专栏名称: 今日新材料

中国材料研究学会每日发布新材料最新动态。

PRL导读-2025年134卷02期

今日新材料 · 公众号 · · 2025-02-05 00:23

正文

序言

京师物理公众号本着服务于中国物理学者和物理专业研究生的宗旨，根据PRL摘要和引言对本期部分文章进行中文导读。由于水平有限，不免出现一些不准确的地方乃至错译的地方。公众号下方有留言功能，欢迎专家学者通过留言指出不准确或错译的地方，共同提高公众号的服务质量。留言经编辑确认后，会显示在文章下方，供后来浏览者参考。

提前祝各位读者春节快乐！春节期间停止更新第3，4，5期。

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01 量子信息与科技（9篇）

02 宇宙学、天体物理与引力（1篇）

03 基本粒子与场论（4篇）

04 原子核物理（6篇）

05 原子、分子与光学（8篇）

06 流体力学、行星科学与气候（无）

07 等离子体与束流物理（3篇）

08 凝聚态物质与材料（17篇）

09 统计物理与复杂系统（3篇）
10 软物质与生物物理（2篇）

量子信息与科技

责编：艾清

01-01

多体系统中信号传播速度的极限：量子信息视角

Lieb-Robinson 界限指出，复杂多体系统各组成部分之间相互作用的范围和强度对信号传播的速度施加了上限。它表现为连接两个遥远子系统的相关函数的光锥状增长。在这里，作者采用量子信息技术来证明 Lieb-Robinson 界限可以通过对连接到多体系统的单个量子比特进行的局部测量来确定。该公式为估算复杂系统中的 Lieb-Robinson 界限提供了一个操作方案，用简单的单粒子操作代替了相关函数的测量。作者通过推导 XY 自旋链中信号传播速度的上限来证明这种方法的有效性。

（刘承葛）

Limits to Velocity of Signal Propagation in Many-Body Systems: A Quantum Information Perspective

P. Wysocki and J. Chwedeńczuk

Phys. Rev. Lett. 134, 020201 (2025)

https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.134.020201

01-02

量子相干性在动力学不确定性关系中的作用

动力学不确定性关系根据每单位时间的跃迁次数（称为动力学活动）限制了随机电流的信噪比。这种束缚是在经典背景下推导出来的，由于相干效应，在量子体系中可能会被打破。然而，尽管进行了大量研究，但迄今为止，动力学不确定性关系的违背与量子相干性之间的确切联系仍然难以捉摸。在这篇快报中，作者通过推导一个修改后的界限来解决这个问题，该界限精确地指出了连续性如何以及何时可能导致动力学不确定性关系的违背。作者的界限对量子主方程的特定解很敏感。因此，它允许人们比较量子跳跃和量子扩散，并了解在每种情况下量子相干性如何影响波动。作者在双量子点上展示了作者的结果，其中电子电流通过电子跳跃检测或连续扩散电荷测量来监测。

（刘承葛）

Role of Quantum Coherence in Kinetic Uncertainty Relations

K. Prech, P. P. Potts, and G. T. Landi

Phys. Rev. Lett. 134, 020401 (2025)

https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.134.020401

01-03

长程相互作用系统的热面积定律

二分信息测度的面积定律是量子多体物理学最基本的方面之一。在热平衡中，只要系统具有短程相互作用，互信息的面积定律在任意温度下普遍成立。在幂律衰减相互作用 r ^-α （ r 是距离）的系统中，热面积定律的条件难以捉摸。在这篇快报中，作者的目的是阐明热面积定律普遍适用的最佳条件 α>α _c 。考虑这些条件的标准方法是关注两个子系统之间边界相互作用的大小。然而，作者在这里发现，热面积定律比这一传统论点所暗示的更稳健。作者通过 α _c =(D+1)/2 （ D 是晶格的空间维度）展示了热面积定律的最佳阈值，假设二分相关性的聚类呈幂律衰减。值得注意的是，这个条件甚至包括热力学不稳定的状态 α>D 的幂律聚类定理，可以无条件证明热面积定律。此外，对数负度的数值计算表明，相同的标准 α>(D+1)/2 适用于量子纠缠的热面积定律。

（刘承葛）

Thermal Area Law in Long-Range Interacting Systems

D. Kim, T. Kuwahara, and K. Saito

Phys. Rev. Lett. 134, 020402 (2025)

https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.134.020402

01-04

保护测量引起的相变免受噪声影响

随机酉门引起的加扰动力学可以保护信息免受低速率测量的影响，这是测量诱导相变现象的基础。然而，典型的退相干噪声会破坏体积定律相位，使在有噪声的中间尺度量子器件上观察测量诱导相变现象变得复杂。在这里，作者证明了结合量子增强操作可以有效地保护测量诱导相变现象免受环境噪声的影响，从而能够在实验中检测到它。这种转变的特征是条件纠缠熵，它与统计力学模型有关，在该模型中，噪声和量子增强操作充当竞争的外部随机场。当净外场为零时，预计会发生铁磁 — 顺磁相变，从而导致测量诱导相变现象。这种零场条件也确保了平均设备环境的对称性，使条件纠缠熵成为纠缠的有效探测，并将这种转变确立为真正的纠缠相变。此外，作者通过数值结果，证明了在去相位噪声下（ 2×1 ）维量子电路中的测量诱导相变现象。作者还提出了一种估计噪声率的方法，使零场条件能够通过实验实现，并确保作者协议的可行性。作者的结果是量子增强在对抗噪声方面的力量的一个具体例子。

