PRL导读-2018年121卷24期

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序

普通物理：统计与量子物理

责编：艾清

量子非马尔可夫过程

打破有条件的过去—未来无关性

在经典马可夫随机系统中，过去和未来的事件对当前给定的状态来说是统计上独立无关的。记忆非马尔科夫效应打破了这个条件，诱导出一种有条件的非零的过去—未来关联。在本文中，Budini将这一经典记忆指标被拓展到量子域，提供了一种量子非马尔可夫性的可操作的定义。这个定义是基于包括三个在时间上编序的量子测量和后选择的最小集合。这里对记忆效应的探测，在经典环境下与对白噪声近似的偏离相关；而在量子环境中，与对波恩—马尔可夫近似的偏离相关。（马宇翰）

Quantum Non-Markovian Processes Break Conditional Past-Future Independence

A. A. Budini

Phys. Rev. Lett. 121, (2018)

二体和三体纠缠态的实验上鲁棒的自测试

自测试是经典用户以与设备无关的方式验证量子系统的状态和测量的一种方法。特别是在量子信息处理中，纠缠态的自测试非常重要。一个可以理解的例子是，Clauser-Horne-Shimony-Holt不等式的最大违反意味着二体系统必然共享一个自旋单态。自测试中的一个基本问题是，当一个人观察到非最大违规时，测试状态与目标状态（最大程度上违反了某个贝尔不等式）的距离是多少？这个问题的答案描述了所使用的自检测标准的鲁棒性，这一点在实际意义上是非常重要的。最近，Kaniewski得出了二体和三体系统的自测试的两个解析的边界。在本文中，Zhang等人用高质量的双量子比特和三量子比特纠缠源对这两个界限进行了实验研究。他们的结果表明，这两个界限对于他们准备的各种纠缠态都是有效的。因此，他们实现了鲁棒的自测试的概念验证演示，并显著的改善了先前的结果。（成晶晶）

Experimentally Robust Self-Testing for Bipartite and Tripartite Entangled States

W. -H. Zhang, et al.

Phys. Rev. Lett. 121, (2018)

长程相互作用量子磁体的动力学临界标度

通过自旋系统的顺磁-铁磁相变点的磁场的缓慢淬火会产生热量。在短程相互作用系统中，热量表现出普适性的幂律标度，这个标度是作为淬火率的函数，即Kibble-Zurek标度。在本文中，作者分析了Lipkin-Meshkov-Glick (LMG) 模型中磁场的慢淬火，这个模型描述了完全联接的量子自旋系统。Defenu等人通过用关于平均场值的Holstein-Primakoff展开，解析地确定了对余热的量子贡献，它是淬火率δ的函数。不像短程相互作用的情况，在LMG模型中标度定律只是被发现作为一个以临界点为起始或终结的斜坡。如果这个斜坡反而为对称的，正如典型的Kibble-Zurek方案，那么激发数就表现了一种作为δ的函数过渡行为，并且在热力学极限下趋向于一个常数。之前看似矛盾的理论研究是被认定为此动力学的特定极限，而Defenu等人的这个结果可以被若干实验平台，包括量子气体和囚禁离子来检验。（刘宁）

Dynamical Critical Scaling of Long-Range Interacting Quantum Magnets

N. Defenu, et al

Phys. Rev. Lett. 121, (2018)

二维魔幻光强偶极阱阵列中的

中性原子高保真单量子比特门

作为传统方法，具有线性极化的光偶极阱（ODT）阵列已经被广泛地用来安装中性原子量子比特以构造量子计算机。但是因为由势阱场引发的量子比特态的固有的标量微分光频移，微波驱动门作用于单量子比特会出现10^-3量级的误差。在篇文章里，Sheng等人基于近来发展的魔幻光强技术来构建了一个DLS补偿ODT阵列。在这种魔幻光强偶极阱阵列中，DLS的有害效应会被有效地减轻，使得全局微波驱动Clifford门被显著地提升。实验上，他们实现了每一全局门的平均误差(4.7±1.1)×10^-5，是由在4×4 MI-ODT阵列中随机标杆所刻画的。而且，他们从实验上研究了在相干时间和门误差在带有最优误差(3.0±0.7)×10^-5每门单MI-ODT中的关联。他们的演示表明了MI-ODT阵列是构建可扩展的中性原子量子计算机的通用平台。（刘宁）

High-Fidelity Single-Qubit Gates on Neutral Atomsin a Two-Dimensional Magic-Intensity Optical Dipole Trap Array

C. Sheng, et al

Phys. Rev. Lett. 121, (2018)

自由能具有多个奇点的一维软棒系统

物理学家普遍存在一种误解，即具有严格有限范围相互作用的一维经典模型，在非零温度下，其依赖于相互作用耦合强度的平衡自由能不会出现任何奇点。在本文中，Saryal等人讨论了一个有启发性的反例。他们考虑了一些由中心位于格间距为a的一维格点上，长为2l的等长的刚性细棒组成的系统。这些棒之间的相互作用是软核相互作用，棒间的重叠具有有限的能量U。作者们证明了,在逆温度为β时，每根棒的平衡自由能为F[(l/a),β]，且具有无穷多依赖于l/a的奇点。（马宇翰）

Multiple Singularities of the Equilibrium Free Energy in a One-Dimensional Model of Soft Rods

S. Saryal, et al

Phys. Rev. Lett. 121, (2018)

在电磁场中定义做功

通过移动电荷定义电磁场(EMF)的做功问题还没有完善的解决方案。因为标准的电磁场哈密顿量[根据（热力学）第一定律其时间导数应用于定义功]不是规范不变量。这限制了将统计力学应用于电磁场中。在这项工作中，Allahverdyan和Karakhanyan得到了一个新的、显式的、只依赖于物理观测量，且是规范不变的哈密顿量。这个哈密顿量允许我们定义功，并给出适用于电磁场的（热力学）第二定律。这也直接将该定律与时间的电动力学之矢联系起来，即，选择推迟的，而不是超前的波动方程的解。测量热力学功可以决定光子质量是否是小而非零的。（马宇翰）

Defining the Work Done on an Electromagnetic Field

A. Allahverdyan and D. Karakhanyan

Phys. Rev. Lett. 121, (2018)

引力与天体物理

导读：郭敏勇；责编：高思杰

通过角功率谱对尚未解决的

伽马射线图的研究

在过去的十年中，费米—大面积望远镜（LAT）已经以前所未有的精确度观测到伽马射线图，让我们有机会解决和理解高能宇宙。在LAT资源的观测门槛下，剩下未被解决的任务本质[未解决的伽马射线背景问题(UGRB)] 可以通过表征UGRB涨落场的幅度和角度尺度来揭示。本文介绍了基于八年的Fermi-LAT的数据对UGRB自相关角功率谱的测量。这种分析可以稳健地防止已知源和噪音系统的污染。相对于之前的测量，对亚阈值源的灵敏度大大增强。他们发现证据（具有约3.7σ的显著性）表明两类源对UGRB信号有贡献的情况优于单个类。具有指数截止的双幂定律可以很好地解释各向异性能谱，两类的光子指数分别为2.55±0.23和1.86±0.15。

Unresolved Gamma-Ray Sky through its Angular Power Spectrum

M. Ackermann et al.

(Fermi-LAT Collaboration)

Phys. Rev. Lett. 121, (2018)

中子星磁层中轴子暗物质转换

的无线电信号

作者发现，通过中子星发射的窄无线电线信号可以探测到轴子暗物质。中子星磁层拥有朝着中子星表面增加的强磁场和等离子体频率。当轴子穿过磁层时，在等离子体频率与轴子质量匹配的条件下，它们可以共振转变成无线电光子。他们求解了轴子-光子混合方程，包括了对磁化等离子体的完全处理，以求得转换概率。他们讨论了一些可能的中子星目标以及它们如何在~0.2-40μeV的质量范围内探测QCD轴子参数空间。

Radio Signals from Axion Dark Matter Conversion in Neutron Star Magnetospheres

Anson Hook, et al.

