Phys. Rev. Lett. 133, 152503 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.152503

Denniston等人采用包含单个核子与关联核子对的可分解原子核结构模型，拓展了QCD部分子模型的分析。通过分析轻子深度非弹散射、Drell-Yan过程以及W和Z玻色子产生的高能数据，他们同时提取了关联核子对中夸克和胶子的普适有效分布，以及它们在特定核内的比例。该普适分布的成功提取，标志着人们在理解联系核子和部分子量的核结构性质方面取得了重要的进展。

Modification of Quark-Gluon Distributions in Nuclei by Correlated Nucleon Pairs

A. W. Denniston et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 152502 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.152502

高灵敏度测磁强术在从寻找暗物质和奇异粒子等基础科学研究到地质学、考古学、航海和生物医学等更实用的任务中有着重要的应用。目前，典型高灵敏度磁强计的性能受到所需严格操作环境的制约，例如超导量子干涉仪磁强计需要低温条件，而自旋交换弛豫自由原子磁强计则需要接近零场环境。本文报告了一种基于磁致伸缩间隙摆动法布里-珀罗腔光力学系统的高灵敏度固态磁强计，该系统能够在常规环境条件下实现基准性能。得益于间隙摆动机械模式的大幅共振增强，它在室温和地球磁场下实现了620 fT Hz^-1/2的灵敏度，并有望通过控制光机械耦合接近5.9 fT H z^-1/2的热噪声限制灵敏度。作者的研究为便携式、低维护的高灵敏度测磁强术在广泛领域的应用开辟了新途径。

Subpicotesla Optomechanical Magnetometry

An-Ning Xu, et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 153601 (2024)

https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.133.153601

在一个大型量子系统（谐振子或比特）中，激发数可以通过与量子比特的色散耦合以量子非破坏的方式进行测量。通常，这需要一系列量子比特脉冲来编码关于光子数的各种二进制问题。最近提出的一种通过一系列相同脉冲驱动量子比特的荧光测量方法，可用于跟踪腔体中的光子数，从而简化其监测，并引发关于该方案测量反作用的有趣问题。利用超导电路首次实现展示的光子平均数测量可用这种方式实现。在这里，作者展示了一项实验，得以实现单次光子计数和数量跟踪，这归功于腔体的衰减率比色散耦合率和量子比特发射率小4个数量级。创新的陷波滤波器和基于弹簧针的电流接触使这些看似不兼容的特性成为可能。作者表征了脉冲列下的量子比特动力学。随着光子逐个离开腔体，作者通过量子比特荧光监测光子数，从而观察量子跃迁。此外，作者提取了测量率和诱导的退相率，并将其与理论模型进行比较。作者的方法可以应用于玻色编码或比特的量子纠错协议。

Monitoring the Energy of a Cavity by Observing the Emission of a Repeatedly Excited Qubit

H. Hutin, et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 153602 (2024)

https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.133.153602

不同粘度液体的混合涉及复杂的流动和非平凡的扩散反馈。作为一个有洞察力的参考案例，我们研究了在一定粘度下的可混溶浴中剪切的具有粘度的球形液滴的变形。实验揭示了从低粘度时的无界拉伸到高粘度时的类似滚动运动的转变。在这两者之间，液滴会短暂地被亚拉伸，然后不稳定地变成旋转结构。流动的精确解恢复了所有三个状态，并预测了转变比≃3.975。我们讨论了流动转变对混合的剧烈影响，并提出了在大 Péclet 数极限下液滴混合时间的标度律，表明在大参数时混合可能独立于剪切率。

（邱仲普）

Shearing Liquids of Unequal Viscosity: Can Mixing be Independent of Stirring Rate at a Large Viscosity Ratio?

I. Castaldi, B. Metzger, and H. Lhuissier

Phys. Rev. Lett. 133, 154001 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.154001

[Editors’ Suggestion] A new framework shows that the occurrence of reversals and excursions of large-scale circulations in turbulent geophysical, fluid, and thermal systems can be predicted and averted via feedback control.

