PRL导读-2024年132卷24期

具有非经典性质的高斯态，如压缩和纠缠，是量子信息处理的重要资源。在多模高斯态中准确地量化这些性质存在一些挑战。为了解决这个问题，作者引入了一个统一的量化:“经典-非经典极性”，由P表示。对于单模，正的P值表示在真空噪声下约化最小正交不确定性，而负的值表示由于经典混合而增大的不确定性。对于多模系统，一个正的P表示两体量子纠缠。作者证明了在任意线性光学变换下，任意双模和三模高斯态的经典-非经典极性总和是守恒的。对于任何纯多模高斯态，总经典-非经典极性等于单模压缩和双模压缩的平均光子数之和。作者的结果为单模非经典性和纠缠之间的定量关系提供了一个新的视角，这可能会在非经典特征的统一资源理论中得到应用。

（张皓玥）

Classical-Nonclassical Polarity of Gaussian States

Jiru Liu, Wenchao Ge, and M. S. Zubairy

Phys. Rev. Lett. 132, 240201 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.132.240201

通过完全正迹保持映射从量子电池中提取能量导致完全正迹保持-局部被动态的概念，该概念确定了任何完全正迹保持映射应用于特定子系统都无法从中挤出能量的两体态。作者证明，对于任意维数，如果一个态相对于哈密顿量是完全正迹保持-局部被动态，那么该态的任意个副本(包括渐近大的副本)也是完全正迹保持-局部被动态。作者进一步证明，利用非完全正迹保留可以有效地从完全正迹保持-局部被动态中提取能量，但在共享电池的同一部分上具有物理上可实现的映射，在这些部分上，完全正迹保持映射的操作是无用的。此外，作者使用局部-完全正迹保持操作提供了最大可提取能量，然后给出了一个显式的态的类和其对应的哈密顿量，其中最大值可以使用物理的局部非完全正迹保留映射来超越。对于任意但固定的哈密顿量，作者给出了任意两体态不能对其中一方使用非完全正迹保留操作以提供任何能量的充分必要条件和单独必要条件。作者类比了量子电池中能量提取的完全正迹保持和非完全正迹保留操作的相对状态，以及纠缠的渐近局部操作的可蒸馏纠缠与纠缠成本的关联。对于完全正迹保持-被动和完全正迹保持-非被动电池态，非完全正迹保留映射超越可提取的最大能量可以作为量子映射非完全正迹保持性的检测器。

（张皓玥）

Noncompletely Positive Quantum Maps Enable Efficient Local Energy Extraction in Batteries

A. Bhattacharyya, K. Sen, and U. Sen

Phys. Rev. Lett. 132, 240401 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.132.240401

在测量诱导纠缠相变的背景下，量子噪声的影响是非常重要的，它是真实物理系统中固有的，具有实验意义。在这篇论文中，作者对时间不相关和相关量子噪声对纠缠产生和信息保护的影响进行了全面的理论分析。这项研究表明，系统内的纠缠对于两种类型的量子噪声都遵循q^-1/3的标度，其中q表示噪声概率。尺度源于Kardar-Parisi-Zhang涨落，有效长度标度为q^-1。更重要的是，对稳态的信息保护时间尺度进行了探索，并显示出对时间不相关和相关噪声分别遵循q^-1/2和q^-2/3的标度。前者可以解释为Hayden-Preskill协议，而后者是Kardar-Parisi-Zhang涨落的直接结果。作者使用稳定子形式进行了广泛的数值模拟，以支持理论理解。这篇快报不仅有助于更深入地理解量子噪声与测量诱导相变之间的相互作用，而且为理解马尔可夫噪声和非马尔可夫噪声对量子计算的影响提供了一个新的视角。

（张皓玥）

Entanglement Structure and Information Protection in Noisy Hybrid Quantum Circuits

Shuo Liu, Ming-Rui Li, et al.

Phys. Rev. Lett. 132, 240402 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.132.240402

变分量子特征解算器是在量子计算机上研究物理系统的成功算法。最近，它们被扩展到基于测量的量子计算模型，将资源图态及其优势引入量子模拟领域。在本文中，作者将这些想法纳入传统的变分量子特征解算器电路中。这使得新的问题-通知设计和多体哈密顿量的通用实现成为可能。作者通过对包括摄动平面编码、ℤ₂晶格规范理论、一维量子色动力学和LiH分子在内的试验台系统进行变分量子特征解算器模拟，在真实的超导量子计算机上展示了他们的方法。

（张皓玥）

Measurement-Based Infused Circuits for Variational Quantum Eigensolvers

A. Chan, Zheng Shi, et al.

Phys. Rev. Lett. 132, 240601 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.132.240601

稳定子熵是对非稳定性或“魔法”的度量，它量化了稳定子描述态的程度。稳定子熵特别有趣，因为它们与置乱、定位和性质测试有关。然而，到目前为止，应用受到限制，因为先前已知的稳定子熵测量协议随着量子比特的数量呈指数级增长。在这里，作者通过贝尔测量有效地测量了整数Rényi指数n>1的稳定子熵。𝑁-量子比特量子态的稳定子熵可以用𝑂(𝑛)拷贝和𝑂(𝑛N)经典计算时间来测量，其中对于偶数𝑛作者还需要态的复共轭。作者提供了各种非稳定单调的有效边界，它们在超过几个量子位后难以计算。利用IonQ量子计算机，作者测量了掺杂非Clifford门的随机Clifford电路的稳定子熵，并给出了稳定子保真度、稳定子范围和魔法的鲁棒性的边界。作者提供了有效的算法来测量Clifford-平均4n点非时序相关和多重分形平坦度。利用这些测量，作者研究了掺杂Clifford电路的置乱时间和依赖于非稳定性的随机哈密顿演化。与直觉相反，随机哈密顿演化在长时间后变得更不混乱，作者用多重分形平坦度揭示了这一点。作者的结果开启了对量子计算机非稳定性的探索。

（张皓玥）

Efficient Quantum Algorithms for Stabilizer Entropies

T. Haug, S. Lee, and M. S. Kim

Phys. Rev. Lett. 132, 240602 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.132.240602

量子网络在信息处理方面具有前所未有的优势，并在基础研究中开辟了有趣的新机会，其中网络拓扑和网络非局域性是这些应用的根本基础。因此，网络拓扑和非局域性的检测是至关重要的，然而，这仍然是一个悬而未决的问题。在这里，作者首次设想并实验证明了在贝尔定理内外，用一般见证算子确定由三方组成的三角形量子网络所承载的网络拓扑和网络非局域性。作者预计，这种独特的方法可能会促进对大型复杂量子网络的有效表征的进一步研究，从而更好地利用量子网络在量子信息应用中的优势。

（刘承葛）

Certifying Network Topologies and Nonlocalities of Triangle Quantum Networks

Y.-L. Mao, H. Chen, et al.