Phys. Rev. Lett. 121, (2018)

Kruskal黑洞的量子转变

文章中作者提出了宏观Kruskal黑洞新的有效描述，其结合了圈量子引力中量子几何效应引起的修正。该时空由包含奇点的“内部”区域和“外部”渐近区域组成。奇异性可以自然地由圈量子引力的量子几何效应解决，由此，对完整Kruskal时空的量子扩展，就不存在以往对Schwarzschild内部研究时所发现的所有限制。他们将这些研究结论与基于AdS / CFT对偶的预期进行了比较和对比。

Quantum Transfiguration of Kruskal Black Holes

A. Ashtekar, J. Olmedo, P. Singh

Phys. Rev. Lett. 121, (2018)

壳体交叉处的拉格朗日宇宙学扰动理论

文章中，作者考察了由三个不同振幅的交叉初始正弦波生成的原初暗物质晕的增长。使用宇宙引力动力学的拉格朗日处理方式，通过将分析结果与最先进的高分辨率Vlasov-Poisson模拟作比较，他们研究了壳体交叉处附近的高阶微扰膨胀的收敛性质。基于对参数空间的定量研究，他们首次明确地研究了微扰系列的收敛速度，并发现与直觉一致，即当从准一维初始条件（由一个正弦波支配）向准三轴对称（三个具有相同幅度的正弦波）转变时，它会减慢下来。在大多数情况下，正如预期的那样，坍缩时的系统结构与简单的一维动力学非常相似，除了在准三轴情况时，相空间片表现出速度尖峰。在所有情况下，微扰序列表现出一般的收敛行为，其速度与扩展阶数幂律的指数一样快，允许人们将其再树枝上推断到无限多的阶数。这种推断的结果与模拟结果非常吻合，即使在壳体交叉处也是如此。

Lagrangian Cosmological Perturbation Theory at Shell Crossing

S. Saga, A. Taruya, S. Colombi

Phys. Rev. Lett. 121, (2018)

基本粒子与场论

责编：晁伟、刘晓辉

MiniBooNE超出的暗中微子门户解释

本文提出了一个新的框架以解释费米实验室的 MiniBooNE 实验中长期存在的类似电子事件。作者建议一个包含一个暗中微子和一个暗规范玻色子的新暗区，两者的质量都在几十到几百 MeV 之间。暗中微子是通过中微子-核子散射产生的，随后它们衰变到暗规玻色子，这反过来又引起类似电子事件。该机制能够完美匹配 MiniBooNE 能谱和角分布。

Dark Neutrino Portal to Explain MiniBooNE Excess

Enrico Bertuzzo, et al.,

Phys. Rev. Lett. 121, (2018)

在13TeV的质子–质子对撞机中

探测耦合到第三代夸克的轻子夸克

与标准模型预测有关的三个最显着的测量偏差: B→D^(*)τν衰变率的增强，B→K^(*)ℓℓ衰变中轻子普适性的破坏，以及μ子的反常磁矩，都可以在Leptoquarks(LQs)模型中做出解释，其质量在TeV能标且与第三代夸克有较大耦合。我们可以在LHC中探测探测这些LQ态。利用CMS实验记录的质心能为13 TeV且对应于35.9 fb^-1的积分亮度的数据，CMS合作组搜索了耦合到顶夸克和μ子的LQ的对产生。没有观察到相对于标准模型预测的偏差，并且遍举衰变为tμ的标量LQ的质量被排除到1420 GeV之外。该结果与先前搜索LQ衰变为tτ和bν的结果相结合，其排除了质量低于900 GeV和1080 GeV的标量LQ。对于分支比为tμ、tτ和bν的任意组合的向量LQ，其质量被排除到1190 GeV之外。通过这种分析，我们首次探测了所有与第三代夸克耦合的具有-1/3电荷的LQ。

Searchfor Leptoquarks Coupled to Third-Generation Quarks in Proton-Proton Collisions at √s=13TeV

A. Sirunyan et al.(CMS Collaboration)

Phys. Rev. Lett. 121, (2018)

机器学习对共振态新物理的反常探测

尽管超出标准模型（BSM）物理的理论动机很多，但大型强子对撞机的搜索没有发现BSM物理学的重要证据。因此必须扩大搜索程序的敏感度，以包括意外情况。本文提出了一种新的模型无关的反常检测技术，它自然受益于现代机器学习算法。该新程序对于信号的唯一要求是它位于相空间中的至少一个已知方向上。可以使用与已知方向不相关的任何其他相空间方向来搜索意外的特征。将这种新方法应用于dijet共振态的搜索，它可以将具有中间BSM粒子的模型的2σ超出转换为7σ超出，该中间BSM粒子不是当前专用搜索的目标。

Anomaly Detection for Resonant New Physics with MachineLearning

J. Collins, K. Howe, B. Nachman

Phys. Rev. Lett. 121, (2018)

利用大亚湾1958天运行数据

对反电子中微子振荡的测量

本文报告了来自大亚湾反应堆中微子实验的反电子中微子振荡的测量，在1958天的数据收集中观察到了近400万个反应堆反β衰变候选者。闪存模数转换器读出系统的安装和使用不同源附件的特殊校准将可见能量大于2 MeV的绝对能量校准的不确定性降低至小于0.5％。在近点探测器中，宇生⁹Li和⁸He背景的不确定性从45％降低到30％。对废核燃料历史的详细调查将其不确定性从100％提高到30％。对探测器之间的相对反电子中微子率和能谱的分析得出sin²2θ₁₃= 0.0856±0.0029和Δm²₃₂=(2.471^{+ 0.068}_-0.070)×10^-3eV²(假设正的中微子质量等级)，Δm²₃₂= – (2.575^{+ 0.068}_-0.070)×10^-3eV²(假设反的中微子质量等级)。

Measurement of the Electron Antineutrino Oscillation with 1958 Days of Operation at Daya Bay

D. Adey et al.

(Daya Bay Collaboration)

Phys. Rev. Lett. 121, (2018)

