PRL导读-2024年133卷17期

作者考虑一个热力学框架，能够通过受热力学限制的资源理论来量化仪器的不相容性。作者使用消除不相容性特征所需的最小热化时间来衡量不相容性。意外的是，这个时间值与在工作提取任务中的不相容性优势是等价的。因此，热化时间和可提取的工作量都可以直接量化仪器的不相容性。最后，作者展示了在非马尔科夫热化过程中，不相容性特征必须消失。

（张凡）

Thermodynamic Approach to Quantifying Incompatible Instruments

Chung-Yun Hsieh et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 170401 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.170401

The prevailing consensus is that the sequential sharing of nonlocality in a Bell experiment requires generalized unsharp measurements, given that a sharp measurement inevitably destroys the entanglement of the shared state. In contrast, a recent work [A. Steffinlongo and A. Tavakoli, Projective measurements are sufficient for recycling nonlocality, Phys. Rev. Lett. 129, 230402 (2022)] demonstrated the sharing of nonlocality up to two sequential observers by employing projective measurement aided with local randomness. Here, we introduce a form of local randomness-assisted qubit projective measurement protocol that enables the sharing of nonlocality by an arbitrary number of sequential observers (Bobs) with a single spatially separated observer (Alice). We achieve this by inspecting the diversity involved in implementing generalized measurements that harness nonlocality by preserving a sufficient amount of entanglement of the shared two-qubit entangled state. Furthermore, we highlight the crucial interplay between the degrees of measurement incompatibility of Alice and Bob in demonstrating the unbounded sharing of nonlocality.

Unbounded Sharing of Nonlocality Using Qubit Projective Measurements

S. Sasmal et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 170201 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.170201

作者系统地构建了可解的非可积量子电路，这些电路展示了精确的隐藏马尔科夫子系统动力学，解决了表征量子多体系统中非平衡动力学这一前沿难题。这一特性使得对任意演化时间的局部可观测量的精确计算成为可能。利用影响矩阵方法，他们表明时间演化的全局系统对有限子系统的影响可以通过依次作用于具有有限希尔伯特空间维数的辅助量子系统的时间局部量子通道进行解析描述。精确隐藏马尔科夫特性的实现是通过量子电路中底层两站点门的可解条件来促进的。作者进一步提出了几个具有不同局部希尔伯特空间维数的具体例子来展示他们的方法。

(汤中正）

Exact Hidden Markovian Dynamics in Quantum Circuits

He-Ran Wang et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 170402 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.170402

双单元电路作为多体量子混沌的模型正受到广泛关注，因为它们可以精确地求解关联函数和态的时间演化。本文中，作者研究了它们的经典对应物，定义了双正则变换及其关联的双库普曼算子。这些经典多体系统与其量子对应类似，具有这样的性质：除光锥上的区域外，关联在其他地方均消失，且光锥上的关联随时间以一个简单的收缩映射速率衰减。通过提供大类的双正则变换，作者详细研究了耦合标准映射的一个例子，并从解析角度证明，在远离可积情形的热力学极限下，系统是混合的。作者还定义了“完美(perfect)”库普曼算子，使得关联在所有区域包括光锥上均消失，并提供了一个满足贝努利系统标准的猫映射(cat-map)晶格例子，该系统处于遍历性层次结构的顶端。

（陆龙业）

Solvable Models of Many-Body Chaos from Dual-Koopman Circuits

Arul Lakshminarayan

Phys. Rev. Lett. 133, 170403 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.170403

本征态热化假说（ETH）在解释孤立量子多体系统的热化过程中起着重要作用。然而，由于在理论上处理非可积系统的热能本征态存在困难，一直没有在现实系统中证明ETH。在此，作者解析地写出了不可积自旋链的热本征态。作者考虑了一类理论上可处理的体积律态，称之为纠缠对跖态（EAP态）。这些态是热态，从最根本的意义上说，它们对于所有局域可观测量而言，在无限温度下，与吉布斯态是无法区分的。然后，作者确定了以EAP态为本征态的哈密顿量，并严格证明了其中一些哈密顿量是不可积的。此外，通过对EAP态进行虚时演化，可以获得任意温度下的热纯态。该结果为提供一个可证明的ETH实例提供了潜在途径。

（胡坤）

Exact Thermal Eigenstates of Nonintegrable Spin Chains at Infinite Temperature

Yuuya Chiba and Yasushi Yoneta

Phys. Rev. Lett. 133, 170404 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.170404