（刘承葛）

Protect Measurement-Induced Phase Transition from Noise

Dongheng Qian and Jing Wang

Phys. Rev. Lett. 134, 020403 (2025)

https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.134.020403

01-05

混沌散射中共振态的半经典极限

量子混沌散射系统中的共振态具有取决于其衰减速率的多重分形结构。作者展示了经典动力学如何描述半经典极限下所有衰变率的这种结构。混沌散射系统的这一结果对应于封闭混沌系统的公认量子遍历性。具体来说，作者推广了 Perron-Frobenius 算子的 Ulam 矩阵近似，得到了各种衰变率的条件不变测度。有许多矩阵近似会导致相同的衰减率，作者推测了一个选择与共振态相关的矩阵近似的标准。在数值上，作者证明了半经典极限中的共振态收敛到所选的度量。示例系统是介电腔、三盘散射系统和开放量子图。

（刘承葛）

Semiclassical Limit of Resonance States in Chaotic Scattering

R. Ketzmerick, F. Lorenz, and J. R. Schmidt

Phys. Rev. Lett. 134, 020404 (2025)

https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.134.020404

01-06

用于优化量子纠错的非马尔可夫反馈

玻色子编码利用谐振子的无限大希尔伯特空间，允许在一个单一组件设备中对逻辑量子比特进行编码。特别是， Gottesman-Kitaev-Preskill 码最近已被证明在相同的系统中，其纠错能力远远超过了最佳被动编码的损益平衡点。目前针对该系统的量子纠错方法基于使用反馈的协议，但响应仅基于最新的测量结果。在作者的工作中，作者使用最近提出的反馈 -GRAPE （带反馈的梯度上升脉冲工程）方法来训练一个循环神经网络，该网络提供了一种基于记忆的量子纠错方案，以非马尔可夫方式对先前测量结果的完整历史作出响应，优化所有后续的酉操作。这种方法显著优于当前策略，并为更强大的基于测量的量子纠错协议铺平了道路。

（张皓玥）

Non-Markovian Feedback for Optimized Quantum Error Correction

M. Puviani, S. Borah, et al.

Phys. Rev. Lett. 134, 020601 (2025)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.134.020601

01-07

中路测量的泡利噪声学习

目前用于中路测量的基准在可扩展性或可量化的误差类型方面受到限制，因此需要量化中路测量性能的新技术。在这里，作者介绍了一种在中路测量中学习随机泡利噪声的理论，并用它来创建中路测量循环基准测试，这是一种可扩展的中路测量基准测试方法。中路测量周期基准提取了中路测量和 Clifford 门随机编译层错误率的详细信息，并演示了其结果如何用于量化当前量子硬件上中路测量期间的相关错误。作者的方法可以与现有的泡利噪声学习技术相结合，以可扩展地表征包含中路测量的各种电路的误差。

（张皓玥）

Pauli Noise Learning for Mid-Circuit Measurements

J. Hines and T. Proctor

Phys. Rev. Lett. 134, 020602 (2025)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.134.020602

01-08

超导体量子比特中共振诱导相位的长程 𝑍𝑍 相互作用

超导量子计算成为实现量子优势的主要候选之一。然而，一个主要的挑战是编码开销，这是由于有限的量子连接，受到超导量子比特之间最近邻耦合的限制。在这里，作者提出了一种新的多模耦合方案，使用两个微波驱动的三个谐振器，基于谐振器诱导相位门，以延长量子比特之间的 𝑍𝑍 相互作用距离。在 1.4 GHz 的自由频谱范围下，作者展示了 160 ns 内保真度超过 99.9% 的可控 - 𝑍 门。并且通过优化驱动脉冲，在 0.2 GHz 的自由频谱范围下，作者进一步将 100 ns 内的残留光子减少到接近 10 ^-3 。这有助于远距离可控 - 𝑍 门达到亚米的距离，从而显着增强量子比特的连通性，并朝着量子处理器的可扩展集成和模块化迈出了实际的一步。具体来说，作者的方法支持需要高连接性的量子纠错码的实现，例如为实现容错量子计算铺平道路的低密度奇偶校验码。

（张皓玥）

Long-Range 𝑍𝑍 Interaction via Resonator-Induced Phase in Superconducting Qubits

Xiang Deng, Wen Zheng, et al.

Phys. Rev. Lett. 134, 020801 (2025)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.134.020801

01-09

量子通信中纠缠协助的基本限制

通过预共享纠缠可以提高量子信道上可靠通信的最佳速率。尽管在无限维环境中，即使输入功率受到限制，增强也可能是无界的，但一个长期存在的猜想断言，在有限维环境中，纠缠辅助和非辅助经典容量之间的比率是有界的。在这篇快报中，作者证明了这个猜想，证明它们的比值上界是 𝑜 ( 𝑑 ² ) ，其中 𝑑 是通道的输入维数。他们给出了带噪声的编码器和解码器在量子通信中的应用。

（张皓玥）

Fundamental Limit on the Power of Entanglement Assistance in Quantum Communication

L. H. Wolff, P. Belzig, et al.

Phys. Rev. Lett. 134, 020802 (2025)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.134.020802

宇宙学、天体物理与引力

导读：狄振博；责编：郭敏勇

02-01

使用 Pierre Auger 观测站与深度学习推测能量在 1018.5 到 1020eV 间宇宙线的质量组成

作者发表了浴最大值 X _max 大气深度的测量结果，首次在逐个事件的水平上进行了推断，使用的是 Pierre Auger 观测站的表面探测器。使用深度学习，作者能够将 X _max 分布的测量范围扩大到 100EeV （ 10 ²⁰ eV ），现有的观测尚未涉及，这为理解极端能量条件下宇宙线的质量组成提供了帮助。相较于荧光探测数据，此方法在统计上有十倍的提升，作者发现有能量对数的平均 X _max 的变化率有三个破缺，分别在 6.5±0.6 （ stat ） ±1 （ syst ） EeV 、 11±2 （ stat ） ±1 （ syst ） EeV 、 31±5 （ stat ） ±3 （ syst ） EeV 处，位于三个宇宙线通量的主要特征（踝、背、抑制）附近。平均值的能量演化与测得的 X _max 分布的标准偏离表明，质量分布会逐渐加重且纯化，因此与 50 到 100EeV 的轻原子核大组分不相容。