在氢俘获极化中子中

首次观察奇宇称γ不对称性

[编辑推荐语]在质子俘获极化的中子过程放射的光子中测量宇称不对称性提供了核子-核子势中弱相互作用项的首次测量。

本文报告了在橡树岭国家实验室的散裂中子源上使用极化的冷中子入射到液体仲氢靶上的中子-质子俘获中的宇称破坏的伽马射线不对称A_γ^np的第一次观察结果。A_γ^np分离弱核子-核子相互作用的ΔI= 1，³S₁→³P₁分量，其主要来自于π交换，并且可以与DDH介子交换模型或无π介子有效场理论中的单个耦合常数直接相关。测量结果为A_γ^np= [-3.0±1.4(stat)±0.2(syst)]×10^-8，这意味着DDH介子交换模型中弱πNN耦合h_π¹=[2.6±1.2(stat)±0.2(syst)]×10^-7和无π介子有效场理论中C^3S1→3P1/ C₀= [-7.4±3.5(stat)±0.5(syst)]×10^-11MeV^-1。本文描述了实验、数据分析、系统不确定性以及结果的含义。

First Observation of P-odd γ Asymmetryin Polarized Neutron Capture on Hydrogen

D. Blyth et al.

(NPD Gamma Collaboration)

Phys. Rev. Lett. 121, (2018)

减少V_ud中的强子不确定性

我们对中子贝塔衰变和核子超允许贝塔衰变中普适存在的辐射修正项Δ_R^V进行了研究：将γ-W的贡献用色散关系表达出来，并将之与γ-W干涉中的结构函数F₃⁽⁰⁾的第一 Nachtmann moment进行联系。运用现有的中微子/反中微子散射数据，我们得到以下的最新数值：Δ_R^V=0.02467(22)，减少了最终结果的强子不确定度。若假设标准模型的其他理论及实验结果保持不变，我们会得到|V_ud|=0.97370(14)，这将导致CKM矩阵（第一排）幺正性出现危机。我们对现有及未来有助于改进此色散关系分析的实验给出了建议。（由本文作者提供）

Reduced Hadronic Uncertainty in the Determination of Vud

Chien-Yeah Seng, et al.

Phys. Rev. Lett. 121, (2018)

基于格点QCD的胶子准部分子分布函数

我们基于使用大动量有效理论的格点模拟，展示了获取胶子部分子分布函数的x依赖的首次尝试。该格点计算在格距为a=0.111fm的2+1味类磁畴费米子组态上，使用对应于340 MeV和678 MeV π介子质量的夸克质量，计算了核子动量最高为0.93 GeV的胶子准部分子分布函数矩阵元。使用核子和π介子在静止系下的类似矩阵元作为归一化，如果来自核子动量的多项式修正、单圈水平的匹配和与夸克部分子分布函数的混合等效应的系统误差相对目前的统计误差可以忽略，我们对胶子准部分子分布函数矩阵元的结果与对胶子分布函数的全局拟合(CT14和PDF4LHC15NNLO)的傅立叶变换符合。(由本文作者提供)

Gluon Quasi-Parton-Distribution Functions from Lattice QCD

Zhou-You Fan, et al.

Phys. Rev. Lett. 121, (2018)

物理π介子质量的格点上的

质子同位旋矢量极化分布

基于使用真实夸克质量的格点QCD组态，我们展示了先进水平的质子同位旋矢量极化的borken-x分布计算。我们计算了核子动量为2.2、2.6和3.0GeV的准分布函数，并使用大动量有效理论将结果系统地匹配到对应于实验的光锥分布函数。基于高统计量模拟并减除核子激发态的效应，我们对大动量下的质子矩阵元的计算达到了前所未有的准确度。考虑到统计误差和系统误差，我们得到的分布和对最新的自旋依赖的实验数据的唯象分析符合，并认为在反夸克区域上夸克比下夸克贡献更大。(由本文作者提供)

Proton Isovector Helicity Distribution on the Lattice at Physical Pion Mass

LP3 Collaboration

Phys. Rev. Lett. 121, (2018)

原子核物理

责编：耿立升

利用孤立光子示踪喷注

观测√s_NN=5.02 TeV处Pb-Pb碰撞中

喷注碎片的介质诱导修正

Sirunyan等人首次测量了pp和Pb-Pb碰撞中与孤立光子有关的喷注碎裂函数。数据来自欧洲核子中心大型强子对撞机 LHC上的CMS探测器，核子-核子的质心能量为5.02 TeV。利用喷注轴周围的圆锥中横向动量p_T^trk>1GeV/c 的带电轨迹，在包含一个p_T^γ>60 GeV/c孤立光子的事件中，发现了p_T^jet>30 GeV/c喷注的碎裂函数。与孤立光子的联系可以约束部分子（部分子的簇射产生的喷注）的初始横向动量p_T以及方位角。与pp碰撞中测量到的喷注碎裂函数进行比较，可以观测到Pb-Pb碰撞中的喷注碎裂函数的修正，但是在50% 最边缘碰撞中并没有发现显著的差异。中心Pb-Pb碰撞事件中的喷注显示出低（高）p_T粒子过剩（不足），在3GeV/c附近有一个过渡。这次测量首次给出了有着明确定义的初始运动学部分子（夸克主导）的介质内簇射修正。它为检验穿过夸克胶子等离子体的部分子通道理论模型提供了一个新的可控参考。（王亚坤）

Observation of Medium-Induced Modifications of Jet Fragmentation in Pb-Pb Collisionsat √s_NN=5.02 TeV Using Isolated Photon-Tagged Jets

A. Sirunyan et al. (CMS Collaboration)

Phys. Rev. Lett. 121, (2018)

通过（p,pd）反应研究

高动量核子对中强的张量关联

在1⁶O基态中，Terashima等人首次观测到了大的相对动量处p-n核子对的同位旋特征。他们在能量392 MeV的中子拾取反应¹⁶O(p,pd)中观测到了强的J=1,T=0态的布居和很弱的J=0,T=1态的布居。大动量转移处的这个强的同位旋依赖不能被扭曲波脉冲近似（光谱振幅已知）计算再现。结果表明了¹⁶O基态中由张量相互作用引发的高动量的质子和中子的存在。（王亚坤）

Dominance of Tensor Correlationsin High-Momentum Nucleon Pairs Studied by (p,pd) Reaction

S. Terashima et al.

Phys. Rev. Lett. 121, (2018)

原子、分子与光学

导读：宋新秀；责编：严运安

玻色烟花中的密度波和射流发射不对称性

[编辑推荐语]通过上下切换磁场的方向，研究人员干扰物质波从而产生密度涟波，这就导致了类似烟花的射流出现。

最近科学家观测到受两体相互作用周期性调制的Bose凝聚体可发射类似于烟花的物质波射流[Nature（London）551, 356（2017）]。本文结合实验和数值模拟，证明了这些“玻色烟花”代表驱动凝聚态的复杂时间演化的一个后期阶段。作者还识别出一个“密度波”阶段，它在射流发射之前，由物质波干涉引起。密度波呈现自组织、自放大行为而不破坏长程平移对称性。该密度波结构确定地为所发射射流的后续模式建立模板。此外，作者的模拟与实验非常吻合，解决了射流模式中明显的不对称性，并且与动量守恒完全一致。

Density Waves and Jet Emission Asymmetry in Bose Fireworks

Han Fu, et al.