Superconducting qubits are a promising platform for building fault-tolerant quantum computers, with recent achievement showing the suppression of logical error with increasing code size. However, leakage into noncomputational states, a common issue in practical quantum systems including superconducting circuits, introduces correlated errors that undermine quantum error correction (QEC) scalability. Here, we propose and demonstrate a leakage reduction scheme utilizing tunable couplers, a widely adopted ingredient in large-scale superconducting quantum processors. Leveraging the strong frequency tunability of the couplers and stray interaction between the couplers and readout resonators, we eliminate state leakage on the couplers, thus suppressing space-correlated errors caused by population propagation among the couplers. Assisted by the couplers, we further reduce leakage to higher qubit levels with high efficiency (98.1%) and low error rate on the computational subspace (0.58%), suppressing time-correlated errors during QEC cycles. The performance of our scheme demonstrates its potential as an indispensable building block for scalable QEC with superconducting qubits.

Coupler-Assisted Leakage Reduction for Scalable Quantum Error Correction with Superconducting Qubits

Xiaohan Yang et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 170601 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.170601

The Heisenberg limit [(HL), with estimation error scales as 1/n] and the standard quantum limit (SQL, ∝ 1/√n) are two fundamental limits in estimating an unknown parameter in n copies of quantum channels and are achievable with full quantum controls, e.g., quantum error correction (QEC). It is unknown though, whether these limits are still achievable in restricted quantum devices when QEC is unavailable, e.g., with only unitary controls or bounded system sizes. In this Letter, we discover various new limits for estimating qubit channels under restrictive controls. The HL is shown to be unachievable in various cases, indicating the necessity of QEC in achieving the HL. Furthermore, a necessary and sufficient condition to achieve the SQL is determined, where a single-qubit unitary control protocol is identified to achieve the SQL for certain types of noisy channels, and for other cases a constant floor on the estimation error is proven. A practical example of the unitary protocol is provided.

Limits of Noisy Quantum Metrology with Restricted Quantum Controls

Sisi Zhou

Phys. Rev. Lett. 133, 170801 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.170801

近来在JLab进行的对高动量关联的中子-质子对的测量表明：致密星体的稠密核子部分中，包含未被已知描述中子-质子流混合的Fermi流理论描述的高动量中子-质子流的成分。作者计算了致密星体中Urca过程的比率，在短程关联诱导的质子谱宽度中计入了非Fermi流体的贡献。此Urca比率与低温时Fermi流体的预测有很大不同；特别地，中子星中阻止了Urca过程的质子部分高阈值被质子部分的光滑增加所代替。此结果可能对致密星体的冷却理论产生深远影响。

Short-Range Correlations and Urca Process in Neutron Stars

Armen Sedrakian

Phys. Rev. Lett. 133, 171401 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.171401

作者在引力与Weinberg-Salam理论耦合的情况下得到了带磁荷的有毛静态与轴对称黑洞。大黑洞会并入Reissner-Nordström（RN）类，而小黑洞是极端的并且支持环状电弱凝聚、携带超导W电流以及至多22%总磁荷的毛。极端解是渐进RN的，且质量不超过总电荷量，M<|Q|，这是因为凝聚体中负的Zeeman能量会与黑洞磁场相互作用。因此，这些黑洞解不能退回RN黑洞。当其电荷量增加时，黑洞会发生相变，视界面的对称性由球形变为扁圆形。此时，黑洞具有行星级黑洞的典型质量，有约11%的质量储存在毛中。此解是在经充分检验的理论中获得的，有望产生实际意义。

Black Holes with Electroweak Hair

Romain Gervalle and Mikhail S. Volkov

Phys. Rev. Lett. 133, 171402 (2024)

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通过将格点QCD的结果与微扰理论相结合，本文首次在低能MSbar方案下对弱混合角进行了纯理论计算。作者讨论了它与强子对μ子反常磁矩的贡献以及电磁耦合的能量依赖性的相关性。作者还将结果与使用横截面数据作为输入的计算结果进行了比较，还讨论了对𝑊玻色子质量的标准模型预测的影响。

Theory-Driven Evolution of the Weak Mixing Angle

Jens Erler, Rodolfo Ferro-Hernández, and Simon Kuberski

Phys. Rev. Lett. 133, 171801 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.171801

本文首次确定了三粒子B介子软函数的重整化群方程，该方程描述长距离企鹅图对双辐射B介子衰变的非微扰强相互作用动力学。这种基本软函数的紫外重整化的独特特征在于，在任意初始条件下，正支持与负支持混合的模式。然后，利用拉普拉斯变换技术推导出了这个积分微分演化方程的精确解，从而可以模型不依赖地提取大、小部分子动量下的渐近行为。