Phys. Rev. Lett. 132, 240801 (2024)

https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.132.240801

网络中的分布式量子信息对全球安全量子通信至关重要。此外，它还可以作为相关任务的资源进行应用，如时钟同步、磁场传感和盲量子计算。然而，对于量子网络分析和实现的基准测试来说，以揭示纠缠可以可靠分布的节点的方式来表征网络的拓扑结构是至关重要的。在这里，作者展示了一个有效的拓扑认证方案。作者的方案允许以可扩展的方式区分由两体和多体纠缠源组成的不同网络。它也可以应用于半独立设备的场景，在这些场景中，测量设备和网络节点没有很好地表征和信任。作者通过实验证明了作者的方法，通过验证由偏振光子生成的不同六量子比特网络的拓扑结构，采用主动前馈和时间多路复用。作者的方法可用于对多个假设进行一般的同时测试，只需很少的测量，对于量子技术的其他认证场景也很有用。

（刘承葛）

Certifying the Topology of Quantum Networks: Theory and Experiment

L. T. Weinbrenner, N. Prasannan, et al.

Phys. Rev. Lett. 132, 240802 (2024)

https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.132.240802

作者研究了使用相互作用的俘获玻色子进行参数估计的经典和量子计量学，理论上作者通过多构型Hartree类型的自洽多体方法进行处理。作者专注于倾斜的双阱几何形状，将具有动态变化轨道的自洽确定和监测的双模截断与固定轨道的传统双模方法进行了比较，其中只有 Fock 空间系数随时间演变。因此，作者证明，与具体测量相关的各种计量物理量，如经典的费舍尔信息和最大似然估计子，在量子演化过程中受到轨道变化的深刻影响。因此，相互作用的超冷气体的量子多体动力学的自洽性从根本上影响了给定计量协议的可实现参数估计精度。

（刘承葛）

Self-Consistent Many-Body Metrology

J.-G. Baak and U. R. Fischer, et al.

Phys. Rev. Lett. 132, 240803 (2024)

https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.132.240803

大尺寸未知密度矩阵的恢复需要大量的计算资源。最近，因子梯度下降算法及其变体实现了最先进的性能，因为它们能够通过利用密度矩阵的一些底层结构来缓解维度障碍。尽管理论上保证了线性收敛速率，但实际场景中的收敛仍然很慢，因为因子梯度下降算法的收缩因子取决于真实状态的条件数κ。因此，实现估计误差ε所需的迭代总数可以与O(√κln(1/ε))一样大。在这篇快报中，作者推导出了一种量子态断层扫描方案，该方案将对κ的依赖性提高到对数尺度。因此，作者的算法可以在O(ln(1/κε))步骤中实现近似误差ε。这种改进来自非凸黎曼梯度下降的应用。因此，作者方法中的收缩因子是一个独立于给定状态的普遍常数。数值结果证实了极快收敛和接近最优误差范围的理论结果。

（刘承葛）

Quantum State Tomography via Nonconvex Riemannian Gradient Descent

Ming-Chien Hsu, En-Jui Kuo, et al.

Phys. Rev. Lett. 132, 240804 (2024)

https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.132.240804

在许多自然和工程系统中，未知的量子通道作用于一个无法直接控制和测量的子系统，而是通过一个可控的子系统来学习，该子系统与它相互作用较弱。作者研究了这些限制下的量子通道鉴别，作者称之为隐藏系统量子通道鉴别。作者发现序列协议实现了完美的区分，并饱和了海森堡极限。相比之下，depth-1并行和多热点协议不能解决隐藏系统量子通道鉴别问题。这表明序列协议在实验现实的情况下是优越的。

（刘承葛）

Power of Sequential Protocols in Hidden Quantum Channel Discrimination

S. Sugiura, A. Dutt, et al.

Phys. Rev. Lett. 132, 240805 (2024)

https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.132.240805

类似重子声波振荡（BAO）尺度的标尺在宇宙学精确测量中发挥着作用，提供了探测宇宙几何与膨胀历史的远距离测量方案。除了宇宙微波背景（CMB）的BAO测量之外，大多数标尺技术都在相对低红移处进行，并且依赖对物质密度场的偏向追迹。在相关的文献中[H. Fronenberg, A. S. Maniyar, A. R. Pullen, and A. C. Liu, companion paper, Phys. Rev. D 109, 123518 (2024).],作者研究了归零估计量的科学范围，其中CMB透镜会聚图与线强度映射的类似图的线性组合互相关，以精确消除对CMB透镜的低红移贡献。作者表明，归零的估计量可用于约束高红移物质功率谱，而且此谱呈现出明显的BAO特征。本文中，作者建议使用这些特征作为高红移处不依赖偏向追迹的标准尺度。作者预测此测量值z~5，且下一代设备将能够将BAO尺度约束到7.2%的精确度，而未来的观测计划能将BAO尺度约束在4%的精确度。这将建立在宇宙历史早期阶段的进行BAO测量的新技术。

New Probe of the High-𝑧 Baryon Acoustic Oscillation Scale: BAO Tomography with CMB×LIM-Nulling Convergence

Hannah Fronenberg, Abhishek S. Maniyar and et al.