Phys. Rev. Lett. 121, (2018)

旁观概念在低电子

能量共振衰减过程中失效

作者认为，共振衰变过程所释放的低能电子同激发电子的电子密度发生显著的散射，这些激发电子在衰变过程中充当旁观者。结果，角发射分布会发生显著的改变。这种效应预计是低能二次电子发射的共同特征。在本文中，作者通过检查Ne二聚体的旁观共振原子间库仑衰变来举例说明了其想法。作者的理论预测与相应的实验符合，由此得到证实。

Breakdown of the Spectator Concept in Low-Electron-Energy Resonant Decay Processes

A. Mhamdi, et al.

Phys. Rev. Lett. 121, (2018)

玻色气体中杂质诱导的多体共振

本文研究了与质量无穷大的杂质粒子耦合的N个全同玻色子问题。对于非相互作用的玻色子，作者表明由闭合通道二聚体介导的动态杂质-玻色子相互作用可以诱导有效的玻色子-玻色子排斥，由此可强烈地改变由杂质和N个玻色子组成的束缚态。特别地，作者证明了存在两种普适的“多体”共振，其中包含任意N的所有多体束缚态的出现和消失。第一多体共振对应于无限杂质-玻色子散射长度，a→+∞，而第二多体共振对应于临界散射长度a*> 0，超过该临界散射长度a*的三聚物（N = 2束缚态）将不再存在。至关重要的是，作者证明了a*的存在确保了多体束缚态区域中的基态能量，∞> a> a *，有与N无关的下界。因此，即使杂质可以支持多体束缚态，它们在二聚体状态之外变得越来越脆弱。这些结果可以在研究冷原子实验里波色激化子的本质中得到应用。

Impurity-Induced Multibody Resonances in a Bose Gas

Zhe-Yu Shi, et al.

Phys. Rev. Lett. 121, (2018)

分子超转子的旋转校准衰减和退相干

作者提出了一个量子主方程，可用来描述热背景气体存在下快速旋转分子的相干和非相干动力学。该主方程将旋转校准衰减和退相干的速率与微观散射振幅相关联，作者用其计算了各向异性范德华散射。对于大的旋转能量，作者发现最终的校准衰减率与最近的超级转子实验在定量上一致。

Rotational Alignment Decay and Decoherence of Molecular Superrotors

Benjamin A. Stickler, et al.

Phys. Rev. Lett. 121, (2018)

揭示机电测量中的隐藏量子相关性

在强量子测量中，振荡器的运动受到海森堡不确定原理所要求的测量反作用力的干扰。当通过电磁腔连续监测机械振荡器时，就如在腔体光力测量中一样，反向作用是由输入光子的脉冲噪声表现出来的，这些噪声被压印到振荡器的运动上。在光子离开腔之后，相关性表现为在发射场中压缩量子噪声。在这里，作者使用由超导谐振器和鼓头机械振荡器制成的机电装置，在微波域中观察到这种“有质动力”压缩。在强测量下，发射场产生复值的量子相关性，这通常无法由标准零差测量方法完全获得。作者采用两个局部振荡器的相敏测量方案来重现这些隐藏的相关性。这种隐藏相关性允许在强力敏感条件下充分利用量子降噪，它的利用使弱力检测又一进步。

Revealing Hidden Quantum Correlations in an Electromechanical Measurement

C. F. Ockeloen-Korppi, et al.

Phys. Rev. Lett. 121, (2018)

非线性动力学和流体力学

责编：兰岳恒

单个贴片纳米天线的近场和远场热发射

本文介绍了单个金属-绝缘体-金属纳米天线的远场光谱和近场空间响应，该天线使用了热波动作为电磁场的内部源。结合傅里叶变换红外光谱与基于共焦几何中轻微衰减效应的空间调制，可获得远场光谱。该光谱揭示，在两个不同的波长处纳米天线的基模可激发两个不同的发射峰。通过热辐射扫描隧道显微镜可获得热激发模式的超分辨近场图像。数值模拟得到实验结果的支持，表明在形成天线的绝缘介电材料谐振附近不同波长处，可激发相同的模式。（胡婧）

Near-Field and Far-Field Thermal Emission of an Individual Patch Nanoantenna

Claire Li, et al.

Phys Rev Lett.121, (2018)

湍流中弹性链的优先取样

与非相互作用的情况相比，在湍流中弹性相互作用的一串示踪剂具有显著不同的行为。特别是，与通常示踪剂极限行为不同，这种弹性链显示出对湍流的强烈优先取样，即弹性链被捕获在涡旋区域中。通过Okubo-Weiss参数可量化优先取样的程度及其对链的弹性依赖性。此外，本文还研究了通过形成链的链接数目修改链可变形性的效果。（胡婧）

Preferential Sampling of Elastic Chains in Turbulent Flows

Jason R. Picardo, et al.

Phys. Rev. Lett. 121, (2018)

C点分裂对椭圆偶极矩的弱测量

本文研究了椭圆极化偶极子远场中的圆极化点，并建立了这些C点的角位置和螺旋度与偶极矩之间的关系。在高偏心偶极子的情况下，相反旋向的C点仅表现出小的角分离，且出现在发射斑图的低强度区域中。对此，Nechayev等人引入了一种利用横向电（方位角）和横向磁（径向）远场极化基的光学弱测量方法。将远场投射到在空间变化的后选择偏振态上揭示了C点的角分离和螺旋性。Nechayev等人证明了这种方法的适用性，并通过测量远场中的C点来确定位于界面上粒子的椭圆偶极矩。（胡婧）

Weak Measurement of Elliptical Dipole Moments by C-Point Splitting

Sergey Nechayev, et al.

Phys. Rev. Lett. 121, (2018)

分叉生成机械频率梳

本文展示了非线性微机械谐振器在某个非线性强耦合模式下工作时，会产生新颖的响应。该系统由单个驱动信号激励，其响应由系统参数决定的时间尺度上的周期性幅度调制来刻画。谐振器的周期性幅度调制是非线性模式耦合的结果，也是光谱响应中出现“频率梳”状态的原因。对于1:3共振内禀模型，Czaplewski等人证明了该行为产生的原因是不变圆（SNIC）上的鞍结分叉。本文提出，控制微机械结构操作参数的能力使得简单的微机械谐振器成为机械、光学和生物系统等领域中研究SNIC行为动态响应的理想试验平台。（胡婧）

Bifurcation Generated Mechanical Frequency Comb

D. Czaplewski, C. Chen, D. Lopez

Phys. Rev. Lett. 121, (2018)

基于深度学习的低光子计数相位检索

成像系统在低光强下的性能受到散粒噪声的影响，其随光源功率降低变得越来越强。在本文中， Goy等人通过实验证明了使用深度神经网络可恢复弱光照射的物体，并且证明在相同信噪比下，该方法比经典的Gerchberg-Saxton相位检索算法具有更好的性能。在深度神经网络中，可使用训练图像集中包含的先验来检测信噪比接近1的特征。将此原理应用于相位检索问题，在平均每个探测器像素只有一个光子的照明光束中，成功恢复了物体最显着的特征。Goy等人表明，通过对物体的初始估计来训练神经网络来可显著改善相位重建结果，而不是使用原始强度测量值来进行训练。（胡婧）

Low Photon Count Phase Retrieval Using Deep Learning

Alexandre Goy, et al.