Renormalization-Group Evolution for the Three-Particle 𝐵-Meson Soft Function

Yong-Kang Huang, et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 171901 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.171901

磁激发在理解4D杨-米尔斯理论的色禁闭中起着至关重要的作用，我们有磁单极和中心涡作为解释其机制的合理候选者。在4D杨-米尔斯理论的适当紧凑设置下，我们可以实现约束现象的不同弱耦合描述：磁单极机制发生在具有双轨变形的͏R³×S¹上，中心涡机制在具有't Hooft通量的͐R²×𝑇²上有效。我们通过展示磁单极和中心涡之间的显式关系来统一这两个半经典描述。

Unifying Monopole and Center Vortex as the Semiclassical Confinement Mechanism

Yui Hayashi and Yuya Tanizaki

Phys. Rev. Lett. 133, 171902 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.171902

The 𝑒⁺𝑒⁻→𝐷⁺_𝑠𝐷_𝑠1(2536)⁻ and 𝑒⁺𝑒⁻→𝐷⁺_𝑠𝐷^*_𝑠2(2573)⁻ processes are studied using data samples collected with the BESIII detector at center-of-mass energies from 4.530 to 4.946 GeV. The absolute branching fractions of    and   are measured for the first time to be (35.9±4.8±3.5)% and (37.4±3.1±4.6)%, respectively. The 𝑒⁺𝑒⁻→𝐷⁺_𝑠𝐷_𝑠1(2536)⁻ and 𝑒⁺𝑒⁻→𝐷⁺_𝑠𝐷^*_𝑠2(2573)⁻ cross sections are measured, and a resonant structure at around 4.6 GeV with a width of 50 MeV is observed in both processes with a statistical significance of 7.2𝜎 and 15𝜎, respectively. The state is observed for the first time in 𝑒⁺𝑒⁻→𝐷⁺_𝑠𝐷^*_𝑠2(2573)⁻ and could be the 𝑌(4626) found by the Belle oration in the 𝐷⁺_𝑠𝐷_𝑠1(2536)⁻final state, since they have similar masses and widths. There is also evidence for a structure at around 4.75 GeV in both processes.

Study of the Decay and Production Properties of 𝐷_𝑠1(2536) and 𝐷^*_𝑠2(2573)

M. Ablikim et al. (BESIII Collaboration)

Phys. Rev. Lett. 133, 171903 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.171903

[Featured in Physics][编辑推荐] 科学家们利用一种新型的熔合反应合成了超重元素𫟷的一种同位素，这一成果为发现新化学元素铺平了道路。

劳伦斯伯克利国家实验室在88英寸回旋加速器上对 ²⁴⁴Pu(⁵⁰Ti,𝑥𝑛)^294−𝑥Lv 反应进行了研究。实验的目的是用比 ⁴⁸Ca 重的束流辐照锕系靶，产生 𝑍≥114 的超重元素。通过伯克利气体填充分离器将产生的 Lv 离子与不需要的束流和核反应产物分离出来，并将其注入到新启用的焦平面探测器系统中，他们观察到两条衰变链，并将其归属于 ²⁹⁰Lv 的衰变。在 220(3) MeV 的靶心、质心能量下，产生截面为   。这是首次使用 ⁵⁰Ti 束流在“稳定岛”附近生成超重元素的测量结果，是寻找质子数大于118的新元素的重要先驱。

（褚胤涵）

Toward the Discovery of New Elements: Production of Livermorium (𝑍=116) with ⁵⁰Ti

J. M. Gates et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 172502 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.172502

作者提出了一种通用技术来制备处于Σ对称电子态的冷自旋极化分子，在这种技术中，首先通过相干微波激发使旋转激发能级得以填充，然后使它通过碰撞淬灭过程发生自旋翻转和弛豫，从而填入单一的最终自旋态。当基态旋转多重态（N=0）中的碰撞诱导自旋翻转跃迁比第一激发旋转多重态（N=1）中的跃迁至少低一个数量级以上时，稳态自旋极化达到最大。这一现象一般预期会在温度低于N=0与N=1多重态之间旋转间隔的 Σ 态分子中出现。作者理论演示了该技术对于浸没在氦原子冷缓冲气中的  ¹³C¹⁶O 分子具有高选择性，在1K的温度下实现了高达95%以上的核自旋极化度。

Highly Spin-Polarized Molecules via Collisional Microwave Pumping

Rebekah Hermsmeier, et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 173001 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.173001