Phys. Rev. Lett. 132, 241001 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.132.241001

[Featured in Physics] 观测引力波记忆效应将有助于检验广义相对论对于时空结构中大尺度对称性的预言。

作者重新考虑了用引力波（GW）记忆效应衡量时空对称性的工具，这超出了其在GW研究中的传统作用。特别地，作者展示了分别从位移与自旋记忆观测中探测这些对称性的方法。他们还进一步发现爱因斯坦望远镜（ET）的灵敏度能够将位移记忆的应变振幅约束到2%，且对于自转记忆的相应振幅可约束到22%。最终，作者指出，在ET上忽略记忆效应将导致双黑洞（BBH）合并事件参数的测量不确定度被过高估计约10%。

Inferring Fundamental Spacetime Symmetries with Gravitational-Wave Memory: From LISA to the Einstein Telescope

Boris Goncharov, Laura Donnay, and Jan Harms

Phys. Rev. Lett. 132, 241401 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.132.241401

[编辑推荐]量子场论技术被用于计算保守双黑洞散射动力学到牛顿常数的第五阶。

作者计算了散射角中第五后闵氏（5PM）阶的贡献，并使用世界线量子场论形式在第一自力阶计算了保守部分的经典黑洞散射的脉冲。此四圈计算需要使用高等分部积分以及在高性能计算系统上实现的微分方程技术。使用偏分等式，作者得以在完全平面形式中得到完整被积函数。所得到函数空间比预期的简单：在散射角方面，只出现了多个多项式，最高只到三阶，且没有出现与4PM中的椭圆积分。对此结果的所有检验都通过了，包括内部的——维数正规化极点的消除与在壳条件的保持，以及外部的——在低速极限下与后牛顿极限的文献在到5PN阶下匹配以及将尾项与4PM中能量损失相匹配。

Conservative Black Hole Scattering at Fifth Post-Minkowskian and First Self-Force Order

Mathias Driesse et al.

Phys. Rev. Lett. 132, 241402 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.132.241402

[编辑推荐] [Featured in Physics] 一个首先被应用于早期宇宙相变，然后被用于超流氦的理论，现在能应用于更广泛的系统。

Kibble-Zurek机制（mechanism，KZM）描述了在经历二阶相变的系统中的非平衡动力学和拓扑缺陷形成。KZM已在宇宙学和凝聚态物理等领域找到应用。然而，它通常不适合描述一阶相变。已经证明，通常被归类为二阶的类似超导体或带电超流体等系统中的相变，当考虑到涨落的影响时，可能表现出弱一阶特征。此外，相变的阶数（即它变得一阶而非二阶的程度）可以被调节。作者探讨了在这种可调相变中的急冷诱导形成拓扑缺陷，并提出通过将KZM与成核理论相结合可以预测它们的密度。

Topological Defect Formation in a Phase Transition with Tunable Order

Fumika Suzuki and Wojciech H. Zurek

Phys. Rev. Lett. 132, 241601 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.132.241601

作者首次在一个中微子束实验中对暗三叉碰撞进行了搜索，使用了对应于在Fermilab的MicroBooNE探测器上采集的7.2×10²⁰个靶上质子的数据集。主喷注器中的质子与中微子靶发生相互作用，产生𝜋⁰和𝜂介子，它们可以通过暗光子𝐴′介导衰变为暗物质（DM）粒子。作者训练了一个卷积神经网络，利用其类似图像的重建能力，来识别在液体氩时间投影室(LArTPC)中的DM粒子的相互作用。在没有DM信号的情况下，作者以90%置信水平提供了关于在10≤𝑀_𝐴′≤400 MeV范围内的暗光子质量的二次动力学混合参数𝜖²的限制。这些限制涵盖了以前未受限制的参数空间，用于产生具有质量比𝑀_𝜒/𝑀_𝐴′=0.6和2的费米子或标量DM粒子𝜒的两个基准模型，并且对于0.1≤𝛼_𝐷≤1的暗精细结构常数也提供了限制。

First Search for Dark-Trident Processes Using the MicroBooNE Detector

P. Abratenko et al. (MicroBooNE Collaboration)

Phys. Rev. Lett. 132, 241801 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.132.241801

文章给出了在顶夸克产生和衰变中寻找破坏重子数守恒的相互作用。该分析使用了在LHC的CMS探测器中收集的中心质心能量为13TeV的质子-质子碰撞数据，积累的积分亮度为138 fb^-1。候选事件通过要求两个异号带电轻子（电子或缪子）和恰好一个被鉴别为来自底夸克的喷注来进行选择。采用多元判别式将信号与背景分离。实验未观测到与标准模型预测有显著偏离的情况。实验对破坏重子数守恒耦合强度设定了上限。实验首次研究了通过破坏重子数守恒相互作用产生单顶夸克。这使得该搜索能够针对顶夸克衰变到一个轻子，一个上夸克（𝑢或𝑐）和一个下夸克（𝑑、𝑠或𝑏）的分支比率，设定到目前为止最严格的限制。结果根据破坏重子数守恒相互作用的费米子味道组合，将以前的限制改善了3至6个数量级。

Search for Baryon Number Violation in Top Quark Production and Decay Using Proton-Proton Collisions at √𝑠=13  TeV

Hayrapetyan et al. (CMS Collaboration)

Phys. Rev. Lett. 132, 241802 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.132.241802

作者报告了对太阳⁸B中微子通量的时间变化进行搜索的结果，使用了1996年5月31日至2018年5月30日之间收集的5804天Super-Kamiokande数据。 Super-Kamiokande测量了每个太阳中微子相互作用的精确时间长达22个日历年，以寻找太阳中微子通量变化。定期调制是通过在包含五天间隔太阳中微子通量测量数据集中使用最大似然方法进行搜索的。作者还将Lomb-Scargle方法应用于该数据集，以与先前的报告进行比较。唯一找到的显著调制是由于地球绕太阳的椭圆轨道而引起的。实验观察到的调制与天文数据一致：作者测量了（1.53±0.35）%的离心率和（-1.5±13.5）天的近日点移位。

Search for Periodic Time Variations of the Solar ⁸B Neutrino Flux between 1996 and 2018 in Super-Kamiokande

K. Abe et al. (Super-Kamiokande Collaboration)

Phys. Rev. Lett. 132, 241803 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.132.241803

[编辑推荐]一项包括高达4100 MeV的数百个有限体积谱的最新的格点QCD计算发现只有一个标量𝜒_𝑐0和一个张量𝜒_𝑐2的粲重偶素共振态。

作者使用格点 QCD ，一种研究QCD的第一性原理方法，在重粲偶素能量区域（最高达 4100 MeV）上，确定了 𝐽^𝑃𝐶=0⁺⁺和 2⁺⁺ 强子-强子散射振幅。作者在约为 391 MeV 的 π 质量下，计算了 200 多个有限体积能级，并将这些能级用于 Lüscher 形式的扩展，以确定无限体积耦合道散射振幅。作者发现这个能量区域包含单个 χ_c0 和单个 χ_c2 共振态。两者都为位于最近的非物理黎曼面上的极点，略低于 4000 MeV，宽度约为 70 MeV。最大的耦合以 S 波耦合为主，耦合到动力学封闭的 D^* D̅^* 道中。作者发现，对于这两个共振态，耦合到开粲夸克介子对的几个衰变通道也很大且显著。在 χ_c0 基态以上，作者没有发现其他标量束缚态或接近 D̅ D 阈值的共振态，这与几项理论研究和实验研究的结果不同。