作者提出了一个关于湍流中大规模循环的间歇性反转和远征（R&E）的动态框架。我们展示了当湍流轨迹在相空间中跟踪某些不稳定周期轨道（UPOs）的不变流形时，R&E可能会发生。因此，在R&E期间观察到的流动重组和流动度量中的极端波动可以通过拼接这些动态相关的UPOs的不稳定流形来重建。利用这个几何框架，作者们预测了即将发生的R&E，并使用闭环控制预防这些极端事件。文章提出了一个新的动态框架，用于预测和控制湍流中大规模循环的间歇性反转和远征。通过实验和数值模拟，作者们发现这些现象与不稳定周期轨道的不变流形有关，并且可以通过控制这些流形来预测和控制湍流中的这些极端事件。这项研究为理解和控制湍流中的复杂动态行为提供了新的视角，对于改进湍流模型和预测湍流行为具有重要意义。

（邱仲普）

Predictive Framework for Flow Reversals and Excursions in Turbulence

Balachandra Suri

Phys. Rev. Lett. 133, 154002 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.154002

Jeffrey Powell等人通过将径向偏振光束紧聚焦到低密度气体中，利用真空激光加速产生了重复频率为100 Hz的台式脉冲相对论电子束。实验表明，在焦点处的强纵向电场能够利用仅98 GW的峰值激光功率，将电子加速到1.43 MeV。研究测量了电子能量随激光强度和气体种类的变化，结果显示电子能量对原子电离动力学有很强的依赖性。这些实验结果得到了考虑电离的紧聚焦结构中粒子动力学数值模拟的支持。在所考虑的强度范围内，可以证明像氪这样具有较高原子序数的原子可以在激光场的峰值处有效地注入电子，从而产生更高的能量和有效的加速机制，达到理论能量增益极限的较大占比(≈14 % )。

（杨宁）

Relativistic Electrons from Vacuum Laser Acceleration Using Tightly Focused Radially Polarized Beams

Jeffrey Powell et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 155001 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.155001

[Featured in Physics] When two laser beams converge on a volume of gas, their interference creates a diffraction grating made of plasma that can divert and shape a third beam.

高强度激光需要抑制预脉冲和其他非理想时间结构来避免在主脉冲到来前破坏靶。为此，M.R. Edwards等人证明电离光栅可作为高功率光的可控光学开关，可将时间对比度提高至少3×10⁵倍，且开关时间小于500 fs。研究还证明，光栅系统能以10 Hz的频率运行数小时而不退化。与等离子体反射镜相比，电离光栅可更大幅度地提高对比度。

（王俊伟）

Greater than Five-Order-of-Magnitude Postcompression Temporal Contrast Improvement with an Ionization Plasma Grating

M. R. Edwards et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 155101 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.155101

材料的失效是由裂纹的扩展所介导的，在现实的三维材料中，这通常涉及多个共存的断裂面。多个断裂面的相互作用产生了不为人所理解的面裂纹结构，例如在拉伸断裂表面上形成的台阶缺陷。当一个缓慢移动的、扭曲的裂纹前沿分成不连续的重叠断裂面时，台阶就会形成，这些断裂面之间由一个稳定距离 h_max 分隔。作者在多种脆性水凝胶上的实验表明，h_max 与非线性弹性长度 Γ(v)/μ 和耗散长度 ξ 随线性变化。这里，Γ(v) 是测量的裂纹速度 v 依赖的断裂能量，μ 是剪切模量。这些内在长度尺度为理解三维中导致稳定离平面断裂结构形成的多裂纹相互作用提供了方向。

（刘瑞）

Size Selection of Crack Front Defects: Multiple Fracture-Plane Interactions and Intrinsic Length Scales

M. Wang, E. Bouchbinder, and J. Fineberg

Phys. Rev. Lett. 133, 156201 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.156201