Phys. Rev. Lett. 121, (2018)

与有结构缺陷等离子体晶格

强耦合的分子系综的非线性发射

Ramezani等人证实，在有结构缺陷的情况下，强耦合到等离子纳米颗粒阵列扩展光场分子层的非线性发射。混合光物质状态，称为等离子激元激子极化子( PEPs )，是由分子中的Frenkel激子与表面晶格共振强耦合形成的。这些共振是由阵列上衍射增强银纳米颗粒局部表面等离子激元的辐射耦合引起的。通过设计不同晶格常数的阵列，Ramezani等人表明非线性发射频率仅由激子极化子通过分子振动量子的弛豫决定。Ramezani等人还观察到样品中的空间长程相干性，这支持了强耦合PEPs非线性集体发射的解释。与有机系统中激子-极化子激射和凝聚的最近实验观察相比，光子模式在系统发射频率处起着次要作用，并且由于结构缺陷，这种发射具有不确定的动量。这个令人吃惊的结果揭示了有机分子与光子腔在强耦合下丰富而独特的物理特性。（王娟娟）

Nonlinear Emission of Molecular Ensembles Strongly Coupled to Plasmonic Lattices

with Structural Imperfections

Mohammad Ramezani, et al.

Phys. Rev. Lett. 121, (2018)

利用倏逝声场打破动量守恒的对称性

虽然动量守恒是物理学中的一个基本定律，但是对于入射波引起倏逝场分布的物质边界处的波传播来说，动量守恒的约束没有得到满足。虽然非线性极化率张量项可以提供光学区间的解决方案，但是这个框架不能直接应用于声波。现在，通过考虑波相互作用和边界散射的完整表示，Michael等人可以为包括所有倏逝波在内的整个散射场提供和频混合的本构形式。对这种一般情况进行了解析研究，并对超声波进行了数值和实验验证，表明考虑倏逝波会导致异常的非线性相互作用，从而增强和频产生。这种新的解释不仅加深了对声学动量守恒定律的理解，还期待将这种新的理解转化为光学和光子学，以增强非线性相互作用。（王娟娟）

Breaking the Symmetry of Momentum Conservation Using Evanescent Acoustic Fields

Michael Mazilu, et al.

Phys. Rev. Lett. 121, (2018)

等离子体与束物理

责编：陈少永

相对论射流中扭曲不稳定性

高效加速非热粒子

来自活动星系的相对论磁化射流是最强大的宇宙加速器之一，然而它们的粒子加速机制仍然是个谜。Alves等人提出了一种与相对论射流中螺旋扭曲不稳定性的发展相关的新加速机制，该机制可以使射流的磁能高效地转换到非热粒子中。大规模三维ab initio模拟表明，在扭曲不稳定区域内形成的高度缠结的磁场和大尺度的感应电场，促进了粒子的快速高能化。被加速粒子的能量分布形成一个明确的幂律尾，该幂律尾在轻子情况下可延伸到辐射-反应受限能量，而在离子情况下可延伸到射流约束能量。对于来自活跃星系的射流，在被充分研究的亮结中，应用Alves等人提出的这种加速机制，可以解释同步加速器和逆康普顿散射粒子的光谱，同时，它也提供了一种将超高能宇宙射线加速到10²⁰eV的可行方法。（王科力，牟茂淋）

Efficient Nonthermal Particle Acceleration by the Kink Instability in Relativistic Jets

E. P. Alves, et al.

Phys. Rev. Lett. 121, (2018)

凝聚态物理：结构

责编：马天星

兆巴压强下冲击压缩烃的液体结构

Hartley等人给出了碳氢化合物（聚苯乙烯，聚乙烯）中离子的结构，这些结构被高达190GPa的压力冲击压缩，导致样品快速熔化。然后使用X射线自由电子激光束的原位衍射来探测所得液体的结构，证明即使对于没有长程序的低Z样品，也能在单次激发中获得可靠的衍射数据。该数据与第一性模拟吻合得很好，验证了这种方法在复杂粒子间键保留的状态下对混合样本进行建模的能力，并且表明更简单的模型不一定有效。虽然结果明显排除了在探测条件下碳氢完全分层的可能性，但与先前的预测相反，表明衍射并不总是足以诊断这种现象。（黄通昀）

Liquid Structure of Shock-Compressed Hydrocarbons at Megabar Pressures

N. J. Hartley, et al.

Phys. Rev. Lett. 121, (2018)

机器学习多体定位：

搜索难以捉摸的非遍历金属

具有单粒子迁移率边缘的孤立量子系统中遍历性的破坏，是一个尚未被完全理解的有趣主题。特别是，在有一维准周期势的情况下是否存在非遍历的金属相，目前也有着激烈的讨论。本文中，Hsu等人开发了一种基于神经网络的方法，在原型模型中使用多体纠缠光谱作为唯一判断依据来研究这种非遍历金属相的存在。他们发现这种方法可以高度可靠地识别出中等准周期势能强度下的中频光谱中非遍历金属相的存在。这种基于神经网络的方法展示了监督式机器学习不仅可以用于定位相位边界，而且可以提供一种检查新奇相位存在与否的方法。（王婧瑶）

Machine Learning Many-Body Localization: Search for the Elusive Nonergodic Metal

Yi-Ting Hsu, et al.

Phys. Rev. Lett. 121, (2018)

界面水的游离O-H基团的

取向分布是指数分布

Sun等人使用组合分子动力学(MD)模拟方法和总频生成(SFG)实验研究了H₂O-(D₂O-)空气界面上游离O-H(O-D)基团的取向分布。游离O-H基团相对于表面法线的平均角度为〜63°，比先前的估计值30°-40°大很多。这种差异可以追溯到错误地假设自由O-H基团是呈高斯或逐步取向分布。相反，MD模拟和SFG测量揭示了广泛且呈指数衰减的方向分布。这种广泛的取向分布表明指向下的游离O-H基团是存在的。我们将这些游离O-H基团的起源归因于水面上毛细波的存在。（王婧瑶）

Orientational Distribution of Free O-H Groups of Interfacial Water is Exponential

Shumei Sun, et al.