Scalar and Tensor Charmonium Resonances in Coupled-Channel Scattering from Lattice QCD

David J. Wilson, Christopher E. Thomas, Jozef J. Dudek, and Robert G. Edwards (for the Hadron Spectrum Collaboration)

Phys. Rev. Lett. 132, 241901 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.132.241901

在原子核发生裂变之前，两个裂变碎片之间会形成一个“脖子”。尽管缺少明确的实验证据，但是人们普遍认为这个“脖子”会经历相当快速的破裂。处理裂变中“脖子”破裂阶段和鞍点到断裂点阶段的难点在于，两者都是高度非平衡的过程。Abdurrahman等人首次给出了裂变断裂机制的完全微观描述，包括断裂中子的谱和空间分布，以及带电粒子发射的一些上限估计。断裂点中子谱具有明显的角分布，沿着垂直于裂变轴方向和平行于裂变轴方向的出射中子数目大致相同。对于²³⁶U、²⁴⁰Pu和²⁵²Cf的裂变过程，断裂点处中子的平均能量约为3 ± 0.5 MeV，最大能量约为16-18 MeV。他们保守估计，至少有9%-14%的总发射中子是在断裂点处产生的。

Neck Rupture and Scission Neutrons in Nuclear Fission

Ibrahim Abdurrahman et al.

Phys. Rev. Lett. 132, 242501 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.132.242501

[编辑推荐]基于pPb碰撞的新测量表明，核介质中的奇特强子与一般强子具有不同的行为。

LHCb合作组首次在质子-原子核碰撞中，测量了奇特强子χ_c1(3872)的产生。与粲偶素态ψ(2S)的比较表明，奇特强子χ_c1(3872)在核介质中会经历不同于传统强子的动力学过程。与质子-质子碰撞的比较表明，原子核的存在可能会修正χ_c1(3872)的产生率。这是对奇特强子核修正因子的首次测量。

Modification of χ_c1(3872) and ψ (2S) in pPb Collisions at √s_NN = 8.16 TeV

R. Aaij et al. (LHCb Collaboration)

Phys. Rev. Lett. 132, 242301 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.132.242301

[编辑推荐] [Featured in Physics] 对分子离子和中性原子之间的反应的详细研究对大气和星际化学都具有重要意义。

作者研究了存储在低温储存环（CSR）中的 HD⁺离子与激光产生的基态碳原子之间的合并束反应。分子离子在 CSR 的极端真空中储存长达 20 秒，在那里它们有时间辐射弛豫，直到它们达到振动基态（在0.5 秒的存储时间内）和 J≤3 的旋转状态（在5 秒后）。作者将实验研究与基于两个反应势能面的准经典轨迹计算相结合。与先前的内部激发的 H₂⁺ 和 D₂⁺ 离子的研究相比，作者的结果揭示出显著的同位素效应，这有利于在所有碰撞能量下产生 CH⁺ 而不是 CD⁺，并且反应的绝对速率系数显著增加。作者的实验结果与对振动弛豫后的HD⁺离子在最低旋转状态下的理论计算非常吻合。

Merged-Beams Study of the Reaction of Cold HD⁺ with C Atoms Reveals a Pronounced Intramolecular Kinetic Isotope Effect

Florian Grussie, et al.

Phys. Rev. Lett. 132, 243001 (2024)

https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.132.243001

作者借助波函数的精确分解和最近提出的对其动力学的量子流体动力学描述，研究了分子几何相位在精确动力学框架下的演化。以流体动力变量的形式，对核构型空间中的任意路径引入规范不变的瞬时相位，发现对绝热状态下的闭合路径，该相会还原为绝热几何相位。闭合路径相位随时间的演化遵循麦克斯韦-法拉第感应定律，其中电子动力学产生的非保守力起着电动势的作用。作者确定了能够改变相位大小的关键相互作用力，从而挑战了任何拓扑论证。然而，当沿探针环路的局部动力学近似为绝热时，相位变化可以忽略不计。也就是说，在绝热极限情况下产生的几何相位效应仍然适用于有效地描述某些动力学可观测量。

Dynamics of the Molecular Geometric Phase

Rocco Martinazzo and Irene Burghardt

Phys. Rev. Lett. 132, 243002 (2024)

https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.132.243002

作者报道了超冷基态⁶Li⁴⁰K 极性分子高效率制备。从弱束缚分子开始，采用受激拉曼绝热通道将分子相干地转移到单重旋转振动基态|X¹Σ⁺,𝑣=0,𝐽=0⟩。通过利用单重态受激拉曼绝热通道和低相位噪声窄线宽激光器，作者观察到单向转移效率为96(4)%。在光学偶极阱中，测得基态分子的寿命为5.0(3)毫秒。通过对分子施加直流电场并对基态进行斯塔克位移光谱学分析，证实了LiK分子具有较大的永久偶极矩。结合对碰撞的量子控制的近期进展，作者的工作为探索具有强相互作用的⁶Li⁴⁰K分子的量子多体物理铺平了道路。

Efficient Creation of Ultracold Ground State ⁶Li⁴⁰K Polar Molecules

C. He, et al.

Phys. Rev. Lett. 132, 243401 (2024)

https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.132.243401

作者考虑了一维相互作用的量子流体，例如Lieb-Liniger气体。通过计算其（广义）流体力学的低温极限，作者展示了在这个极限下，气体的密度、流体速度和局部温度，以及在可积气体情况下的其他广义温度。可以通过常规的粘性（Navier-Stokes）流体力学很好地描述。动力学粘度与温度成正比，可以用一种仅出现的Luttinger液体参数𝐾及其密度的普适形式表示。作者表明即使在零温极限下，加热因子也是有限的，这意味着粘性贡献在零温度下仍然相关。此外，作者发现在小耦合的半经典极限下，运动学粘度发散，这与以前在平均场量子流体中Kardar-Parisi-Zhang涨落的观察相一致。

Navier-Stokes Equations for Low-Temperature One-Dimensional Quantum Fluids

Andrew Urichuk, et al.