[编辑推荐] 通过静电定义的量子点接触对在双层石墨烯中实现了谷极化电流源，该接触对作为一个相干的谷极化电流分流器和收集器工作。

谷极化电子电流的实现是谷电子器件实现的基石。在这里，作者报告了在双层石墨烯（BLG）通道中通过静电门控定义的两个相反量子点接触（QPC）的球形相干输运实验。通过用垂直磁场引导球形电流，观察到两个电流喷流，这是谷依赖性三角畸变的结果。通过用门电压调节BLG载流子密度和QPC模式数量（m），作者发现对于m = 1到m = 6，这两个喷流存在，表明效应的稳健性。半经典模拟验证了信号的来源，通过定量地再现了不需要拟合参数的喷流分离。此外，作者的模型显示，球形电流喷流具有相反的谷极化。因此，通过使用磁场将每个喷流引导到探测器，作者实现了对收集电流的谷极化的完全控制，展望这种器件为具有可调谷极化的球形电流源。作者还表明，聚光实验是对费米面三角畸变的敏感探针。

（郭维安）

Ballistic Electron Source with Magnetically Controlled Valley Polarization in Bilayer Graphene

Josep Ingla-Aynés, Antonio L. R. Manesco et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 156301 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.156301

广义维格纳晶体（GWC）是一种由晶格上分数占据时的长程相互作用所驱动的新型量子物质状态。这种长程相互作用在形成不可压缩状态方面的作用，与经典的维格纳晶体相似。另一方面，与Mott绝缘体相似的是其在公度填充的重要作用。最近在模拟器平台上的进展为探索强相互作用区域中的量子熔化现象提供了空前的可能性，这需要理论和实验的紧密结合。然而，早期的理论文献对这一现象的预测并不一致。作者通过大规模的密度矩阵重整化群（DMRG）模拟，研究了三角晶格扩展Hubbard模型中GWC的量子冻结过程。作者发现在费米液体和   GWC态之间存在单一的一级相变。在GWC状态中，作者发现了长程的反铁磁性120° Néel序。作者的研究结果为理解量子相变进入GWC相和GWC相的性质提供了最简单的解释。

（毛慧灿）

Quantum Melting of Generalized Wigner Crystals in Transition Metal Dichalcogenide Moiré Systems

Yiqing Zhou, D. N. Sheng and Eun-Ah Kim

Phys. Rev. Lett. 133, 156501 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.156501

在ν_T=1时，密度平衡、相互分离的量子霍尔双层可以被描述为两个复合费米液体（CFL）的副本。这两个CFLs间具有由规范波动介导的层间弱耦合Bardeen-Cooper-Schrieffer不稳定性，其配对对称性取决于所使用的CFL假设。如果用基于Halperin-Lee-Read （HLR）理论的复合电子液体（CEL）来描述这两层，则主要的配对不稳定性发生在𝑝+i𝑝通道中；然而，如果一层用CEL描述，另一层用复合空穴液体（CHL，即反HLR）描述，则主要的配对不稳定性发生在𝑠-wave通道中。利用Dirac复合费米子（CF），作者证明了这两个配对通道可以通过粒子-空穴（PH）变换相互映射。并进一步在非相对论极限下由PH变换的大质量狄拉克CF理论推导出CHL理论。最后，作者证明了弱耦合极限下成对的CEL-CHL的有效拓扑场理论等价于强耦合极限下的激子凝聚相。

（彭怡然）

Dualities of Paired Quantum Hall Bilayer States at ν_T=1/2+1/2

Luca Rüegg, Gaurav Chaudhary et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 156502 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.156502

受一维Kondo-Heisenberg链中发现的配对密度波（PDW）态的启发，作者报告了对二维半填充Hubbard层与每个位点有一个电子的巡游非相互作用层耦合的配对场的行列式量子蒙特卡罗研究。在特定的层间跃迁范围内，与PDW序相关的配对顶点比均匀d波配对的配对顶点更具吸引力，尽管两者在半填充时仍然低于领先的反铁磁关联。作者的结果揭示了在这种模型中，人们可能会在哪里找到PDW状态。

（郑鹏宇）

Enhanced Pair-Density-Wave Vertices in a Bilayer Hubbard Model at Half Filling

Fangze Liu et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 156503 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.156503

