期刊文章浏览系列之Physical Review Letters，搜集国人重点工作，聚焦PRL选手研究领域，供初入物理科研的老师同学了解前沿动态，找到自己科研的那道光。
Physical Review Letters Vol. 132, Iss. 14
本期期刊文章浏览系列视频推出的是美国物理学会的著名物理杂志Physical Review Letters第132卷第14期的浏览视频，该期杂志于2024年4月刊发，总共38篇文章。国内的研究机构作为通讯作者单位发表的文章总共6篇，具体各篇文章的分类信息详见下表。![]()
（如果需要上述全部文章链接，请在公众号里发送PRL132.14给我们）
本期PRL选手是西湖大学的吴从军，他本科毕业于清华大学，硕士毕业于北京大学，在斯坦福拿到博士学位，师从著名物理学家张首晟，之后进入加州大学圣芭芭拉分校Kavli理论物理研究所做博士后，后在加州大学圣迭戈分校物理系做到正教授，2021年回国全职加入西湖大学，受聘物理学讲席教授；曾获斯隆奖和海外华人物理协会（现名全球华人物理学会）杰出青年科学家奖，2018年当选为美国物理学会会士，2023年获得第一期新基石研究员项目资助。吴从军主要研究探索新的物质状态及其深层次的组织原理，包括超导、量子磁性、轨道物理、拓扑物态、强关联冷原子系统、数学物理、和量子蒙特卡洛模拟，他的研究处在凝聚态物理和冷原子物理的交叉前沿，其重点是强关联和拓扑系统中的核心问题；他追求数学的优美性和物理世界真实性的统一，特别是对称性原理在物理体系中的体现。
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吴从军团队PRL历程 吴从军老师的研究涉猎很广，很难以关键词来提取，从发表的PRL文章来看，对称性算是一个高频词，或许这一定程度上反映了他的研究注意力。在他2021年加入西湖大学的时候，西湖大学官号曾有一篇报道文章《吴从军全职加入西湖大学丨一个迷恋对称的人》，文章中有不少有趣的桥段，比如他的名字，若将“军”字写成繁体，吴从軍，每个字几乎也是对称的。吴老师自己曾在《刹那即永恒：回忆恩师张首晟》一文中提到了导师张首晟教授在研究风格和品味对他的影响，用他的话来说是使他从一个现实主义者，转变成一个现实的理想主义者，成为一个愿意欣赏数学和物理之美的人。
对称性这个概念几乎覆盖了所有的物理范畴，我们的客观世界研究对象，要么具有某种意义上某种程度的对称性，要么就发生了对称性破缺。比如BCS超导是由于在低温下电子配对形成库珀对，其中的电子一个自旋向上一个自旋向下，形成了对称稳定的能量基态，而在升温受激发情况下就发生对称性破缺回到正常态。对于临界温度在液氮温区的高温超导体，虽然其微观机理在学术界一直没有形成共识，但是配对的图像还是成立的，例如铜氧高温超导体中库珀对已经被确定为具有非常规的d波对称性。在这个扑朔迷离的领域中，对称性还是隐隐约约在操控着魔法棒。![]()
物理学中优美的对称性（图片来自网络）
去年，中山大学物理学院王猛教授团队首次在镍氧化物La3Ni2O7中发现了达到液氮温度（-196℃）的超导电性，这是人类目前已知的第二类达到液氮温区的非常规超导体系，也是中国科学家在全球率先发现的全新高温超导体系。这个发现吸引了众多科学家一探个中机理，而吴从军团队和合作者杨帆教授研究的落脚点在洪特规则。
洪特规则是由德国物理学家弗里德里希·洪特提出的原子核外电子填充原子轨道的一个规律。每个原子轨道最多可以容纳两个自旋相反的电子，当电子在能量相同的多个轨道上排布时，总是尽可能分占不同的轨道且保持自旋方向相同。高温超导镍氧化物拥有一个特别的双层结构，双层内部的关系紧密，而不同的双层之间的结构比较松散。一个镍原子上有水平（3dx2-y2）和垂直（3dz2）的两个活性d轨道。前者在镍氧层内延展，其中的电子很容易在层内运动；后者延展方向垂直于镍氧层，其中的电子很难在层内运动。水平轨道自由活动可以导电，但是配对很弱，垂直轨道反铁磁耦合很强可以配对，但是导电很难。吴从军团队和合作者杨帆教授提出由于洪特规则锁定了镍原子的水平和垂直轨道，使得这两个电子的自旋方向相同，而层间的反铁磁耦合使双层结构中上下两层垂直轨道上的电子自旋方向相反，所以上下两层中水平轨道上的电子就这样间接的配对，从而同时满足了配对和导电性，具备了超导的条件。从去年七月底公布在arXiv以来，该研究成果在文献和预印本中已经被引用超过了40余次，得到了领域内的广泛关注，这在强关联物理理论方面非常少见。目前，已有好几家研究团队直接采用了该工作中提出的最小模型作为出发点来研究La3Ni2O7中的配对机制和超导现象。![]()
超导二极管示意图（图片来自网络）
对称性是引人入胜的，对称性的破缺同样也是。超导二极管效应是指一种非互易性或方向性的现象，即一个超导体在一个方向上允许更大的超电流通过，而在另一个方向上则抑制或阻断超电流，这就对应着时间反转对称性的破缺。2024年5月15日，西湖大学林效、吴从军及北京理工大学王秩伟共同通讯在Nature 在线发表题为“Superconducting diode effect and interference patterns in kagome CsV3Sb5”的研究论文，该研究报告了本征CsV3Sb5薄片中观察到无磁场超导二极管效应，表明在自发时间反转对称破缺背景下存在动态超导有序畴，为在拓扑kagome系统中探索奇异物理(例如Majorana零模式)开辟了可能性。 除了科研，吴老师也非常热衷于科普。西湖大学里经常会遇见他主持科普活动，《物理学和哲学——现代科学中的革命》是海森堡撰写的关于哥本哈根学派的基本哲学观点的著作，吴老师有一个专门的导读的报告，该视频网上可以搜到，题目是《保守的革命者》。自2023年12月13日起，每隔一周的周三晚上19：00-21：30，吴老师连续主讲8场以《杨振宁先生代表工作导读》为题的系列讲座，为大家介绍科学家杨振宁研究中的一些代表工作，及对现代物理学的影响。该系列视频在B站上已有发布，感兴趣的同学可以自行观看。![]()
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