Inference of the Mass Composition of Cosmic Rays with Energies from 10 ^18.5 to 10 ²⁰ eV Using the Pierre Auger Observatory and Deep Learning

A. Abdul Halim et al. (Pierre Auger Collaboration)

Phys. Rev. Lett. 134, 021001 (2025)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.134.021001

基本粒子与场论

责编：晁伟，刘晓辉、 ChatGPT4.0

03-01

交错费米子的量子化轴向电荷与手性异常

在具有有限维希尔伯特空间的交错费米子的 1+1 维超局域格点哈密顿量中，有两个守恒的整数值电荷，在连续极限中分别对应无质量狄拉克费米子的矢量电荷和具有微扰异常的轴向电荷。这两个格点电荷各自生成一个普通的 U(1) 全局对称性，该对称性可局部作用于算符上，并可以单独进行规范化。有趣的是，在有限的格点系统中，它们不对易，并生成了 Onsager 代数；然而，它们的对易子在连续极限中趋于零。这种手性异常通过该非阿贝尔代数得以体现，这与 Nielsen-Ninomiya 定理是一致的。作者进一步证明，这两个守恒的格点电荷的存在约束了低能相位必须是无能隙的，这类似于连续场论中连续的全局对称性微扰异常的结果。在进行玻色化后，这两个电荷在 XX 模型中对应两个精确的 U(1) 对称性，并在自由玻色子共形场论中分别流向动量和绕圈对称性。

Quantized Axial Charge of Staggered Fermions and the Chiral Anomaly

Arkya Chatterjee, Salvatore D. Pace, and Shu-Heng Shao

Phys. Rev. Lett. 134, 021601 (2025)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.134.021601

03-02

在未来轻子对撞机上区分狄拉克型与马约拉纳型重中微子

作者提出通过在轻子对撞机上统计粒子快速度分布的峰值，来鉴别惰性中微子是狄拉克型还是马约拉纳型。作者的方法仅需标记一个带电轻子，一旦惰性中微子被确认，其本质便可被确定。

Distinguishing Dirac from Majorana Heavy Neutrino at Future Lepton Colliders

Qing-Hong Cao （曹庆宏） , Kun Cheng, and Yandong Liu （刘言东）

Phys. Rev. Lett. 134, 021801 (2025)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.134.021801

03-03

利用在核反应堆的 NEON 实验首次进行轻暗物质的直接搜索

We report new results from the neutrino elastic scattering observation with NaI (NEON) experiment in the search for light dark matter (LDM) using 2636 kg·days of NaI(Tl) exposure. The experiment employs an array of NaI(Tl) crystals with a total mass of 16.7 kg, located 23.7 m away from a 2.8 GW thermal power nuclear reactor. We investigated LDM produced by the invisible decay of dark photons, a well-motivated mechanism generated by high-flux photons during reactor operation. The energy spectra collected during reactor-on and reactor-off periods were compared within the LDM signal region of 1–10 keV. No signal consistent with LDM interaction with electrons was observed, allowing us to set 90% confidence level exclusion limits on the dark matter-electron scattering cross section ( 𝜎𝑒 ) across dark matter masses ranging from 1 to 1000 keV/c ² . Our results set a 90% confidence level upper limit of 𝜎 _𝑒 =3.17×10 ⁻³⁵ cm ² for a dark matter mass of 100 keV/c ² , marking the best laboratory result in this mass range. Additionally, our search extends the coverage of LDM below 100 keV/c ² for the first time, assuming the specific invisible decay of dark photons.

First Direct Search for Light Dark Matter Using the NEON Experiment at a Nuclear Reactor

J. J. Choi and et al., (NEON Collaboration)

Phys. Rev. Lett. 134, 021802 (2025)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.134.021802

03-04

Λ ⁺ _𝑐 →Λ 𝑎 ₀ (980 ⁾⁺ 的观测以及在 Λ ⁺ _𝑐 →Λ 𝜋 ⁺ 𝜂 中 Σ(1380) ⁺ 的证据

Based on 6.1 fb ⁻¹ of 𝑒 + 𝑒 − annihilation data collected at center-of-mass energies from 4.600 to 4.843 GeV with the BESIII detector at the BEPCII collider, a partial wave analysis of Λ ⁺ _𝑐 →Λ 𝜋 ⁺ 𝜂 is performed, and branching fractions and decay asymmetry parameters of intermediate processes are determined. The process Λ ⁺ _𝑐 →Λ 𝑎 ₀ (980 ⁾⁺ is observed for the first time, and evidence for the pentaquark candidate Σ(1380) ⁺ decaying into Λ 𝜋 ⁺ is found with statistical significance larger than 3 𝜎 with mass and width fixed to theoretical predictions. The branching fraction product ℬ[Λ ⁺ _𝑐 →Λ 𝑎 ₀ (980 ⁾⁺ ]ℬ[ 𝑎 ₀ (980) ⁺ → 𝜋 ⁺ 𝜂 ] is determined to be (1.05±0.16stat±0.05syst±0.07ext)%, which is larger than theoretical calculations by 1–2 orders of magnitude. Here the third (external) systematic is from ℬ(Λ ⁺ _𝑐 →Λ 𝜋 ⁺ 𝜂 ). Finally, we precisely obtain the absolute branching fraction ℬ(Λ ⁺ _𝑐 →Λ 𝜋 ⁺ 𝜂 )=(1.94±0.07stat±0.11syst)%.