[编辑推荐] 一种新的耦合线构造提供了分数陈绝缘体的稳定性、电子-电子相互作用参数与承载该绝缘体的强关联能带的量子几何特性之间的直接联系。

在强电子相互作用的情况下，部分填充的Chern带可能会稳定分数陈绝缘体（FCI）状态，这是分数量子霍尔相的零场类比。虽然FCI早已被假设，但可行的固态实现直到最近才出现，这在很大程度上得益于摩尔材料的兴起。在这些系统中，电子能带的量子几何在竞争关联相存在时对稳定FCI发挥了关键作用。在“理想”量子几何的极限下，量子几何与Landau能级的相同，这一作用很好理解。然而，在更现实的情况下，只有经验性的数值证据存在，这突显了对FCI恶化机制的清晰理解的必要性，因为它越来越远离这些理想条件。本文引入并分析了一个|C|=1的陈绝缘体的各向异性模型，在其能带部分填充时，FCI相在某个参数范围内得以稳定。作者通过采用耦合线的方法，分析性地引入强电子相互作用，研究FCI的稳定性及其与量子度量的关系。作者识别出一种不寻常的反FCI相，它受益于非理想几何，通常是FCI的次要相。然而，它的存在妨碍了FCI的形成，转而有利于在分数填充时形成其他竞争相，如电荷密度波。尽管这种反FCI相相当特殊，但可能已经在高磁场实验中被观察到。这在一个远离任何理想能带条件的可处理模型中建立了量子几何与FCI稳定性之间的直接联系，并揭示了FCI恶化的独特机制。

（杨颖）

Quantum Geometry and Stabilization of Fractional Chern Insulators Far from the Ideal Limit

Gal Shavit and Yuval Oreg

Phys. Rev. Lett. 133, 156504 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.156504

对称性工程是在强关联材料中调控甚至创造相和序的有效手段。弯曲应力普遍用于打破空间反演或时间反演对称性。在这里，通过在中心对称反铁磁材料 Sr₂IrO₄ 中引入应变梯度，伴随着沿 z 轴的不等价 O p-Ir d 轨道杂化，空间反演对称性被打破。因此，在这些非对称的 Sr₂IrO₄ 薄膜中同时观察到了新兴的极性相和面外磁矩，这两者在其基态中都是不存在的。此外，在施加磁场的情况下，这种极化可以通过自旋轨道相互作用改变占据的 d 轨道来控制，从而产生屈曲-磁电效应。这篇快报提供了一种通用策略，用于在强关联系统中人为设计多重对称性和铁性序。

（刘瑞）

Flexomagnetoelectric Effect in Sr₂IrO₄ Thin Films

X. Liu, T. Hu et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 156505 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.156505

对四方晶系FeSe_1−xS_x中时间反演对称性破缺以及较大的残余态密度的观察表明，这可能是一种具有Bogoliubov费米表面（BFSs）的新型超节点超导态。尽管在具有反演对称性的超导体中，这种BFSs被认为是拓扑上受到保护的，但这一特殊超导态的杂质效应在实验上仍未得到明确研究。作者在此研究中，通过电子辐照引入受控缺陷，考察了四方晶系FeSe_1−xS_x (0.18 ≤ x ≤ 0.25) 超导态的影响。在未受辐照的样品中，磁渗透深度的温度依赖性最初与具有BFSs的模型一致。在辐照后，作者观察到低能激发与杂质浓度呈现出非单调演变。该非单调变化表明了从节点到无节点的过渡，最终表现为存在Andreev束缚态的无隙情况，类似于节点s波超导体的情形。这表明四方晶系FeSe_1−xS_x中可能存在的BFSs是偶然的，且容易受到无序效应的破坏。

（郭维安）

Lifting of Gap Nodes by Disorder in Tetragonal FeSe_1−xS_x Superconductors

T. Nagashima, K. Ishihara et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 156506 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.156506

通过全光学手段控制拓扑保护的自旋结构进行动力学调控，为自旋电子学的应用带来了巨大的潜力。在铁磁材料 Fe(0.35 nm)/Gd(0.40 nm) 160 多层膜中，作者使用超短激光脉冲激发出气泡和斯格明子，这些自旋结构的核心直径随之发生周期性变化，形成了所谓的“呼吸”模式。通过双脉冲激发方案，作者成功实现了对这一呼吸模式振幅和相位的多功能控制，其中动力学的变化受到激发延迟的控制。作者的研究深入揭示了呼吸模式的启动时间尺度以及自旋结构大小对其动力学行为的影响。实验结果表明，超快光学激发技术能够对平庸和非平庸自旋结构的自旋动力学进行精确调节，这为自旋电子学器件中的应用提供了一种潜在的调控策略。