最近的实验研究表明，自旋统计假设的有效性受到质疑，尤其是在原子MeV碰撞发生的电荷交换过程中。本文中，作者在能量范围为1.25-400 keV/u的情况下，研究了 C³⁺离子与氦原子碰撞中的自旋分辨单电子俘获过程。利用高分辨率反应显微镜技术和多电子理论方法，作者直接测量并计算了在电子俘获瞬间C²⁺ ( 1s²2s2p ^1,3P)态的真实布居信息，克服了先前实验和理论上的困难。在积分截面和散射角微分截面层面上，作者的结果表明纯自旋统计观点开始失效，特别是在高撞击能量这一符合传统预期的条件下。这些新颖的发现和结论对理解此类快速碰撞过程中的电子动力学和探索对原子和分子反应性的量子操控都提出了有趣的问题。

Direct Evidence of Breakdown of Spin Statistics in Ion-Atom Charge Exchange Collisions

XiaoLong Zhu, et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 173002 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.173002

[Featured in Physics] [编辑推荐]一种能够对旋转离子晶体中单个离子进行寻址的方法使科学家能够执行量子模拟仔细控制每个量子比特。

作者在一个紧凑的永磁铁Penning阱中实现了一个刚性旋转平面晶体内的单个离子的寻址与读出。通过旋转三角形势阱，使得 ⁴⁰Ca⁺ 离子晶体被捕获并稳定下来，且无缺陷。在旋转坐标系中检测被捕获离子的荧光，以实现并行读出。量子比特编码在亚稳 D_5/2多重态上，使得可以使用高功率的近红外激光系统进行量子比特操作。通过聚焦的ac Stark频移激光束实现了寻址σ_z操作。作者展示了对位于晶体中心附近及大半径处的离子寻址。模拟结果显示，对于接近多普勒极限的面内模式，目前寻址操作保真度被离子的热范围限制在约97%，但这可以通过亚多普勒冷却改进至失真度小于10^-3。本文中展示的技术完成了该平台用于量子模拟所需的操作集。

Individual-Ion Addressing and Readout in a Penning Trap

Brian J. McMahon, et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 173201 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.173201

原子气体中里德堡的便利化提供了一个理想模型系统，可用于研究从流行病在（动态）网络上的演化以及复杂系统自组织到非平衡相变临界点。通过蒙特卡洛模拟和机器学习算法，作者展示了这种相变的普适类是可以调节的，但对自组织过程中固有的衰减具有鲁棒性。这些普适类包括最常见的短程传播模型中的定向渗流（DP），以及平均场（MF）行为，但也包括由罕见的长程激发过程特征的不同类型的反常定向渗流（ADP）。在冻结气体中，可以互相促进的基态原子形成一个静态网络，作者预测这个网络具有DP普适性。随着原子的运动，该网络因长程（莱维飞行类型）激发而动态变化。这导致临界指数连续变化，与ADP普适类对应，该临界指数在DP值和MF值之间平滑过渡。这些实验结果也解释了最近在超冷气体实验中观测到的利用里德堡态的临界指数[Helmrich et al., Nature (London) 577, 481 (2020)]，该指数介于DP值和MF值之间。

Anomalous Directed Percolation on a Dynamic Network Using Rydberg Facilitation

Daniel Brady, et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 173401 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.173401

流体动力学吸引子是一个描述普适平衡行为的概念，其中系统在流体动力学开始适用之前会丢失微观细节。利用驱动两体 s 波散射长度会导致相当于各向同性流体膨胀的现象这一事实，作者提出了一种观察超冷原子气体中流体动力学吸引子的装置。作者特别考虑了三维空间中具有接触相互作用的双组分费米子，讨论了它们在均匀系统中散射长度按幂律驱动下的动力学行为。通过显式计算，作者推导出流体动力学弛豫模型。作者对其动力学进行分析求解，找到了流体动力学吸引子解。作者提出的使用散射长度驱动的方法适用于广泛的超冷原子系统，作者的结果确认了这些系统可为探索流体动力学吸引子提供新平台。

Hydrodynamic Attractor in Ultracold Atoms

Keisuke Fujii, et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 173402 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.173402