Observation of Λ ⁺ _𝑐 →Λ 𝑎 ₀ (980 ⁾⁺ and Evidence for Σ(1380) ⁺ in Λ ⁺ _𝑐 →Λ 𝜋 ⁺ 𝜂

M. Ablikim et al. (BESIII Collaboration)

Phys. Rev. Lett. 134, 021901 (2025)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.134.021901

原子核物理

导读：温叶斌；责编：王亚坤

04-01

通过超氚核与反超氚核在重离子碰撞中的全局极化来研究其自旋

理解超核的性质对于约束超子 - 核子（ Y-N ）相互作用的特性至关重要，而 Y - N 相互作用在决定致密星体内部结构方面起着关键作用。最轻的超核和反超核分别是由一对核子和一个 Λ 超子组成的超氚核（ ³ _Λ H ）及其反核（反超氚核）。近年来，人们对超氚核的质量、寿命和结合能有了重要认识。然而，实验和理论研究均未能确定其确切的自旋是 1/2 还是 3/2 。 Kai-Jia Sun 等人提出了一种新方法，即利用重离子碰撞中超氚核的全局极化来确定其总自旋和内部自旋结构。该方法基于以下的发现：当重离子碰撞中的质子、中子和 Λ 超子聚结形成超氚时，其三种不同的自旋结构会表现出不同的全局极化随束流能量的依赖关系。因此，未来对超氚核与反超氚核全局极化的观测将有望揭示它们的自旋结构及其在重离子碰撞中的产生机制。

Deciphering Hypertriton and Antihypertriton Spins from Their Global Polarizations in Heavy-Ion Collisions

Kai-Jia Sun et al.

Phys. Rev. Lett. 134, 022301 (2025)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.134.022301

04-02

利用 √ s _NN = 200 GeV 的 d + Au 碰撞中的直接光子来区分高横动量中性 π 介子产生中的中心度偏置和末态效应

PHENIX 合作组在质心能量为 √ s _NN = 200 GeV 的 d + Au 碰撞中，针对根据事件活度（即在前向快度区域探测到的带电粒子多重性）选择给出的不同事件样本，首次同时测量了横向动量 p _T 范围在 7.5 至 18 GeV/ c 的直接光子和 π ⁰ 的产生。他们利用直接光子产额经验性地估计不同事件样本中硬散射过程的贡献。基于该估计结果，得到平均核修正因子 R ^π0 _dAu,EXP 的值为 0.925 ± 0.023 （ stat ） ± 0.15 （ scale ），这与最小偏置（ MB ） d + Au 碰撞中的单位值 1 一致。对于低事件活度和中等事件活度的事件而言， R ^π0 _dAu,EXP 在 5% 的不确定性范围内与 MB 值一致。这一结果证明，之前在低事件活度的小系统碰撞中观察到的高横向动量 π ⁰ 产额的增强，是由于在 Glauber 框架下解释事件活跃度存在偏置导致的。相反，对于事件活跃度最高的前 5% 的事件， R ^π0 _dAu,EXP 相对于 MB 值被抑制了 20% ，显著性为 4.5σ ，这可能是由于末态效应引起的。这种抑制与横向动量 p _T = 9GeV/ c 时的偏移 δ p _T = 0.213 ± 0.055 GeV/ c 相对应。

Disentangling Centrality Bias and Final-State Effects in the Production of High- p _T Neutral Pions Using Direct Photon in d + Au Collisions at √ s _NN = 200 GeV

N. J. Abdulameer et al.

Phys. Rev. Lett. 134, 022302 (2025)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.134.022302

04-03

利用多奇异强子的逐事件产生探测奇异强子化

Acharya 等人基于 ALICE 合作组在每核子对质心能量为 √ s _NN = 5.02 TeV 的 pp 、 p-Pb 和 Pb-Pb 碰撞中收集的数据，首次测量了多奇异重子 Ξ ^- 和 Ξ ⁺ 净数目（粒子与反粒子多重数之差）的逐事件涨落，并研究了其与净介子数的关联。统计强子化模型成功地描述了实验结果，该模型考虑了相同和相反奇异数的强子之间所存在的、跨越三个快度区间的关联。另一方面，弦碎裂模型（主要关联小快度范围内具有相反奇异夸克的奇异强子）则无法描述这些数据。

Probing Strangeness Hadronization with Event-by-Event Production of Multistrange Hadrons

S. Acharya et al.

Phys. Rev. Lett. 134, 022303 (2025)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.134.022303

04-04

踏入不稳定性之海：新的亚微秒超重核 ²⁵² Rf

[ Featured in Physics ] [ 编辑推荐 ] 发现了同位素 ²⁵² Rf ，其基态裂变半衰期仅为 60 ns ，该发现能帮助理论家们理解超重元素的宇宙合成。

Khuyagbaatar 等人发现了新的同位素 ²⁵² Rf 。该同位素的半衰期极短，为 $60^{+90}_{-30}$ ns ，这使得已知超重核的半衰期范围扩大了约两个数量级。 ²⁵² Rf 是在其高 K 同核异能态下合成的， Khuyagbaatar 等人测得该核态的半衰期为 $13^{+4}_{-3}$ μs 。他们的结果证实了，在向着同位素边界 $10^{-14}$ s （这个时间是形成一个原子壳层所需的时间）靠近的过程中，缺中子的 Rf 同位素的基态自发裂变的半衰期平稳减少。他们的发现为进一步探索最重原子核中与高 K 态和反向裂变稳定性相关的现象树立了新的基准。