（毛慧灿）

All-Optical Control of Bubble and Skyrmion Breathing

Tim Titze et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 156701 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.156701

[编辑推荐] MnTe上的非弹性中子散射显示了交变磁振子手性分裂的证据。

交变磁性是一种新近被认可的磁性类别，其名称源自于实空间和倒空间中交替的自旋极化。与电子能带中的自旋分裂类似，交变磁体中的磁振子能带预计也会展现出交替手性分裂。在这项工作中，作者通过对𝛼-MnTe进行非弹性中子散射实验直接观察到了交变磁振子分裂现象。磁振子增加的简并度可以用对称交换起源很好地解释。基于对所得到的自旋波模型的进一步计算，作者发现磁振子也具有手性分裂特征。此外，在MnTe中还实验证明了g波磁性的存在。

（彭怡然）

Chiral Split Magnon in Altermagnetic MnTe

Zheyuan Liu, Makoto Ozeki et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 156702 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.156702

二维（2D）电子系统中的表面等离激元因其有前景的光-物质应用而引起了极大关注。然而，由于在普通2D材料中难以同时保存能量和动量，表面等离激元的激发，特别是横向电（TE）表面等离激元，仍然是一个突出的挑战。在本文，作者表明，在混合电介质、2D材料和磁体结构中，可以有效地激发和操纵从千兆赫到太赫兹范围内的TE表面等离激元。其中的物理本质是，表面自旋波补充了表面等离激元激发的额外自由度，从而大大增强了2D介质中的电场。基于广泛使用的磁性材料，如钇铁石榴石和二氟化锰，作者进一步表明，等离激元激发表现为混合系统反射谱中可测量的凹陷，而凹陷位置和凹陷深度可以通过2D层上的电门控和外部磁场很好地控制。作者的发现联系了低维物理、等离子体和自旋电子学领域，并开辟一条集成等离子体和自旋电子器件的新途径。

（郑鹏宇）

Breaking Surface-Plasmon Excitation Constraint via Surface Spin Waves

H. Y. Yuan and Yaroslav M. Blanter

Phys. Rev. Lett. 133, 156703 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.156703

手性磁体由于出现了反演对称磁体中禁止的独特现象而引起了人们极大的兴趣。尽管通过Dzyaloshinskii-Moriya相互作用（DMI）对手性磁体的平衡特性进行了广泛研究，但像磁阻尼这样的非平衡特性却相对较少受到关注。作者通过布里渊光散射（BLS）光谱学首次直接观察到手性阻尼。利用BLS谱分析，作者分别从谱峰的频移和线宽中提取出DMI和手性阻尼。所得的线宽相对于磁振子波矢量表现出明显的奇对称，明确地证实了手性阻尼的存在。这一研究引入了一种量化手性阻尼的新方法，对手性磁体中的各种非平衡现象有潜在的影响。

（杨颖）

Chiral Damping of Magnons

Dae-Yun Kim et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 156704 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.156704

高次谐波产生（HHG）因其在探索材料性质和超快动力学方面的潜力而受到广泛关注。然而，对于HHG与其他准粒子（如声子）之间耦合的考虑不足，一直阻碍了对HHG中多体相互作用的理解。在这里，作者通过研究非绝热（NA）相干声子耦合的HHG，揭示了准粒子耦合强场动力学中的多体电子-声子机制。研究发现，相干声子通过声子形变效应诱导的绝热带调制以及多个谷中光载流子的非绝热和非平衡分布，有效地影响HHG。绝热和非绝热机制通过影响HHG强度振荡中的声子周期和相位延迟留下它们的“指纹”，这两者都是可以通过实验测量的。对这些量的调查使得可以直接探测材料中的电子-声子相互作用。

（刘瑞）

Phonon-Coupled High-Harmonic Generation for Exploring Nonadiabatic Electron-Phonon Interactions