几种双原子过渡金属氧化物、稀土金属氧化物和氟化物具有不寻常的性质，它们的键解离能大于电离能。在这些分子中，电离能以上的束缚能级可以通过来自基态的强共振跃迁来填充。这些能级唯一的相关衰变通道是自电离；预解离在能量上是不可能的，而辐射衰变则要慢多个数量级。因此，从平动上冷的中性分子开始，可以非常高效地产生平动上冷的分子离子。通过填充刚好高于电离能的束缚能级，可以生成仅占据最低转动能级的内部冷分子离子。本文中实验性地展示了一氧化镝分子（DyO）的情况，其最低键解离能经测定高于电离能0.0831(6) eV。

Cold Molecular Ions via Autoionization below the Dissociation Limit

Sascha Schaller, et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 173403 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.173403

作者报道了一种驱动耗散机制，用于在置于腔体内的强相互作用量子发射器之间产生稳态纠缠W态。无论是相干还是非相干地驱动样本进入最高能量态，都会使随后的腔增强衰变成纠缠稳态，该稳态由所有发射器之间相干共享的单个退激发组成，即众所周知对量子比特丢失具有鲁棒性的W态。相互作用样本的非谐振能量结构允许腔通过共振选择这一跃迁，同时淬灭随后的非共振衰变。这种纯粹耗散机制的证据应该可以在最先进的固态腔QED系统中观察到，从而为耗散量子平台中量子态的可扩展稳定化带来新的前景。

Frequency-Resolved Purcell Effect for the Dissipative Generation of Steady-State Entanglement

Alejandro Vivas-Viaña, et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 173601 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.173601

量子多临界性不仅具有基础性研究意义，而且由于其丰富的相变机制和量子资源，还可以推动新兴量子技术的发展。虽然理论研究已经预言了光物质系统中的多临界现象，但由于在强耦合状态下难以实现系统的基态或稳态，因此其实验验证一直难以实现。本文中，通过在核磁共振量子模拟器上实现量子绝热算法和耗散系统变分量子算法，作者成功地展示了由双轴拉比模型描述的封闭和开放系统中的三临界现象。实验结果清楚地表明，除了退相干效应之外，耗散导致了新颖的多临界现象的出现：它分裂了封闭拉比模型的一阶相变线，并使三临界点翻倍。作者的工作提供了一种操控开放量子系统的可行技术，为探索非平衡多体物理开辟了一条新途径。

Experimental Quantum Simulation of Multicriticality in Closed and Open Rabi Model

Ze Wu, et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 173602 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.173602

诸如Gottesman-Kitaev-Preskill态之类的光的非高斯态是光学连续变量量子计算中的重要资源。有效产生这些状态的能力将为一般量子技术，特别是容错量子计算开辟巨大的前景。本文展示了一个通用方法，使用量子存储腔来缓解生成协议的概率性质所带来的后果，可高效率生成非高斯态，同时又具有可扩展前景。作者的实验装置的性能是通过产生振幅为α=1.63的压缩猫态得以演示的，在 kHz 范围内的生成速率下，其保真度超过60%，这高于产生此类状态的最高技术水平。

Experimental Demonstration of a Versatile and Scalable Scheme for Iterative Generation of Non-Gaussian States of Light

Hector Simon, et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 173603 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.173603

压缩自旋态和压缩光都是量子计量学和量子信息科学中的关键资源，但迄今为止它们在实验中是分别研究的。在一个实验装置中同时产生这两种类型的量子态很有趣，但仍然是一个具有挑战性的目标。本文中，作者提出一种基于精心设计的对称原子-光相互作用的新协议，报道了在热原子系综中自旋挤压0.61±0.09 dB和光挤压   并发现象的原理验证实验结果。挤压过程是确定性的，为光场和集体原子自旋都产生了固定的挤压方向。此外，挤压光模位于单个空间模的多个频率边带中。这种新型的双挤压态适用于量子增强计量学和量子网络。作者的方法可以扩展到其他量子平台，例如光力学、冷原子和囚禁离子。

Concurrent Spin Squeezing and Light Squeezing in an Atomic Ensemble

Shenchao Jin, et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 173604 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.173604

作者在法布里-珀罗光学谐振器中，利用软钳式超相干膜振荡器构建一个系统，演示了使用光力自发参量下转换来创建声子与光子之间的非经典关联。作者证明亚毫米纳克尺度机械振荡器的质心运动具有非高斯量子特性。作者表明，当储存在机械振荡器中的声子随后被读出时，显示出强烈的量子相干迹象，这得益于作者最先进的光学滤波系统所实现的单光子计数。作者观察到在先导写入光子与存储声子之间违背经典二次柯西-施瓦茨不等式，置信度超过92%。

Nonclassical Correlations between Photons and Phonons of Center-of-Mass Motion of a Mechanical Oscillator