Phys. Rev. Lett. 132, 243402 (2024)

https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.132.243402

[编辑推荐]幺正费米气体从各向同性谐振势阱中释放后，膨胀表现出标度不变性和呼吸模式，与隐藏的SO(2,1)对称性一致。

各向同性谐振势阱中的幺正费米气体预期会呈现标度和共形对称性，这对其热力学和动力学性质具有重要影响。通过实验制备各向同性谐振势阱中的幺正费米气体，作者显示它在各个方向和在不同温度下的普适膨胀动力学。由于SO（2,1）对称性，测得的释放能量与势阱能量相等。作者进一步观察呼吸模式，其振荡频率是势阱频率的两倍，阻尼率很小，为SO（2,1）对称性提供了证据。此外，当标度不变性被破坏时就会远离共振，作者确定了有效指数γ，它关系到沿BEC-BCS交叉的化学势和平均密度，结果与平均场预测定性一致。这篇报道为将来在共形不变系统中研究非平衡动力学提供了可能性。

Scale Invariance of a Spherical Unitary Fermi Gas

Lu Wang, et al.

Phys. Rev. Lett. 132, 243403 (2024)

https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.132.243403

异常点（EP）传感器在响应外部扰动时表现出平方根共振频率的分岔，使其在传感应用中看起来很有吸引力。然而，关于这种灵敏度优势是否会被系统中的额外噪声所抵消，存在公开的争论。作者证明 EP 传感器，特别是自激励（或 PT 对称）EP 传感器，会因量子和热起源的基本噪声增强而抵消灵敏度优势，从而解决了这一争论。因此，EP传感方案只有在进一步量子增强或者与受技术噪声限制的传感器相比的情况下才有优势。由于许多现代传感器受到技术噪声的限制，尽管EP传感器缺乏基本优势，仍可能找到实际用途。作为一个替代方案，作者提出了一种量子增强型 的EP 传感器，即使受到量子或热涨落的限制，也能实现传感优势。

Exceptional-Point Sensors Offer No Fundamental Signal-to-Noise Ratio Enhancement

Hudson Loughlin and Vivishek Sudhir

Phys. Rev. Lett. 132, 243601 (2024)

https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.132.243601

通过对异常点 （EP） 施加拓扑操作会产生非常规的单向拓扑声子传输（TPT），这严格取决于包含 EP 的控制回路的方向，并且本质上局限于实际谐振器的小质量范围。作者在这里展示了如何克服这些限制，并结合拓扑操作与Fizeau光拖效应去预测无质量的单向TPT，该效应分裂了反循环光学模式。当光从光纤的一侧进入而不是从另一侧进入时，就会发生独特的非互易 TPT，独立于围绕 EP 的环绕方向。不同于以前的方案对量子器件的质量和品质都很敏感，作者的方法几乎不受这些因素影响。值得注意的是，维持最佳 TPT 绝热控制回路的阈值持续时间可以很容易地缩短，从而产生最高速度可调的完美 TPT，这是以前实验中所没有的。该研究为利用截然不同的手性拓扑效应铺平了一条相当通用的道路，可以不受EP环绕方向和器件质量影响。

Nonreciprocal Topological Phonon Transfer Independent of Both Device Mass and Exceptional-Point Encircling Direction

Deng-Gao Lai, et al.

Phys. Rev. Lett. 132, 243602 (2024)

https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.132.243602

具有非均匀偏振的光束可增强信息传输能力，具有更高的容量、安全性和适应性。这些光束具有矢量特征，会在局部三维区域内进行空间组织而形成张量，从而用于量子物理学、成像和机器学习等一系列领域。然而，当受到传输信道影响时，由于空间和极化自由度的纠缠，张量传播会损伤数据完整性。量化这种空间偏振耦合成为一个挑战，明显阻碍了矢量光束在湍流环境、多模光纤和无序介质中的应用。在这里，作者介绍并实验研究了马赛克矢量光束，它由并行传播的局部偏振块组成，展示了它们在穿越强无序通道时的准确测量，并在单发实验中解码了它们的偏振结构。由此产生的传输张量增强了复杂介质中基于偏振的光通信和成像能力。这些发现也为光子机器学习带来希望，其间调控张量流可以使光学计算具有高吞吐量。

Measuring the Tensorial Flow of Mosaic Vector Beams in Disordered Media

Davide Pierangeli, et al.

Phys. Rev. Lett. 132, 243801 (2024)

https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.132.243801

轨道角动量（OAM）为光通信系统提供了额外的自由度，在芯片上操纵OAM对于集成光子学来说非常重要。然而，目前还没有有效的方法可以在芯片上实现OAM拓扑电荷转换。本文提出一种通过环绕不同的黎曼面上的两组异常点来转换OAM的方法。在此框架下，任何OAM转换都可以通过操纵两个片上波导模式的绝热和非绝热演化来实现。更重要的是，实现了手性的OAM转换，这具有重要意义，因为路径方向可以决定最终的拓扑电荷顺序。这项工作提出了一种特殊的手性行为，提供了一种在片上操纵OAM的新方法。

Dynamically Encircling Exceptional Points in Different Riemann Sheets for Orbital Angular Momentum Topological Charge Conversion

Huixin Qi, et al.

Phys. Rev. Lett. 132, 243802 (2024)

https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.132.243802

[编辑推荐]自旋轨道耦合可诱导中心对称晶体（如铂）中的自旋发生Dyakonov-Perel弛豫。

由于自旋弛豫的Dyakonov-Perel (DP)机制最初是为非中心对称系统建立的，所以其长期以来一直被认为与中心对称系统无关，这一传统认识是否延伸到了最近备受关注的轨道弛豫领域？Sohn等人对此进行了研究。令人惊讶的是，他们发现中心对称系统中的轨道弛豫在弱散射机制下表现出类DP的行为。此外，类DP的轨道弛豫可以通过自旋轨道耦合使中心对称系统中的自旋弛豫变得类似DP。他们还发现，即使在具有高度晶体对称性（如面心立方结构）的材料中，类DP轨道弛豫和自旋弛豫也是各向异性的，这可能取决于电子波函数的轨道和自旋性质。  

（冯盼君）

Dyakonov-Perel-like Orbital and Spin Relaxations in Centrosymmetric Systems

Jeonghun Sohn et al.