S. Q. Hu, H. Zhao et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 156901 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.156901

在单个分子与金属基底之间由一层薄薄的NaCl隔离的情况下，进行了具有亚纳米空间分辨率的尖端增强光致发光（TEPL）测量。TEPL光谱揭示了当扫描隧道显微镜尖端的电子与分子态共振时注入，随着尖端与分子距离的减小，荧光逐渐淬灭。基于多体模型的速率方程显示，随着电流增大，荧光淬灭是由于分子在中性基态（  ）与带电基态（  ）之间发生了逐渐的反转。作者证明了偏置电压和尖端的横向位置可以用来调控分子的发光。作者的方法可以应用于任何分子系统，从而提供对单分子荧光前所未有的控制。

（郭维安）

Gating Single-Molecule Fluorescence with Electrons

Katharina Kaiser, Song Jiang et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 156902 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.156902

[编辑推荐] 在移动的折射率分布中预测的压缩和量子发射现象，可以等效地在非移动的调制系统中实现。

作者证明了，一个在空间位置上保持不变但随时间发生振荡的光栅，可以通过模拟成两个朝相反方向传播的独立光栅来加以研究，这些光栅主要与同方向传播的波进行相互作用。作者成功重现了行波光栅的关键特性：在局部波速等于光栅速度时，能够明显观察到波的放大效应、场的压缩以及光子的产生。作者推测，这些静止但振荡的光栅可能比行波光栅更容易在实验中实现。

（毛慧灿）

Traveling wave amplification in stationary gratings

S. A. R. Horsley and J. B. Pendry

Phys. Rev. Lett. 133, 156903 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.156903

自相互作用随机行走（SIRWs）表现出长距记忆效应，这是在时间𝑡的随机行走子与先前𝑡'<𝑡已经访问过的区域相互作用的结果。这类非马尔可夫随机行走在觅食理论、活细胞行为甚至机器学习等各种背景下都有应用。尽管其十分重要并已有大量的理论努力，但是迄今为止，除了一类SIRWs之外，传播子（即行走子位置的分布并且可以说是表征过程的最基本的量）都还无法得到。本文中，作者填补了这一空白，并为SIRWs的两个重要的普适类，即一次增强随机行走和多项式自排斥行走的传播子提供了精确而显式的表达式。这些结果提供了一些关键的可观测量，例如迄今为止尚未确定的扩散系数。作者还发现了一种内在的非马尔可夫机制，这种机制往往会驱使行走子离开起点。

(谭宇涛)

Exact Propagators of One-Dimensional Self-Interacting Random Walks

Julien Brémont, et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 157101 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.157101

Chacko等人展示了在室温和9.4 T下通过电子控制辐射反馈（辐射阻尼）实现的热极化自旋溶液中实验性的单模和多模持续H1 NMR脉泽。作者的观察说明了辐射反馈的常见三维麦克斯韦-布洛赫方程的分解，并使用几个耦合经典矩的简单玩具模型来解释这些实验。本快报代表了将各种情况下的基于自发辐射阻尼的 NMR 脉泽带入反馈控制和可重复实验的下一阶段的重要一步。

Multimode Masers of Thermally Polarized Nuclear Spins in Solution NMR

Vineeth Francis Thalakottoor Jose Chacko, et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 158001 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.158001

干摩擦已被提议作为一种整流机制，允许在振动表面上进行质量传输，即使振动是水平和无偏的。有人提出，当输入振荡的能量增加时，漂移速度总是会饱和，导致效率消失，从而阻碍这种现象的适用性。与此猜想相反，在本快报中，Maza-Cuello和Maza通过实验证明，通过仔细控制强制振荡，该系统可以对任何输入能量保持有限的传输效率。最小摩擦模型解释了在双谐波基振荡的情况下漂移速度对信号参数的观察依赖性，可以将其扩展以获得任何周期性激发的效率估计。

Efficient Transport Controlled by Biharmonic Frictional Driving

Martin Maza-Cuello and Diego Maza

Phys. Rev. Lett. 133, 158201 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.158201