Ivan Galinskiy, et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 173605 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.173605

相干完美吸收器利用光的干涉特性将整个入射光场的能量沉积到原本弱吸收的样品中。这一概念的缺点是相干完美吸收器中的必要干涉相消很容易因为入射光场的频谱或空间失谐而被破坏。这两个局限性最近分别通过奇异点物理的见解和使用简并腔而得到了克服。本文中，作者展示了如何将这两种概念整合到一种新型的腔体设计中，使得可以对任意波前进行宽带奇异点吸收。作者提出了这种大规模简并奇异点吸收器的两种可能实现方式，并将分析结果与数值模拟进行了比较。

Coherent Perfect Absorption of Arbitrary Wavefronts at an Exceptional Point

Helmut Hörner, et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 173801 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.173801

作者们研究了油包水乳液滴在固体表面上蒸发时的膜扩散现象，并观察到了一个新的现象，即膜呈现双层扩散。结合膜前沿的不稳定性，扩散前沿呈现出类似花朵的图案。双层结构的出现归因于油膜中的胶束，它们产生了振荡的分离压力。通过考虑滑移条件和分离压力，进行了尺度分析，与观察到的膜扩散动力学非常吻合。膜扩散最初遵循Tanner定律，而在后期阶段变得更快，其中膜半径遵循对于弱滑移条件为𝑟∼𝑡^1/2，对于强滑移条件为𝑟∼𝑡^3/8的规律。

（邱仲普）

Flowerlike Spreading of Micellar Films during Emulsion Drop Evaporation

Teng Dong, Kristo Kotsi, Teke Xu, Takeshi Kobayashi, Alexander Moriarty, Panagiota Angeli, Ian McRobbie, and Alberto Striolo

Phys. Rev. Lett. 133, 174001 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.174001

基于等离子体的加速技术，因其能够在短距离内高效加速高亮度电子和正电子束,已成为未来对撞机和紧凑型X射线自由电子激光器的极具前景的候选技术。然而，纵向依赖的加速场导致输出束流产生了显著的能量啁啾，这成为其应用于自由电子激光器和对撞机的主要障碍。Shuang Liu等人首次进行了利用空心等离子体通道实现束流能量去啁啾的实验演示。这种新方法同时实现了能量啁啾的抑制和束流发射度的保持。实验结果表明，在发射度几乎没有增加的情况下，能量展宽减少了近一个数量级（从0.93%减少到0.11%FWHM）。模拟结果表明，校正后的能量展宽可能已降至约10 keV（0.025%），从而满足了对撞机或X射线自由电子激光器的严格要求。

（白文欣）

Experimental Demonstration of an Emittance-Preserving Beam Energy Dechirper Using a Hollow Channel Plasma

Shuang Liu et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 175001 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.175001

[Featured in Physics] [Editors’ Suggestion] An automatic, algorithmic technique can find optimal laser configurations for inertial-confinement fusion—one of two main fusion approaches.

改进后的激光照射具有更好的均匀性，可驱动冲击波与内爆，从而创造出更加极端的高能量密度环境。通常情况下，实验的几何结构受限于激光装置的光束布局，这限制了不同设施之间以及多尺度研究的开展。D. E. M. Barlow等人首次提出了高能量密度实验中激光照射配置的一种自动化算法，该方法在NIF上与极性直接驱动的固体靶实验进行了对比展示。仿真结果表明，新配置在保持更佳冲击波均匀性的情况下，实现了超过3倍的峰值压力和接近2倍的密度提升。该优化过程降低了计算成本，生成了各向同性的等离子体分布，同时考虑了光束之间的能量传递影响。

（杨宁）

Optimization Methodology of Polar Direct-Drive Illumination for the National Ignition Facility

D. E. M. Barlow et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 175101 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.175101

Dreicer机制是弱电离等离子体中逃逸电子产生的主要机制之一。它通常被描述为在电场作用下，从麦克斯韦核心向高能尾的扩散流。Y. Lee等人证明了托卡马克启动期间，弱电离等离子体中非弹性碰撞的二元性质发挥着关键作用，即一些电子在加速到临界能量的过程中几乎没有发生碰撞。研究证明，使用Fokker-Planck碰撞算符会将Dreicer产生率低估几个数量级。

（王俊伟）

Binary Nature of Collisions Facilitates Runaway Electron Generation in Weakly Ionized Plasmas

Y. Lee et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 175102 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.175102