Phys. Rev. Lett. 121, (2018)

成核胶体液体中

曲率依赖的表面张力的测量

表面张力的曲率依赖性是液体成核的关键，但依旧很难从实验上和理论上进行测量。这种曲率依赖性源于曲率相关的分子结构，对于小核来说，它可以形成显著偏离平面的液体表面结构。曾经有人使用过计算模拟和密度泛函理论来预测过这种曲率依赖性，但得到的结果难以自洽。在本工作中，作者提出了第一种可以直接测量成核胶体液体中曲率依赖的表面张力的方法。他们采用临界卡西米尔力来精确调控胶体粒子相互作用，并诱导液体成核，然后在粒子尺度上对单个核进行成像，从热激发表面的扭曲情况，直接测量出其曲率依赖性的表面张力。使用连续模型，本工作探究了成核结构，粒子配对势和表面张力之间的相互作用模式。Nguyen等人的结果显示，与体相液体相比，临界尺寸的成核的表面张力降低了20％，导致成核速率提高了3个数量级，从而突出了表面张力曲率校正对于精确预测成核速率的重要性。（张陆峰）

Measurement of the Curvature-Dependent Surface Tension in Nucleating Colloidal Liquids

V. D. Nguyen, et al.

Phys. Rev. Lett. 121, (2018)

凝聚态物理：电子性质

责编：袁喆，马锋杰，沈卡

面内磁化系统的内禀量子

反常霍尔效应：搜寻法则和材料预测

[编辑推荐语]：与现有的研究不同，本文介绍了一种在真实面内磁化材料（LaCl）中搜寻量子反常霍尔效应的普适性法则。

迄今为止，大多数理论预测和获得实验验证的量子反常霍尔效应都局限在有着面外磁化的二维材料中。本文从二维节线半金属出发，给出了一套在面内磁化材料中搜寻量子反常霍尔效应的普适法则。作者发现，如果费米能级处简并的节线态轨道具有相同的磁量子数绝对值，磁化方向就会在自旋轨道耦合的作用下趋于面内方向。而且根据镜面对称性是否破缺，可以在材料中实现量子反常霍尔效应或者二维半金属。进一步，作者基于第一性原理计算预测LaCl这种真实单层材料就具有内禀的面内磁化量子霍尔效应。通过调节面内的磁化方向，LaCl中的量子反常霍尔效应表现出拓扑陈数为+1或-1的三重旋转对称性，转变点可由二维半金属相描述。所有这些特征都能从紧束缚模型定量地重复出来，从而揭示其内在的物理。本文极大的拓展了量子反常霍尔效应的材料种类，将会激起实验上的研究兴趣。（李松）

Intrinsic Quantum Anomalous Hall Effect with In-Plane Magnetization: Searching Rule and Material Prediction

Zhao Liu et al.

Phys. Rev. Lett. 121, (2018)

金刚石氮空位中心的局域电荷环境的成像

[编辑推荐语]金刚石氮空位中心受局域电荷的影响比预期的更大，这对于将缺陷用作量子传感器具有重要意义。

表征固态自旋缺陷周围的局域内部环境对于利用它们作为外部场的纳米级传感器至关重要。这与缺陷的整体情况尤其密切相关，它在相互作用，内部场和晶格应变间表现出复杂的相互作用。利用金刚石中的氮空位（NV）中心，Mittiga等人表明在低磁场下局域电场主导NV集合体的磁共振行为。他们引入了一个简单的微观模型，可以定量地获得超过两个数量级NV浓度样品的实验观测谱。在这种模型的推动下，他们提出并实现了一种新的方法，用于金刚石晶格内单个电荷的纳米尺度局域;他们的方法基于电荷会导致一种依赖于电场取向的NV暗态的事实。（方子明）

Imaging the Local Charge Environment of Nitrogen-Vacancy Centers in Diamond

T. Mittiga et al.

Phys. Rev. Lett. 121, (2018)

BiTeI在拓扑相变下

贝里偶极子的剧烈增强

尽管已经存在不同拓扑电子态之间的转变在材料中的预测，但这些转变的实验观测却相对匮乏。这里面的主要困难是要找到能够直接揭露此类转变的可测量属性。本文中，作者在具有强Rashba作用的BiTeI材料中研究压力对其拓扑态的影响。结果显示，在该类材料中，适当的压力可以诱导其在拓扑绝缘态和普通绝缘态之间发生转变。同时，作者证明，在转变过程中会经历外尔（Weyl）半金属态，同时伴随贝里（Berry）偶极子的增强，这可以通过输运和光电子实验探测。进一步研究表明，沿该材料极轴的贝里偶极矢量在平凡的绝缘相和拓扑绝缘相中具有相反的方向，在绝缘体到外尔临界点处达到峰值，此时非线性霍尔电导率可以增加两个以上的数量级。（刘钱）

Strongly Enhanced Berry Dipole at Topological Phase Transitions in BiTeI

J. I. Facio et al.

Phys. Rev. Lett. 121, (2018)

嵌入在机械共振器中的

InAs量子点中的自旋–机械耦合

由于量子相干态对机械运动十分敏感，使得在量子极限下感知运动成为可能。通过操纵量子态，运动可以被诱导、抑制，甚至进入非经典状态，带来了较丰富的物理现象。本文中，作者研究应变对InAs量子点中的空穴自旋与悬臂机械运动之间耦合作用的影响。首先，作者将InAs量子点集成到GaAs机械共振器中，并对其中的光学跃迁和驱动共振器的运动同步测量。结果显示，在Voigt磁场中，电子和空穴自旋的分裂都能被测量到。其中电子自旋的变化可以忽略不计，但空穴自旋的变化却不可忽略，最大可达36%。进一步分析表明，这种巨大的效应是由空穴的自旋轨道耦合远大于电子所导致。（刘钱）

Spin-Mechanical Coupling of an InAs Quantum Dot Embedded in a Mechanical Resonator

S. G. Carter et al.

Phys. Rev. Lett. 121, (2018)

等离激元传输问题的新奇模态近似方法

等离激元使光在纳米尺度上受到限制，一般情况下，纳米粒子等离激元的光谱只受几个谐振模的控制，所以理论上往往用这些谐振模来描述其状态，而不是通过求解完整的麦克斯韦方程。虽然该方法已经成功地应用于由几个模式控制的光学响应，但若用该方法描述较大纳米颗粒的模式却存在较大的困难。本文中，作者采用边界元法和Mie解法对球形粒子进行了分析。结果显示，与小颗粒相比，较大纳米粒子具有更加明显的等离子体峰，与基于共振模式的模拟结果类似。但是，在中等尺度的纳米粒子中，完整的模拟结果与基于共振模式的模拟结果有显著差异。进一步分析表明，谐振模电磁分量之间的固定连接是这一差异的主要来源。（刘钱）

Novel Modal Approximation Scheme for Plasmonic Transmission Problems

G. Unger et al.

Phys. Rev. Lett. 121, (2018)

由Peierls电子–声子耦合

稳定的轻双极化子

人们普遍认为，在常规压力下声子介导的高温超导是不可能的，因为强电子-声子耦合中的极子或双极子非常大的有效质量。在这里，Sous等人通过展示强Peierls耦合中强的束缚导致非常轻的双极化子出现来挑战这一观念。这些双极化子也表现出许多非常规性质; 例如，在强耦合时，存在两条低能双极化子能带，其对强库仑排斥是稳定的。使用数值模拟和分析论证，他们表明这些性质是由声子介导的相互作用的特定形式产生的，即“对跳跃”型而非常规的密度-密度类型。这种不寻常的有效相互作用必然会对预期在有限载流子浓度下产生的超导状态产生非常重要的影响，并且应该有利于大的临界温度的产生。（方子明）

Light Bipolarons Stabilized by Peierls Electron-Phonon Coupling

John Sous et al.