杂质引起的缺陷对晶体的特性起着至关重要的作用，但人们对具有各向异性形状的杂质知之甚少。在本快报中，Meester等人研究了胶体哑铃如何在流体界面处扭曲并与带电胶体球六边形晶体相互作用。作者发现哑铃长度的细微差异决定了它是否会引起晶格的局部扭曲或捕获位错，并决定了哑铃如何在排斥六边形晶格内移动。作者的研究结果为控制材料特性和通过粒子结合位错理解相变的基本问题提供了新途径。

Dumbbell Impurities in 2D Crystals of Repulsive Colloidal Spheres Trap Dislocations

Vera Meester, et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 158202 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.158202

[编辑推荐]微通道中的人造活性游泳者在响应电场和压力驱动流时表现出类似于电趋性的行为。

生物微泳者改变其游泳轨迹以跟随施加的电场的方向，表现出电趋性。Buness等人表明，合成活性液滴微泳者也会在响应电场时自主改变微通道中的游泳轨迹，甚至进行“U型转弯”，模仿电趋性。在存在外部流动的情况下，作者利用这种电趋性来稳健地调整主动液滴在壁面相邻、振荡和通道中心线游泳之间的游泳轨迹。通用流体动力学模型表明，电趋动力学受游泳者固有表面电荷产生的电效应控制，此外还受其运动能力、流体动力学壁相互作用以及电场和强加流的相对方向控制。作者的研究展示了一种简单的方法，用于控制复杂几何形状中的活性剂，用于微型机器人应用，如自动货物运送。

Electrotaxis of Self-Propelling Artificial Swimmers in Microchannels

Carola M. Buness, et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 158301 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.158301

Jain等人发现自推进粒子悬浮液中的不稳定机制不涉及主动应力。相反，它是由惯性、游泳者运动和浓度波动的微妙相互作用驱动的，通过速度和浓度场之间的关键时间滞后。在作者的高分辨率数值模拟中看到的结果时间持久状态由自持的浓度和方向波组成，从规则振荡过渡到波湍流。作者分析了这种活性湍流的统计特征，包括与被动标量的Batchelor谱的有趣联系。

Inertia Drives Concentration-Wave Turbulence in Swimmer Suspensions

Purnima Jain, et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 158302 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.158302

[Featured in Physics] [编辑推荐]解码自然界的隐藏信息：细菌、细胞、群体和其他生物以极高的精度从嘈杂的环境中获取信息。

生物和生物体感知和处理来自周围环境的信息，通常只能在有限的时间内访问外部可观测量的子集。在本快报中，Nicoletti和Busiello揭示了生物系统如何利用这些可访问的自由度，以有限的能量预算从不可访问的自由度中传递信息。作者发现，最佳传导策略可能会比所有自由度都已知的理想情况更能促进信息收集，即使只观察到有限时间的轨迹，但代价是更高的耗散。作者将结果应用于红细胞，从膜闪烁数据推断出实施的转导策略，并揭示机械应力与转导效率之间的联系。作者的框架为非平衡条件下生物系统的自适应策略提供了新颖的见解。

Tuning Transduction from Hidden Observables to Optimize Information Harvesting

Giorgio Nicoletti and Daniel Maria Busiello

Phys. Rev. Lett. 133, 158401 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.158401

[编辑推荐]由于纯机械过程（例如细胞之间不可避免的碰撞），生长中的细胞群落可以形成细胞大小的同心波状图案。

Weady等研究增殖细胞集合的动力学，其微观成分的生长受到宏观生长引起的应力的抑制。生长集合的离散粒子模拟显示，细胞大小出现了同心环图案，其时空结构与单个细胞的应激反应密切相关。受这些观察的启发，作者推导出一个多尺度连续理论，其参数直接映射到离散模型。该理论的解析解表明，同心图案是由多个细胞周期中各向异性累积的生长阻力产生的。本文展示了纯机械过程如何影响细胞集合的内部图案和形态，并提供了一个简洁的理论框架，用于将增殖物质的微观动力学与宏观动力学联系起来。

Mechanics and Morphology of Proliferating Cell Collectives with Self-Inhibiting Growth

Scott Weady, et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 158402 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.158402

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