扫描隧道显微镜（STM）和电子自旋共振（ESR）光谱的集成已经成为一种强大的创新工具，用于识别表面吸附的原子和分子内的自旋激发和自旋相互作用。然而，STM-ESR信号的起源和控制测量光谱基本特征的潜在机制仍然难以捉摸，从而严重阻碍了STM-ESR方法的未来发展。作者建立了一个模型，对单个氢化钛配原子和一个氢化钛二聚体的STM-ESR光谱进行了精确的数值模拟，结果与实验结果非常吻合。作者进一步发展了一个解析理论，阐明了信号的基本起源以及测量光谱的基本特征。这些新的理论发展为按需检测和操纵原子尺度自旋态奠定了坚实的基础，对自旋传感、量子信息和量子计算的前沿应用具有重要意义。

（郭婷）

Theory of Electron Spin Resonance Spectroscopy in Scanning Tunneling Microscopy

Lyuzhou Ye, et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 176201 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.176201

模拟具有非共线序的强关联系统，对于传统的有限尺寸方法来说是一个巨大的挑战。将这样的相限制在有限尺寸几何中还有可能引发伪自旋阻挫，受挫磁体中的自旋螺旋就是典型例子。作者提出一种基于无限投影纠缠对状态的Ansatz方法，克服了这些限制，能够直接在热力学极限下寻找最优螺旋态，且计算成本与螺旋的波长无关。利用该方法模拟各向异性三角晶格上的海森堡模型，可以在方格晶格与各向同性三角晶格极限之间插值，除了精确再现具有任意波长的磁有序相外，模拟还揭示了在尼尔相与自旋螺旋相之间出现的量子自旋液体相。

（贾子璇）

Incommensurate Order with Translationally Invariant Projected Entangled-Pair States: Spiral States and Quantum Spin Liquid on the Anisotropic Triangular Lattice

Juraj Hasik, et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 176502 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.176502

[编辑推荐] 在蜂窝晶格上具有最近邻和次近邻相互作用的无自旋费米子模型中，可以实现对密度波态。

配对密度波（PDW）是人们长期寻找的一种没有外加磁场、具有振荡超导序的奇异态。迄今为止，建立PDW基态长程阶的二维微观模型尚属罕见。研究者提出在蜂窝晶格上无自旋费米子（或自旋极化电子）的模型中研究PDW超导性，该蜂窝晶格具有最近邻相互作用V₁和次近邻相互作用V₂。利用密度矩阵重整化群研究该t-V₁-V₂模型在六条腿和八条腿蜂窝柱体上有限掺杂的情形，研发现基态呈现PDW有序（即具有发散PDW磁化率的准长程有序）。值得注意的是，这种PDW状态在具有二维费米表面的更宽圆柱体上持续存在。这可能是二维费米曲面系统中PDW的第一个严格数值证据。

（段青卓）

Pair-Density-Wave Superconductivity: A Microscopic Model on the 2D Honeycomb Lattice

Yi-Fan Jiang, et al.

Phys. Rev. Lett.133, 176501 (2024)

https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.133.176501

传统的电子设备依赖于电子的固有自由度（d.o.f）来处理信息。然而，在某些系统的低能态中，可能会出现额外的d.o.f，比如谷。在这里，作者证明了由二维二阶拓扑绝缘体构成的量子点具有一种新的d.o.f，即角自由度，与存在于系统不同角的拓扑角态有关。由于角态在实空间中分离得很好，它们可以被单独和直观地操纵，从而产生了角电子学的概念。通过对称分析和材料搜索，作者确定了TiSiCo家族单层作为角电子材料的第一个原型，其中由于新的角层耦合效应和角对比线性二色性，角态可以由电场和光场控制。此外，作者发现TiSiCO纳米盘的带隙位于太赫兹区域，并且对尺寸减小具有鲁棒性。这些结果表明，TiSiCO纳米盘可以用于设计具有超小尺寸和电场可调带隙的太赫兹器件。此外，TiSiCO纳米片对太赫兹波的强度和极化同样敏感。本文的发现不仅为角电子学开拓了道路，而且为二维二阶拓扑绝缘体、量子点和太赫兹电子学的研究开辟了新的方向。

（郭恺怡）

Cornertronics in Two-Dimensional Second-Order Topological Insulators

Yilin Han, et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 176602 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.176602