Phys. Rev. Lett. 121, (2018)

自旋梯中的z=2量子临界动力学

通过非弹性中子散射，Blosser等人研究了量子自旋梯形化合物(C₅H₁₂N)₂CuBr₄(BPCB)在磁场诱导动力学指数z=2的量子临界点附近的有限温动力学。他们观察到横向局域动态结构因子普适的有限温度标度，与长期以来的理论预测一致。同时，尽管已经在相当低的温度，他们观察到强烈的非一般的纵向涨落。为了将两者分开，他们利用了自旋梯固有的leg-交换对称性。补充的比热测量还揭示了量子临界点附近显著的标度行为。（方子明）

z=2 Quantum Critical Dynamics in a Spin Ladder

D. Blosser et al.

Phys. Rev. Lett. 121, (2018)

氢在自旋–轨道纠缠的量子液体

候选材料H₃LiIr₂O₆中的作用

虽然自旋-液体基态在蜂窝状晶格中被提出，但是实验上却难于找到实现该类状态的物质。本文中，作者以自旋-轨道纠缠的量子液体候选材料H₃LiIr₂O₆为研究对象，结合密度泛函理论和精确对角化，研究了其磁相互作用的微观性质。结果显示，当层间O-H-O键的几何形状强烈影响局部磁耦合时，由于H位置的零点振动较大，估计的磁性模型接近于铁磁性、锯齿形（zigzag）和不相称螺旋序之间的经典三临界态。进一步地，作者通过用氘 (D)代替H以及用无序引起的不均匀性破坏了O-H或D-O键的稳定性，结果表明，这些操作都能对局部磁耦合产生了强烈的影响。这些结果都显示，H₃LiIr₂O₆中的磁响应可能对化学计量和样品的微观结构都很敏感，并强调了对类似体系中氢的仔细处理的重要性。（刘钱）

Role of Hydrogen in the Spin-Orbital-Entangled Quantum Liquid Candidate H₃LiIr₂O₆

Y. Li et al.

Phys. Rev. Lett. 121, (2018)

单层MoS₂中自旋谷耦合

Landau能级的相互作用和磁输运

单层过渡金属二硫属化物中的强自旋-轨道耦合和反对称性破缺导致自旋-谷耦合的能带结构。这种能带结构导致电子和光电子领域新颖的应用前景。密度泛函理论计算以及光学实验已经将焦点集中在价带中的自旋-谷耦合。在这里，Pisoni等进行了高质量n型单层二硫化钼（MoS₂）样品的磁输运实验，在低至2T的磁场中显示出高分辨的Shubnikov-deHaas振荡。他们发现有效质量为0.7m_e，约为理论预测的两倍大，并且几乎不依赖于磁场和载流子密度。他们进一步检测到第二自旋轨道劈裂带占据在约15meV，即比预测的大约5倍。此外，他们展示了一个复杂的Landau能级谱，这是由密度依赖的塞曼劈裂与自旋和谷劈裂Landau能级之间复杂的相互作用引起的。通过他们样品高电学品质测量得到的这些现象表明了单层MoS₂的导带中相互作用的重要性。（方子明）

Interactions and Magnetotransport through Spin-Valley Coupled Landau Levels in Monolayer MoS₂

Riccardo Pisoni et al.

Phys. Rev. Lett. 121, (2018)

由反铁磁绝缘体诱导的超导体自旋劈裂

受到近期反铁磁体与近邻材料交换耦合进展的启发，Kamra等人证明了使用反铁磁体在超导体中诱导出自旋劈裂的可能性，这能够避免由铁磁体诱导造成的不利影响。作者考虑了超导层的无序界面与两个子晶格磁性绝缘体的微观模型并推导超导体层中矩阵格林函数的Gor’kov方程。他们发现反铁磁绝缘体的有效非补偿界面会在近邻超导体中诱导出很大的且抗无序的自旋劈裂。另外，作者也发现了来自界面无序对自能的影响。在这种模型中，界面的无序模拟了杂质和自旋翻转散射，而且还能打破粒子-空穴和自旋空间的对称性。后一种贡献超出了准经典近似的范围因此不会对超导态有着明显的影响。（李松）

Spin Splitting Induced in a Superconductor by an Antiferromagnetic Insulator

Akashdeep Kamra et al.

Phys. Rev. Lett. 121, (2018)

碳纳米管量子点中SU(2)和SU(4)近藤区域

受多重安德列夫反射增强的散粒噪声

Hata等人研究了与超导电极相连的碳纳米管量子点中的散粒噪声对近藤关联效应和超导性相互作用的敏感性。作者通过调节门电压的大小清楚的识别出SU(2)和SU(4)近藤区域。作者通过超导态的Fano因子发现了散粒噪声的增强。这种增强效果在低偏压下的发散趋势要大于现有理论预期的由多重安德列夫反射造成的增益效果，而且这种效应在SU(4)区域下比SU(2)区域更为显著。本文的结果表明这种增强效应的成因与近藤效应有关。（李松）

Enhanced Shot Noise of Multiple Andreev Reflections in a Carbon Nanotube Quantum Dot in SU(2) and SU(4) Kondo regimes

Tokuro Hata et al.

Phys. Rev. Lett. 121, (2018)

电子转移诱导的热整流和热电整流

使用整流器操控热流和电流的大小和方向对分子电路的设计有着重要应用。为了在这种分子结构中实现新的输运现象，Graven等人研究了在有温度梯度情况下分子之间的电子转移过程所诱导的热整流和热电整流效应。目前已知的能够在纯分子环境中产生热整流的热传导机制只有声子热输运。在本文中作者发现有着不同局域温度的分子格点间的电子转移也能够产生热整流效应，并且在不同温度下通过连接金属电极的分子桥的电子跃迁会产生不对称的塞贝克效应，也就是分子结中的热电整流。（李松）

Electron-Transfer-Induced Thermal and Thermoelectric Rectification

Galen T. Craven et al.

Phys. Rev. Lett. 121, (2018)

软物质与交叉科学

导读：张鑫洁；责编：严钢

界面上的链连接性

对纳米嵌段共聚物的动力学的影响

荧光标记法可用于测量复杂聚合物系统中某个组分或某个位置的玻璃化温度。在之前的工作中，Christie等人利用与温度相关的荧光光谱法研究了具有较大的玻璃化温度差异的纳米嵌段共聚物的组分动力学。本文中，他们进一步研究了混合于层状聚（甲基丙烯酸正丁酯-甲基丙烯酸乙酯）二嵌段共聚物（PBMA-PMMA）中的低浓度聚（甲基丙烯酸甲酯）均聚物（PMMA-py）的玻璃化温度Tg，从而进一步理解Tg的软约束。通过比较荧光标记驻留在PMMA均聚物上与共聚物的PMMA嵌段上的情况，作者发现PMMA均聚物的Tg比处于相同位置的共聚物嵌段的Tg高10K，表明界面处的共价键对共聚物链动力学的扰动有着显著的贡献。

Role of Chain Connectivity across an Interface on the Dynamics of a Nanostructured Block Copolymer

Dane Christie et al.