Phys. Rev. Lett. 132, 246301 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.132.246301

One-dimensional models have been instrumental in enhancing our understanding of the vibrational and electronic properties of crystalline as well as aperiodic structures. Here, we show that the classical motion of a one-dimensional chain of atoms coupled through a specific force function that depends on position shows features very similar to the Wannier-Stark problem of a quantum particle under the combined effects of a periodic lattice potential and a constant electric field. Both problems exhibit localized modes and a ladder of equally spaced eigenfrequencies, leading to temporal dynamics characterized by periodic oscillations. These findings apply broadly to a variety of synthetic systems including acoustic metamaterials and functionally graded composites.

Phonon Bloch Oscillations

R. Merlin

Phys. Rev. Lett. 132, 246302 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.132.246302

转角双层石墨烯（TBG）可以承载具有双重简并性的莫尔平带，有着丰富的强关联和拓扑性质。然而简并的数量并不限于两个。在引入空间交替磁场后，Le等人发现诱导磁相变成了一个额外的可控参数，并导致了尚未发现过的四重简并平带。这种现象的出现源于费米级附近Γ点的能带反转，转角和磁性相都会发生变化。他们提出了出现多重简并平带的条件，这与Birman-Schwinger算子的特征值简并性有关。利用可解释传统 TBG 中双平带起源的全纯函数，他们可以在磁性 TBG 中生成解析波函数，展示了具有四重简并的绝对平坦性。此外，他们还确定了一个与轨道相关的谷间相干态作为电荷中性时的多体基态。相比之下，传统的 TBG 只有两个莫尔平带，而在这个磁性平台中，具有额外轨道通道的高度简并平带可能会带来更丰富的关联物理。  

（冯盼君）

Double and Quadruple Flat Bands Tuned by Alternative Magnetic Fluxes in Twisted Bilayer Graphene

Congcong Le et al.

Phys. Rev. Lett. 132, 246401 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.132.246401

Moiré materials provide a highly tunable platform in which novel electronic phenomena can emerge. We study strained moiré materials in a uniform magnetic field and predict highly anisotropic electrical conductivity that switches easy axis as magnetic field or strain is varied. The dramatic anisotropy reflects one-dimensional localization (directional localization) of the electron wave functions along a crystal axis due to quantum interference effects. This can be understood in an effective one-dimensional quasiperiodic Aubry-André-Harper-like model, or in a complementary semiclassical picture. This phenomenon should be observable in strained moiré materials at realistic fields and low strain disorder, as well as unstrained systems with anisotropic Fermi surfaces.

Directional Localization from a Magnetic Field in Moiré Systems

Nisarga Paul et al.

Phys. Rev. Lett. 132, 246402 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.132.246402

[编辑推荐]一种由三片螺旋堆叠的Bernal双层石墨烯形成的新型莫尔结构制成的高质量器件，可作为高度可调的平带系统。

平带系统中的电子具有较大的相互作用和不同简并性的自发破缺，可以引发特别的现象。在这项工作中，Wang等人提出了一种具有高度可调性的平带系统--手性转角三重双层石墨烯，它是由三片螺旋堆叠的Bernal双层石墨烯形成的新型莫尔结构。除了整数莫尔填充的关联绝缘体（通常归因于石墨烯中相互作用诱导的对称性破缺的等自旋特性），他们还观察到了大量半整数莫尔填充时的绝缘态，这表明存在长程相互作用，并形成了自发打破莫尔平移对称性的电荷密度波绝缘体。当施加微弱的面外磁场后，观察到半整数填充态增强，并出现了更多的四分之一整数填充态，表明莫尔单元进一步四倍化。分数填充的绝缘态与Hartree-Fock计算相结合，表明在石墨烯中观察到了一种新型的关联电荷密度波绝缘体，并指出了一种与莫尔电子学相关的新的工程转角方式。

（冯盼君）

Correlated Charge Density Wave Insulators in Chirally Twisted Triple Bilayer Graphene

Wenxuan Wang et al.

Phys. Rev. Lett. 132, 246501 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.132.246501

[编辑推荐]通过中心点区域进行电子和热电输运测量的石墨烯器件，在预期温度范围内表现出多个与 Sachdev-Ye-Kitaev 模型的最新预测一致的行为。

石墨烯量子点（GQD）蚀刻边缘的无序性使得部分填充的朗道能级中局域电荷之间能够产生随机的多对多相互作用，从而为实现Sachdev-Ye-Kitaev（SYK）模型提供了一个潜在的平台。Anderson等人利用石墨烯电极中的量子霍尔边缘态来测量 GQD 的电导和热电功率。在特定温度范围内，他们观察到 GQD 的电导涨落受到抑制，热电功率随着温度的升高而缓慢减小，这与最近的 SYK 体系的最新理论相一致。

（冯盼君）

Magneto-Thermoelectric Transport in Graphene Quantum Dot with Strong Correlations

Laurel E. Anderson et al.

Phys. Rev. Lett. 132, 246502 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.132.246502

长期以来，人们一直在寻找超越朗道-金兹堡-威尔逊范式的新临界现象。去禁闭量子临界点（DQCP）是众多候选情形中最吸引人的一种，其晶格模型的实现在过去二十年中一直备受争议。Chen等人将球面朗道能级正则化应用于带有拓扑项的精确 (2+1)D SO(5) 非线性Sigma模型，来研究其中潜在的 DQCP。他们在明确实现了SU(2)_spin × U(1)_charge × U(1)_{angular−momentum} 对称的情况下进行了密度矩阵重正化群（DMRG）模拟。通过对 DMRG 数据的临界特性进行交叉点分析，并辅以量子蒙特卡洛模拟，精确地得到了该模型的综合相图，并发现了各种新颖的量子相，包括Néel态、铁磁体（FM）、价键固态（VBS）、谷极化态（VP）以及占据相图扩展区域的无间隙量子无序相。VBS 无序态和 Néel 无序态的转变是连续的，具有non-Wilson-Fisher指数。他们的研究结果表明，VBS和 Néel态之间要么存在弱一阶转变，要么存在无序区，中间存在一个多临界点，从而为长达二十年的关于 DQCP 性质的争论提出了更多有趣的问题。

（冯盼君）

Phases of (2+1)D SO(5) Nonlinear Sigma Model with a Topological Term on a Sphere: Multicritical Point and Disorder Phase

Bin-Bin Chen et al.