Stepping into the Sea of Instability: The New Sub-μs Superheavy Nucleus ²⁵² Rf

J. Khuyagbaatar et al.

Phys. Rev. Lett. 134, 022501 (2025)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.134.022501

04-05

⁷⁸ Zr 激发态的首次确认及其对原子核同位旋不守恒力的影响

从根本上讲，质子与质子、质子与中子以及中子与中子之间的相互作用并不完全相同。当比较 T = 1 三重态核中（同质异位）相似态的激发能时，这种同位旋不守恒的相互作用就会显现出来。 Zimba 等人将此类分析拓展到 A = 78 ， T = 1 的三重态系统（这是具有此类完整数据的最重的系统），得到的结果与目前的理论严重不符。他们采用开创性的反冲 β-β 标记技术确定出 ⁷⁸ Zr 的激发态，得到 ⁷⁸ Zr 的半衰期为 25 ⁺¹⁷ _-8 ms ，并将 ⁷⁸ Y 中 T = 1 的带拓展到了 J ^π = (10 ⁺ ) 。

First Identification of Excited States in ⁷⁸ Zr and Implications for Isospin Nonconserving Forces in Nuclei

G. L. Zimba et al.

Phys. Rev. Lett. 134, 022502 (2025)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.134.022502

04-06

¹⁵⁴ Sm 同位旋矢量巨偶极共振的 γ 衰变：将 Smekal-Raman 散射作为探测原子核基态形变的新型探针

Kleemann 等人采用 2 ₁ ⁺ -Smekal-Raman 散射和线性极化准单色光子束的弹性散射测量了形变核 ¹⁵⁴ Sm 同位旋矢量巨偶极共振（ IVGDR ）的 γ 衰变。他们利用这两个散射过程所具有的不同角分布来区分这两种散射过程。他们在覆盖 ¹⁵⁴ Sm IVGDR 的六个激发能量下，测定了两种散射过程的分支比和截面。测量结果都与描述 IVGDR 的几何模型预测相符，证实了 γ 衰变是一个对共振结构敏感的观测量。因此，这些数据对原子核形状，包括三轴形变自由度，提供了严格的限制。得到的 ¹⁵⁴ Sm 的形状参数 β 和 γ 分别为 0.2925(25) 和 5.0(15)° ，这与其他测量结果以及最近的蒙特卡罗壳模型计算相吻合。

Gamma Decay of the ¹⁵⁴ Sm Isovector Giant Dipole Resonance: Smekal-Raman Scattering as a Novel Probe of Nuclear Ground-State Deformation

J. Kleemann et al.

Phys. Rev. Lett. 134, 022503 (2025)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.134.022503

原子、分子与光学

导读：朱利担；责编：严运安

05-01

具有 2.5×10 ^-18 系统不确定度的 ¹¹⁵ In ⁺ − ¹⁷² Yb ⁺ 库仑晶体时钟

[ Featured in Physics ] [ 编辑推荐 ] 研究人员利用一系列囚禁离子构建了一种光学时钟，这种架构可以扩展以提高时钟的精度。

作者基于 ¹¹⁵ In ⁺ 离子中的 ¹ S ₀ ↔ ³ P ₀ 跃迁展示了一种可扩展的混合种类库仑晶体时钟。 ¹⁷² Yb ⁺ 离子与 ¹¹⁵ In ⁺ 离子被共同捕获，并用于协同冷却。具有置换控制的条件准备序列确保了混合种类库仑晶体的可重复询问条件。作者展示了使用 ¹ In ⁺ − ³ Yb ⁺ 晶体的时钟操作，实现的相对系统不确定度为 2.5×10 ^-18 ，相对频率不稳定性为 1.6×10 ^-15 /( 𝜏 /1s) ^1/2 。作者报告了绝对频率测量，不确定度为 1.3×10 ^-16 ，并与基于 ¹⁷¹ Yb ⁺ （ 𝐸 3 ）和 ⁸⁷ Sr 的时钟进行了光学频率比较。前者的频率比值具有 4.4×10 ^-18 的分数不确定度，就作者所知，这是迄今为止报告的最精确频率比值。对于 ¹¹⁵ In ⁺ / ⁸⁷ Sr 比值，作者将之前的最佳测量值提高了一个数量级以上。作者还展示了使用四个 ¹¹⁵ In ⁺ 时钟离子的操作，将不稳定性降至 9.2×10 ^-16 /( 𝜏 /1s) ^1/2 。

¹¹⁵ In ⁺ − ¹⁷² Yb ⁺ Coulomb Crystal Clock with 2.5×10 ^-18 Systematic Uncertainty

H. N. Hausser, et al.

Phys. Rev. Lett. 134, 023201 (2025)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.134.023201

05-02

非平衡封闭量子系统中弛豫阶段的观察：被囚禁超流体中的衰减湍流

非平衡封闭量子系统的动力学及其热化过程是从宇宙学到粒子物理学等多个领域的基本问题。然而，非平衡现象的全面描述仍然是一个重大挑战。本文中，作者报告了在被囚禁的玻色 - 爱因斯坦凝聚体中，对衰减湍流弛豫过程不同阶段的观察。作者的实验结果表明，系统中能量注入引发了从低动量到高动量的直接粒子级联，表现出典型的普适性尺度。这个阶段之后是逆向粒子级联，负责重新填充之前被耗尽的凝聚体。这两个级联过程可以通过波湍流理论提供的自相似解来解释。这些实验结果为非平衡量子多体系统的弛豫阶段提供了重要见解。

Observation of Relaxation Stages in a Nonequilibrium Closed Quantum System: Decaying Turbulence in a Trapped Superfluid

M. A. Moreno-Armijos, et al.

Phys. Rev. Lett. 134, 023401 (2025)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.134.023401

05-03

量子点探测器连续电荷传感下电子两能级系统的相干性

作者通过实验研究了在连续电荷探测下，双量子点中电子两能级系统的量子相干性。两能级系统的电荷态通过电容耦合的单量子点探测器进行监测，该探测器对系统施加了反作用效应。测量到的反作用效应可以通过一个附加的退相干率来很好地描述，该退相干率大致与探测器电子隧穿率成线性关系。作者为由探测器电荷波动引起的能级失谐波动所导致的退相干率提供了一个模型。该理论预测的退相干率比实验观察到的低了 2 倍，这表明需要一个更为精细的理论来解释其他的退相干源。

Coherence of an Electronic Two-Level System under Continuous Charge Sensing by a Quantum Dot Detector

Subhomoy Haldar, et al.