[编辑推荐] 一个相互作用的中心对称半导体，即使其底层非相互作用的电子和空穴能带具有平庸的原子极限，也会显示出拓扑上非平庸的激子。

本文将对称性指标的拓扑理论应用于中心对称半导体中相互作用诱导的激子能带结构。关键在于，该工作区分了从底层电子和空穴能带继承的拓扑不变量和激子波函数本身所固有的拓扑不变量。聚焦于后者，作者证明了一类激子能带的存在，其最大局域化的激子Wannier态相对于电子Wannier态发生了量化位移，并称这些激子为‘位移激子’。本文分析解释了激子谱如何在底层非相互作用能带具有平庸原子极限的情况下仍然可以是拓扑非平庸的，并在开放边界条件下支持激子边缘态。本文证明了当补充局域两体相互作用时，‘位移激子’作为Su-Schrieffer-Heeger模型在其平庸阶段的最低能量中性激发的存在。

（范增辉）

Interaction-Induced Crystalline Topology of Excitons

Henry Davenport, et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 176601 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.176601

[编辑推荐] 测量动量相关的能带分裂和自旋极化提供了直接的光谱证据，表明RuO₂不太可能是一个交变磁体。

金红石RuO₂被认为是一种潜在的d波交变磁性候选材料，预测其自旋分裂可达1.4 eV。尽管积累了理论预测和输运测量，但直接光谱观测到的自旋分裂一直难以捉摸。在这里，作者采用自旋和角度分辨的光电子发射谱来研究薄膜和单晶RuO₂的能带结构和自旋极化。与交变磁性的预期相反，作者的分析表明，RuO₂的电子结构与非磁性条件下的预测一致，没有显示出假设的自旋分裂的证据。此外，作者还观察到显著的体相能带的平面内自旋极化，这对高对称平面来讲是反对称的，与交替磁性中的时间反演对称性破缺导致的d波自旋织构相反。这些发现明确地挑战了先前提出的金红石RuO₂的交变磁序，促使了对其磁性性质的重新评估。

(刘然)

Absence of Altermagnetic Spin Splitting Character in Rutile Oxide RuO₂

Jiayu Liu, et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 176401 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.176401

[编辑推荐] 在一维中存在无限个在零温度下表现出自发的U(1)对称性破缺的模型，其序参量与哈密顿量不互易。

Hohenberg-Mermin-Wagner定理指出，在有限温度下，空间维度 d ≤ 2 的情况下不存在连续内部对称性的自发破缺。在零温度下，量子到经典的映射进一步意味着在一维系统中没有这种对称性破缺，这在相对论量子场论的背景下也被称为Coleman定理。打破这一“常识”的一种方法是要求序参量与哈密顿量对易，正如在海森堡铁磁体及其变种中的经典例子所示。然而，对此类现象的系统理解一直缺乏。在这篇工作中，作者提出了一族一维模型，在零温度下表现出自发的U(1)对称性破缺，其中序参量与哈密顿量不对易。该族模型可以在相同相内连续变形的同时，也存在保持对称性的微扰使得观察到的对称性破缺变得脆弱。作者认为，这种行为的一个更一般的条件是哈密顿量是无阻挫的。

（马润宇）

Critical Spontaneous Breaking of U(1) Symmetry at Zero Temperature in One Dimension

Haruki Watanabe, et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 176001 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.176001

波的多重散射对复杂介质的成像提出了挑战，但为它们的表征提供了潜力。它的开始实际上是由散射平均自由程ls控制的，它提供了关于介质微结构的关键信息。本文介绍了一种利用单次散射率的时间衰减来估计该参数的反射矩阵方法。作者的方法首先在组织模拟幻影上的超声实验中得到验证，然后在体内应用于人类肝脏。本文为非均质介质的波定量成像开辟了重要的前景，无论是用于无损检测、生物医学还是地球物理应用。

（温博阳）

Reflection Measurement of the Scattering Mean Free Path at the Onset of Multiple Scattering

Antton Goïcoechea, et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 176301 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.176301

[编辑推荐] 合成聚合物在熔融加工中表现出构象选择行为，通过非共价相互作用适应小分子。

构象选择是生物分子识别的关键，在合成聚合物中仍未得到充分探索，尤其是在聚合物的本体状态下。这项研究首次揭示了无规聚苯乙烯熔体与多环芳烃相互作用时独特的构象选择行为。值得注意的是，尽管结构相似，但蒽和芘诱导的构象截然不同——分别是反式和左旋。这种差异归因于独特的 π-π 相互作用几何结构，被“聚合物笼”模型捕获，为在二级结构水平上精确构建聚合物提供了新的见解。

Conformational Selection of Polymer Chains upon 𝜋−𝜋 Interactions with Small Molecules

Weirui Zeng, et al.

Phys. Rev. Lett. 133, 178101 (2024)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.178101

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