Phys. Rev. Lett. 132, 246503 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.132.246503

We propose local electromagnetic noise spectroscopy as a versatile and noninvasive tool to study Wigner crystal phases of strongly interacting two-dimensional electronic systems. In-plane imaging of the local noise is predicted to enable single-site resolution of the electron crystal when the sample-probe distance is less than the interelectron separation. At larger sample-probe distances, noise spectroscopy encodes information about the low-energy Wigner crystal phonons, including the dispersion of the transverse shear mode, the pinning resonance due to disorder, and optical modes emerging, for instance, in bilayer crystals. We discuss the potential utility of local noise probes in analyzing the rich set of phenomena expected to occur in the vicinity of the melting transition.

Local Noise Spectroscopy of Wigner Crystals in Two-Dimensional Materials

Pavel E. Dolgirev et al.

Phys. Rev. Lett. 132, 246504 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.132.246504

We introduce a spin-symmetry-broken extension of the connected determinant algorithm [Riccardo Rossi, Determinant diagrammatic Monte Carlo algorithm in the thermodynamic limit, Phys. Rev. Lett. 119, 045701 (2017).]. The resulting systematic perturbative expansions around an antiferromagnetic state allow for numerically exact calculations directly inside a magnetically ordered phase. We show new precise results for the magnetic phase diagram and thermodynamics of the three-dimensional cubic Hubbard model at half-filling. With detailed computations of the order parameter in the low to intermediate-coupling regime, we establish the Néel phase boundary. The critical behavior in its vicinity is shown to be compatible with the O(3) Heisenberg universality class. By determining the evolution of the entropy with decreasing temperature through the phase transition we identify the different physical regimes at U/t = 4. We provide quantitative results for several thermodynamic quantities deep inside the antiferromagnetic dome up to large interaction strengths and investigate the crossover between the Slater and Heisenberg regimes.

Symmetry-Broken Perturbation Theory to Large Orders in Antiferromagnetic Phases

Renaud Garioud et al.

Phys. Rev. Lett. 132, 246505 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.132.246505

[编辑推荐]基于亚铁磁体和惯性铁磁体自旋动力学之间同构关系的一种自激荡临界自旋动力学通用形式，可以指导包括自旋传递扭矩物理学的众多应用的开发。

最近对铁磁体自旋惯量的实验证实，使这一发展成熟的材料类别成为太赫兹频率应用的主要候选材料。自旋力矩驱动的临界自旋动力学（如自激荡）在许多基于自旋的技术中发挥着核心作用。然而，自旋惯量对铁磁体中自旋力矩驱动动力学的影响这一迫切问题仍未得到探索。在此，Rodriguez等人为具有自旋惯量的铁磁体建立了前期自激荡的理论框架。他们发现并引入了章动自激荡的概念，并表明它们可以成为未来超高频技术的关键。最后，他们揭示了亚铁磁体与惯性铁磁体自旋动力学之间的相似之处，并推导出同构关系，为这些研究领域之间的协同知识转移奠定了基础。 

 (冯盼君）

Spin Inertia and Auto-Oscillations in Ferromagnets

Rodolfo Rodriguez et al.

Phys. Rev. Lett. 132, 246701 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.132.246701

[编辑推荐]对二维铁磁莫特绝缘体VI₃进行的非弹性中子散射测量，揭示了明显的各向异性磁激发，该激发由一个具有大的键依赖性Kitaev相互作用的模型来描述。

Kitaev模型的材料以蜂窝状晶格上的键依赖性相互作用为特征，可以承载量子自旋液体态和拓扑磁激发等奇异现象。然而，寻找这类材料仍是一项艰巨的挑战。Gu等人对范德瓦耳斯铁磁莫特绝缘体VI₃进行了高分辨率非弹性中子散射测量，测量覆盖了较大的倒空间范围。他们的测量揭示了动量空间中高度各向异性的磁激发。通过对包含各种对称性允许的磁相互作用的模型进行全面的比较分析，他们发现，观测到的激发可以很好地被一个具有大的依赖于键的Kitaev相互作用模型来描述。这些结果不仅有助于理解VI₃的有趣性质（如明显的反常热霍尔效应和磁性的强压力或结构依赖性），还为探索Kitaev物理学开辟了一条新途径。

（冯盼君）

Signatures of Kitaev Interactions in the van der Waals Ferromagnet VI₃

Yiqing Gu et al.

Phys. Rev. Lett. 132, 246702 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.132.246702

[编辑推荐]可用作量子应用的单光子发射器——Er掺杂的硅发光二极管。

Er掺杂的硅发光二极管可能会在硅光子学和光量子计算中得到重要应用。由于受到冲击激发，这些二极管在反向偏压下的发射效率比正向偏压下高两个数量级。然而，这些器件中的冲击激发物理原理在很大程度上仍未得到探索。在这项工作中，Wang等人制造了一种Er/O/B共掺杂硅发光二极管，它通过电子与Er离子非弹性碰撞的冲击激发而显示出强烈的电致发光。他们建立了冲击激发解析理论来预测电致发光强度和内部量子效率，结果与实验数据非常吻合。通过拟合发现，他们发现可激发的Er离子浓度达到了创纪录的1.8×10¹⁹ cm^-3，其中高达45%的离子处于冲击激发状态。这项工作对开发基于半导体中稀土元素的高效经典和量子光源具有重要意义。

（冯盼君）

Analytical Impact-Excitation Theory of Er/O/B Codoped Si Light-Emitting Diodes

Xiaoming Wang et al.

Phys. Rev. Lett. 132, 246901 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.132.246901

Xuan等人研究表明，激子共振和激子间跃迁可以提高自发参量下转换的概率，这是一种产生纠缠光子对的二阶光学响应。他们利用NbOI₂中二次谐波产生的实验极坐标图为从头算多体计算提供基准，清楚地表明了激子在非线性响应中的相关性。二维NbOCl₂的强双激子共振导致了二阶磁化率显著增强。该工作为实现高效超薄量子光源铺平了道路。

（冯盼君）

Exciton-Enhanced Spontaneous Parametric Down-Conversion in Two-Dimensional Crystals

Fengyuan Xuan et al.

Phys. Rev. Lett. 132, 246902 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.132.246902

存在大量相互竞争低能态的复杂系统，是物理、计算、生物和网络科学等领域的前沿研究热点。自旋玻璃为此类系统的研究提供了解决范式。Shen等人研究了在二维和三维晶格以及规则随机图中，单键扰动对耦合常数服从高斯分布的近邻伊辛自旋玻璃基态的影响。结果表明，系统基态即使在这种微小的扰动下也是非常脆弱的。仅仅改变单个键的强度使其超过临界阈值，就会产生与原来基态相差一个翻转自旋液滴的新基态，该液滴边界和体积随系统规模而发散，这一效应让人联想到更为熟悉的无序混沌现象。这些具有分形边界的零能量液滴及其复合体具有强健的特性，提供了最低能量的宏观自旋玻璃激发。有趣的是，在数值精度范围内，这些液滴的大小符合一个通用的幂律分布，其指数取决于系统的空间维度。此外，临界耦合强度遵循扩展指数分布，主要由局部配位数决定。

Universal Fragility of Spin Glass Ground States under Single Bond Changes

Mutian Shen, Gerardo Ortiz et al.