Phys. Rev. Lett. 134, 023601 (2025)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.134.023601

05-04

通过多模谐振器进行量子态传输

大规模容错超导量子计算需要快速量子通信，将不同芯片上制备的量子比特联网，并通过长程耦合器实现高效的量子纠错码。用于这些目的的量子通道最好用多模谐振器来建模，该多模谐振器介于单模腔和具有连续模式的波导之间。本文中，作者提出了一种用于量子态传输的非马尔可夫形式，该形式采用与通道的自由光谱范围（ 𝑔∼ ΔFSR ）相当的耦合强度。作者的方案融合了用于单模腔的基于受激拉曼绝热通道的方法和用于长波导的 Pitch-and-Catch 协议的特点，集成了它们低损耗和高速的优势。如果发射器和接收器使用谐波谐振器，则该方案不受热通道占用的影响。

Quantum State Transfer via a Multimode Resonator

Yang He, et al.

Phys. Rev. Lett. 134, 023602 (2025)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.134.023602

05-05

基于体相测量诊断具有有晶体对称性的能带拓扑

拓扑带隙晶体材料是一类由空间对称性保护的拓扑不变量所表征的拓扑材料，允许出现鲁棒的边界态。具有晶体对称性的带隙材料的能带拓扑在理论上可以用对称指示不变量进行标记，例如针对反转对称拓扑带隙材料的 Fu-Kane 宇称标准。本文中，作者提出了一种测量这些不变量并诊断拓扑带隙晶体材料的方法，并在具有有限尺寸的二维光子晶体中得到了实验验证。值得注意的是，这种诊断方法完全依赖于在体区域内测量到的场分布，而无需拥有完整带隙的能带图，即使在真实材料中缺乏带隙态也是如此。作者的研究提供了一种测量对称指示不变量的方法，为实验诊断源自晶体对称性的各种带隙拓扑相铺平了道路。

Diagnosis for Band Topology under Crystal Symmetries Based on Bulk Measurements

Shiyin Jia, et al.

Phys. Rev. Lett. 134, 023801 (2025)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.134.023801

05-06

耦合半导体激光器中的杂化孤子激光

[ 编辑推荐 ] 实验表明，由一对耦合半导体环形激光器组成的芯片级耦合激光系统可以展现出单一波导激光器中无法实现的复杂光学态。

耦合是推动自然系统复杂性的一个重要机制，它将单一的、非相互作用的元素转化为具有丰富物理性质的复杂网络。本文中，作者展示了一种芯片级耦合激光系统，它展现出在未耦合系统中无法实现的复杂光学态。作者展示了一对耦合的半导体环形激光器自发形成一个频率梳，由其耦合腔体的杂化模式组成，表现出大量相互反交叉的锁相音调。实验的相干波形重构表明，这个杂化的频率梳表现为一对同时循环的明暗皮秒级孤子。明孤子和暗孤子同时从耦合腔中逸出，导致呼吸型明孤子与其暗孤子对应物在时间上重叠 —— 这种状态对于单一的自由运行激光器是无法实现的。作者的结果表明，通过简单地将元件耦合在一起，就可以打破控制光的选择定则，为设计更复杂的耦合片上激光器网络铺平了道路。

Hybridized Soliton Lasing in Coupled Semiconductor Lasers

Theodore P. Letsou, et al.

Phys. Rev. Lett. 134, 023802 (2025)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.134.023802

05-07

超表面偏振光学：用于任意偏振转换条件的相位操纵

超表面偏振光学因其能够以亚波长尺度独立操纵不同偏振通道的波前而受到广泛关注。以往的方法主要集中在完全偏振转换的条件下，限制了超表面偏振复用的应用范围。本文中，作者提出了一种超表面偏振光学的广义相位操纵框架，能够实现不同偏振通道的独立相位调控和任意能量分配，从而实现任意偏振转换效率。基于这一原理，作者通过实验演示了对任意偏振态（包括椭圆偏振、圆偏振和线偏振）的三偏振通道波前控制。通过调整偏振转换效率，实现了不同偏振通道的任意能量分配。所提出的框架显著提高了超表面在偏振复用和能量分配方面的性能，扩展了超表面在偏振光学中的应用范围。

Metasurface Polarization Optics: Phase Manipulation for Arbitrary Polarization Conversion Condition

Siqi Li,et al.

Phys. Rev. Lett. 134, 023803 (2025)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.134.023803

05-08

通过具有旋转对称性的非线性手性超表面实现所有偏振到圆偏振的上转换

作者提出了一种堆叠策略，用于设计具有高旋转对称性的非线性手性超表面，从而实现绝对手性的简并连续统内准束缚态共振。这种对称性使得圆偏振泵浦能够转换为圆偏振非线性信号。因此，作者的旋转对称双层超表面设计专门响应特定的圆偏振，可以将线性或任意偏振的泵浦信号上转换为圆偏振非线性信号。这些信号的强度比与二次（三次）谐波的手性共振振幅的四次（二次）次方成比例。

Enabling All-to-Circular Polarization Up-Conversion by Nonlinear Chiral Metasurfaces with Rotational Symmetry

Dmitrii Gromyko, et al.