Phys. Rev. Lett. 121, (2018)

纠缠聚合物溶液

在拉伸流中的构型微相分离

迄今为止，有关平面拉伸流中的聚合物线团-伸展转变的理论和实验主要是针对稀溶液。在浓度较高的溶液中，聚合物链彼此纠缠，传统实验很难实现。在本文中，Sefiddashti等人通过虚拟实验，即通过原子尺度的分子动力学模拟来跟踪系统的相空间轨迹对平面拉伸流场的响应，揭示出纠缠聚乙烯熔体在平面拉伸流下微相分离成由高度拉伸或紧密蜷曲的大分子区域组成的非均相液体，从而为两相线团-伸展转变提供了有力的证据。

Configurational Microphase Separation in Elongational Flow of an Entangled Polymer Liquid

M. Nafar Sefiddashti et al.

Phys. Rev. Lett. 121, (2018)

垂直向列相环面上曲率诱导的扭曲

Ellis等人将具有垂直锚定的向列相液晶局限于稳定的环形液滴中，研究了几何形状对平衡指向矢构型的影响。结果表明，其平衡态是手性的，即一种扭曲和逃逸的径向指向矢构型，这与柱状约束的情况不同；随着环半径与管半径之比的减小，扭曲变形的幅度会增大，这一点被光学偏振显微镜纹理的计算机模拟证实。此外，数值计算还表明，局部几何形状确实影响会扭曲变形的幅度。作者使用弯曲的圆柱形毛细管对这种曲率诱导的扭曲做了进一步的证实。

Curvature-Induced Twist in Homeotropic Nematic Tori

Perry W. Ellis et al.

Phys. Rev. Lett. 121, (2018)

缓慢剪切颗粒材料的能量涨落

[编辑推荐语]实验测量了剪切作用下的圆盘无序阵列的“温度”。

受剪切应变影响的颗粒材料的各种涨落性质一直以来备受关注，并且已有大量相关的实验和计算的工作。然而，由于颗粒尺度的相互作用很难测量，目前还没有关于颗粒尺度的能量涨落的研究。Zheng等人以各向同性阻塞态为初态，首次对光弹圆盘中缓慢剪切层的颗粒尺度能量涨落进行了实验测量。研究表明，颗粒尺度能量涨落类似于温度噪声场，在任意给定的剪切应变γ下均会呈现出新的、波尔兹曼型、双指数分布。根据软玻璃流变理论，作者从能量涨落的统计中提取了有效温度χ，并将颗粒材料缓慢的启动剪切（剪切从各向同性阻塞态开始）解释为“老化”过程：一开始χ< 1，随着γ的增加χ逐渐趋于1，类似于自旋玻璃、热玻璃和块状金属玻璃。

Energy Fluctuations in Slowly Sheared Granular Materials

Jie Zheng et al.

Phys. Rev. Lett. 121, (2018)

具有淬火无序的有序集群

在没有淬火无序的情况下，非线性、非平衡效应能够使二维集群(flocks)产生长程有序。而对平衡态铁磁体的研究表明，任意弱的淬火随机场均会破坏空间维度小于等于4的长程铁磁有序。那么一个有趣的问题是：当存在淬火无序时，集群中的长城有序是否稳定。Toner等人通过对淬火无序下的集群的非线性流体力学方程进行解析从而回答了这个问题。结果显示，与铁磁体相比，集群对淬火无序具有更强的鲁棒性。具体而言，由于强非线性效应，集群可以在三维中形成长程有序，在二维中形成准长程有序。这与平衡态的情况完全不同。在平衡态系统中，二维上只能实现短程有序，在三维上只能实现准长程有序。作者对二维空间的理论预测得到了数值模拟结果的证实。

Swarming in the Dirt: Ordered Flocks with Quenched Disorder

John Toner et al.

Phys. Rev. Lett. 121, (2018)

可变形多边颗粒的阻塞

许多实际物理系统可以建模为柔软可变形颗粒的填充，如细胞单层、发育组织、压缩泡沫、乳液等。Boromand等人提出了一种可变形颗粒模型，该模型与顶点模型一样用形状-能量函数对个体软颗粒进行刻画，而且允许颗粒的任意形变。作者主要研究了形状-能量函数对面积、周长以及粒子间斥力都是最小化的二维可变形多边形颗粒，发现填充率随着颗粒非球面性A的增加而增加，直到汇合处的A^*= 1.16。通过计算可变形颗粒填充的剪切模量，发现在A^*以上及A^*以下可变形颗粒填充均为固态，有助于将顶点模型中A^*处的固-液相变理解为从张力主导区域到压缩主导区域的转变。

Jamming of Deformable Polygons

Arman Boromand et al.

Phys. Rev. Lett. 121, (2018)

弹性薄膜覆盖的液滴可以

变成圆形、椭圆形或近似方形

[编辑推荐语]研究人员可以通过将液滴置于两个拉伸的弹性薄膜之间来改变液滴的形状，从而使液滴成为一个微小的可调节透镜。

尽管柔软或柔顺固体上的局部润湿已经受到极大的关注，本文作者却提出了一种新颖的几何结构来研究局部润湿，其中液滴被一层拉紧的弹性薄膜所覆盖。结果显示，调节张力可以控制接触角和液滴的形态。运用Young-Dupré定律模拟接触线上的界面张力与机械张力的平衡，可以很好地描述仅具有一个自由参数的接触角随张力的变化，该自由参数可以确定弹性体-液体界面张力。作者进一步证明了，弹性薄膜作为局部润湿的边界条件可以产生具有可调纵横比的椭圆形液滴，甚至可以产生方形的液滴。该系统可用于制造可调节的液体透镜，并提供了一种独特的液体图案处理方法。

Droplets Capped with an Elastic Film Can Be Round, Elliptical, or Nearly Square

Rafael D. Schulman et al.

Phys. Rev. Lett. 121, (2018)

微生物活性膜驱动的养分输运

[封面文章]细菌或自驱动胶体的活性膜（“地毯”carpet）产生的相干流从根本上改变了生物功能性受限与营养物质供给受限的局面，为资源补给与活性增强提供了有效的途径。Mathijssen等人证明了这种相干输运是由密度、活性或取向的梯度引起的，而这些梯度来自于集体行为的长程有序。拓扑和几何在活性流体中也起到了至关重要的作用。作者根据活性物质密度和速度梯度建立了完整的理论，并应用于细菌湍流、拓扑缺陷和聚簇，同时将流动的时空相干性与集体动力学进行了比较。结果表明，活性“地毯”结构的多样性对生物功能是至关重要的。

Nutrient Transport Driven by Microbial Active Carpets

Arnold J. T. M. Mathijssen et al.

Phys. Rev. Lett. 121, (2018)