Phys. Rev. Lett. 132, 247101 (2024)

https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.132.247101

该文通过测量分子迁移率来确定聚合物熔体的吸附速率。Thoms等人表明，聚合物在平面吸附过程中涉及的一系列复杂的分子重排可以被建模为由慢速阿伦尼乌斯过程 (SAP) 驱动的平衡动力学，这是一种最近发现的分子机制。他们的预测模型基于一个假设，即在与SAP相关的自发波动的时间尺度内，每单位表面吸附的链的数量是一个温度不变的常数，而与聚合物的化学结构无关。除了在平衡和非平衡性质之间建立相关性的定性论点，他们还证明了吸附层的生长速率不取决于界面相互作用。通过考虑简单的物理论据，他们证明了只使用分子运动的能垒作为输入量可以直接确定这个量。

（吴雨轩）

Simple Model to Predict the Adsorption Rate of Polymer Melts

Erik Thoms, Zijian Song, Kai Wang, and Simone Napolitano

Phys. Rev. Letts. 132, 248101 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.132.248101

Gavazzoni等人通过探索一系列动力学规则来研究玻璃化转变，这些规则可以在保持热平衡的同时显著改变过冷液体的正常动力学。除了通常的液体动力学之外，这类动力学还包括 (1-f_R)部分的粒子可以进行成对交换或“交换移动”，而一小部分f_P的粒子只能沿着受限方向移动。他们发现：(i) 玻璃化转变的位置随着f_P和f_R的变化而大量但平稳地变化；(ii) 它由f_P和f_R的线性组合控制；(iii) 动态不均匀性（DHs）不受材料的静态结构控制；其尺度反而与弛豫时间相关；(iv) 他们还表明，最近一个基于热雪崩(thermos avalanches)的DHs时间增长理论在整个(f_P, f_R)图中定量成立。这些观察结果对一些现有的玻璃化转变理论来说是负面的，特别是那些依赖于增长的热力学秩序或局部有利结构的理论，并为测试其他方法开辟了新的途径。

(吴雨轩)

Testing Theories of the Glass Transition with the Same Liquid but Many Kinetic Rules

C. Gavazzoni, et al.

Phys. Rev. Lett.132, 248201 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.131.248201

细胞Potts模型广泛应用于发育生物学和癌症研究。R. Belousov等人通过泊松动力学引入物理时间尺度，并应用随机热力学原理将热效应和弛豫效应与非热噪声和非保守力区分开来，从而克服了传统方法的局限性，该方法将修改后的Metropolis采样重新解释为自组织(ad hoc)动力学。该方法准确地描述了小鼠胚胎发育中的细胞分选动力学，并确定了非平衡过程（如细胞生长和主动波动）的不同贡献。

(吴雨轩)

Poissonian Cellular Potts Models Reveal Nonequilibrium Kinetics of Cell Sorting

R. Belousov, et al.

Phys. Rev. Lett. 132, 248401 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.132.248401

[编辑推荐][Featured in Physics] 大象鼻子的非凡运动范围可以通过一个仅使用三个"肌肉"的物理模型来模拟，这可以启发机器人设计。

活性材料的关键问题之一是通过驱动实现对形状的控制。这种控制的一个迷人的例子是象鼻，它是一个长长的、肌肉发达的、极其灵巧的、具有多种重要功能的器官。象鼻是生物学家、物理学家和儿童都着迷的对象。它的多功能性依赖于多种独特的物理机制和生物设计原则的复杂相互作用。D. E. Moulton等人利用活性细丝理论来探索这些原理，并从理论、计算和实验上建立了一个最小的模型来解释和实现大象鼻子的一些壮观特征。

（张一鸣）

Minimal Design of the Elephant Trunk as an Active Filament

Derek E. Moulton and Alain Goriely

Phys. Rev. Lett. 132, 248402 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.132.248402

The 3D folding of a mammalian gene can be studied by a polymer model, where the chromatin fiber is represented by a semiflexible polymer which interacts with multivalent proteins, representing complexes of DNA-binding transcription factors and RNA polymerases. This physical model leads to the natural emergence of clusters of proteins and binding sites, accompanied by the folding of chromatin into a set of topologies, each associated with a different network of loops. Here, we combine numerics and analytics to first classify these networks and then find their relative importance or statistical weight, when the properties of the underlying polymer are those relevant to chromatin. Unlike polymer networks previously studied, our chromatin networks have finite average distances between successive binding sites, and this leads to giant differences between the weights of topologies with the same number of edges and nodes but different wiring. These weights strongly favor rosettelike structures with a local cloud of loops with respect to more complicated nonlocal topologies. Our results suggest that genes should overwhelmingly fold into a small fraction of all possible 3D topologies, which can be robustly characterized by the framework we propose here.

Topological Spectra and Entropy of Chromatin Loop Networks

Andrea Bonato, et al.

Phys. Rev. Lett. 132, 248403 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.132.248403

We argue that nucleation of brittle cracks in initially flawless soft elastic solids is preceded by a nonlinear elastic instability, which cannot be captured without accounting for geometrically precise description of finite elastic deformation. As a prototypical problem we consider a homogeneous elastic body subjected to tension and assume that it is weakened by the presence of a free surface which then serves as a location of cracks nucleation. We show that in this maximally simplified setting, brittle fracture emerges from a symmetry breaking elastic instability activated by softening and involving large elastic rotations. The implied bifurcation of the homogeneous elastic equilibrium is highly unconventional for nonlinear elasticity as it exhibits strong sensitivity to geometry, reminiscent of the transition to turbulence in fluids. We trace the postbifurcational development of this instability beyond the limits of applicability of scale-free continuum elasticity and use a phase-field approach to capture the scale dependent subcontinuum strain localization, signaling the formation of actual cracks.

Elastic Instability behind Brittle Fracture

D. Riccobelli, et al.

Phys. Rev. Lett. 132, 248202 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.132.248202

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