Phys. Rev. Lett. 134, 023804 (2025)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.134.023804

等离子体与束流物理

责编：陈少永，牟茂淋

07-01

在 W7-X 中电磁湍流激发阿尔芬模式

Riemann 等人通过计算机模拟与实验结果的对比表明，由湍流驱动的电磁二次不稳定性可以作为一种范式，以解释在核聚变装置中观察到的原本稳定的模式被激发。该研究工作特别讨论了在 W7-X 仿星器中，电子回旋加热等离子体条件下阿尔芬本征模的激发。在 W7-X 运行阶段 1.2b 的 700 多次实验中选择了其中的 25 次实验进行讨论，具有明显阿尔芬特性的极向磁涨落测量结果与湍流密度涨落相关。对此， Riemann 等人使用与实验条件一致的剖面进行了非线性、全局、回旋动理学、电磁模拟，模拟结果与测量结果高度吻合，揭示了由离子温度梯度湍流激发的带状流和长波长阿尔芬模。主模和二次模增长率之间的比值为整数，该现象表明其激发机制类似于阿尔芬本征模对带状流的激发。

（杨宁）

Excitation of Alfvénic Modes via Electromagnetic Turbulence in Wendelstein 7-X

Jörg Riemann et al.

Phys. Rev. Lett. 134, 025103 (2025)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.134.025103

07-02

近临界等离子体中激光尾场加速的全光学冲击波控制

Tsymbalov 等人提出了一种新颖的方法，通过垂直聚焦的纳秒激光脉冲产生的圆柱形冲击波，改变了气体喷射中激光尾场加速电子的长度。冲击波前沿破坏了尾场，停止了激光脉冲与加速电子束的相互作用，直接控制相互作用长度并避免相位失配。该方法还通过两个冲击波前沿之间的等离子体透镜效应提高了电子束的质量。另外，通过实验和数值模拟展示了这种方法如何用于形成准单能量电子束，控制能量，改善发散性，以及跟踪加速过程中束流参数的变化。

（杨宁）

All-optical blast wave control of laser wakefield acceleration in near critical plasma

I. Tsymbalov et al.

Phys. Rev. Lett. 134, 025101 (2025)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.134.025101

07-03

超临界密度等离子体中激光驱动快电子 Weibel 丝化的光学成像

[Editors’ Suggestion] A parametric study of fast electrons penetrating into an overcritical density plasma finds an experimental threshold for the development of the Weibel-like beam-driven filamentation instability and reveals the importance of observed strong collisionless background heating.

Dover 等人报告了在近临界密度等离子体中激光产生快电子束的丝化传输测量。一个相对论强度的长波红外激光照射到电子密度 𝑛𝑒≃ 10²⁵ m⁻³ 的流体力学成形的氦气流上，产生了大量传播到临界面之外的快电子。束流与背景电子密度的比值足够高，以驱动 Weibel 丝化，光学探测表明电流丝延伸至约 800 μm ，半径约为 10 μm 。 PIC 模拟再现了电流丝生成的主要特征，表明这些相互作用中无碰撞过程占主导地位。根据电流丝形成后的膨胀，推测超临界密度等离子体中的快电子温度约为 400 eV 。

（杨宁）

Optical Imaging of Laser-Driven Fast Electron Weibel-like Filamentation in Overcritical Density Plasma

N. P. Dover et al.

Phys. Rev. Lett. 134, 025102 (2025)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.134.025102

凝聚态物质与材料

责编：马锋杰

08-01

非线性超导磁电效应

在具有自旋轨道相互作用的非中心对称超导体中，超电流可以诱导非零自旋磁化，通常被称为无耗散磁电效应，在超电流中最常以线性序出现。在本文中， Hu 等人提出，非线性超导磁电（ NSM ）效应可以自然地在磁体 — 超导体异质结中表现出来。在这种平台中， NSM 表现为对驱动超电流产生的二阶响应的自旋极化。值得注意的是，他们发现 NSM 在中心对称性下依然存在，并且是包括共线磁体（例如 d 波平面交变磁性薄膜 — 超导体）以及非共线磁体（例如 kagome— 超导体体系）在内的多种磁性材料中的前阶磁响应，这使得 NSM 成为一种可以控制磁体 - 超导体异质结中磁化的强有力的电控且无耗散的手段，是超导自旋电子学的一个很有前景的平台。

（冯盼君）

Nonlinear Superconducting Magnetoelectric Effect

Jin-Xin Hu et al.

Phys. Rev. Lett. 134, 026001 (2025)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.134.026001

08-02

局域非中心对称超导体中的超导 Meron 相

The theory of superconducting parity transition is extended by incorporating the vortex degree of freedom. We employ the bilayer Rashba model representing locally noncentrosymmetric layered superconductors and derive the Ginzburg-Landau free energy functional. This formulation reveals parity transition, where the even-parity superconducting state changes to the odd-parity one upon increasing the magnetic field under the vortex states. The H-T phase diagram of CeRh ₂ As ₂ is quantitatively reproduced and a novel superconducting state with a meron (half-skyrmion) lattice pseudospin texture is predicted.

Superconducting Meron Phase in Locally Noncentrosymmetric Superconductors

Akihiro Minamide et al.

Phys. Rev. Lett. 134, 026002 (2025)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.134.026002

08-03

准二维材料中的平面霍尔效应

[ 编辑推荐 ] 由于与 Berry 曲率、轨道磁矩和对称性破坏相关的因素，堆叠双层石墨烯可以表现出二维平面霍尔效应。

三维系统中的平面霍尔效应是研究其贝里曲率、拓扑结构和电子特性的有效探测手段。然而，贝里曲率诱导的传统平面霍尔效应在二维系统中是被禁止的，这是因为面外贝里曲率不能与在二维平面中移动的电子的能带速度耦合。在本文中， Ghorai 等人提出了一种独特的二维平面霍尔效应（ 2DPHE ），它源自准二维材料中的轨道磁矩和贝里曲率的隐藏平面分量。他们识别了对 2DPHE 的所有平面能带几何贡献，并对其晶体对称性限制进行了分类。以双层石墨烯为例，他们发现除了捕捉隐藏的能带几何效应外， 2DPHE 还对 Lifshitz 相变很敏感。该研究可以激励人们进一步探索由隐藏的平面能带几何诱导的 2DPHE 及相关输运现象，以实现创新应用。

（冯盼君）

Planar Hall Effect in Quasi-Two-Dimensional Materials

Koushik Ghorai et al.

Phys. Rev. Lett. 134, 026301 (2025)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.134.026301

08-04

超弹道 GaAs 点接触中电子粘度的温度依赖性

Hydrodynamic description of collective electron motion turns out to be fruitful, since it provides a reliable physical concept that allows engineering the electron-electron interaction. We experimentally study the relation between two fundamental quantities—the electron viscosity and the Fermi quasiparticle lifetime—beyond the applicability limit of the Fermi liquid theory. We use point contact (PC) geometry to study electron transport and observe superballistic PC conductance, which is a signature of the electron viscosity. At high enough temperatures, the viscosity-lifetime relation is shown to diverge from the theoretically predicted one and turns out to be nontrivial. In addition, we study these phenomena in PCs freely suspended over a substrate, i.e., under the unique experimental conditions of enhanced electron-electron interaction. Suspension is found to reduce the electron viscosity in the whole temperature range, which makes the suspended structures a promising test bed for studying hydrodynamic effects in solids.

Temperature Dependence of Electron Viscosity in Superballistic GaAs Point Contacts

Daniil I. Sarypov et al.

Phys. Rev. Lett. 134, 026302 (2025)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.134.026302

08-05

中心对称金属中的轨道扩散、极化和交换

[ 编辑推荐 ] 一种可应用于多能带材料和异质结中的电荷、自旋和轨道扩散理论，表明金属中轨道角动量扩散率是明显低于其自旋或电荷的扩散率。

Ning 等人基于 Keldysh 形式提出了一种关于电荷、自旋和轨道扩散的一般理论。他们发现，由于晶体中强烈的轨道杂化，金属中轨道角动量的扩散率远低于自旋和电荷的扩散率。而且，该理论还引入了 “ 自旋轨道极化 ” 的概念，即纯轨道（自旋）流能够诱导出纵向自旋（轨道）流，这一过程的效率与铁磁体中的自旋极化相当。最后，他们发现即使在没有自旋轨道耦合的情况下，轨道流也会发生动量交换。该理论为轨道输运建立了几个对实验有直接重要性的关键参数。

（冯盼君）

Orbital Diffusion, Polarization, and Swapping in Centrosymmetric Metals

Xiaobai Ning et al.

Phys. Rev. Lett. 134, 026303 (2025)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.134.026303

08-06

狄拉克绝缘体中的量子非线性声学霍尔效应和逆声学法拉第效应

Su 等人提出在时间反演不变但破缺空间反演对称的狄拉克绝缘体中，通过声波实现量子非线性霍尔效应和逆法拉第效应。他们关注的声波频率远低于狄拉克能隙，使得带间跃迁被抑制，这些效应完全由内在的谷差异能带拓扑结构引起。相应的声电导率和磁声磁化率都与量子化的谷陈数成正比，且与准粒子寿命无关。通过调整表面声波的极化和传播方向，可以调节纵向和横向拓扑电流的线性和非线性分量。圆极化声波产生的静态磁化与声波频率以及应变诱导的电荷密度成线性关系。该结果揭示了像六方氮化硼和过渡金属二硫化物这样的有带隙狄拉克材料的量子化非线性拓扑声电响应，为实现因具有较大能隙而可能是室温声电设备铺平了道路。

（冯盼君）

Quantum Nonlinear Acoustic Hall Effect and Inverse Acoustic Faraday Effect in Dirac Insulators

Ying Su et al.

Phys. Rev. Lett. 134, 026304 (2025)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.134.026304

08-07

少层 WTe ₂ 中由量子度规四极子诱导的巨三阶非线性

拓扑材料的量子几何性质支撑着许多奇异的物理现象和应用。量子非线性已经成为揭示这些性质的有力探针。通过研究二阶非线性霍尔效应，已经探索了非磁性材料中的贝里曲率偶极子和反铁磁中的量子度规偶极子。尽管理论上预测量子几何张量的四极矩会诱导高阶量子非线性，但量子度规四极子仍未被实验探索。在这里， Liu 等人报道了在少层 WTe ₂ 中，由量子度规四极子诱导的三阶非线性纵向电响应，这种效应可以持续到室温。角分辨的三次谐波电流电压特性与 WTe ₂ 的本征晶体对称性一致。通过温度变化和标度分析，他们确定了量子度规四极子是观测到的三阶纵向非线性的物理起源。此外，他们确定了量子度规四极子的角度依赖性，建立了三阶非线性作为揭示量子度规结构的有效方法。

（冯盼君）

Giant Third-Order Nonlinearity Induced by the Quantum Metric Quadrupole in Few-Layer WTe ₂

Xing-Yu Liu et al.

Phys. Rev. Lett. 134, 026305 (2025)

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.134.026305

08-08

碘化银超离子相中的对称性破缺

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PRL导读-2025年134卷02期

正文

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