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亮点文章 | 《物理学报》2024年第4期

已有 276 次阅读 2024-2-28 14:36 |系统分类:论文交流

封面文章

周晗，耿轶钊，晏世伟

物理学报, 2024, 73(4):048701.

doi: 10.7498/aps.73.20231515

p53是一种肿瘤抑制蛋白，对阻碍癌症发展、维持遗传完整性起着至关重要的作用。在细胞核内，4个p53分子通过高度协同的方式、通过DNA结合域与DNA结合，形成稳定的四聚体活性结构，并转录激活或抑制其靶向基因。然而，大多数肿瘤细胞中存在大量p53的突变，其中绝大部分突变发生在p53的DNA结合域，而p53的DNA结合域又是p53形成四聚体活性结构、调控下游靶基因转录的重要区域。本文通过全原子分子动力学模拟，研究了野生型p53四聚体内分子间的相互作用机制。结果表明，位于DNA两侧的对称二聚体是一个稳定的二聚体，在与DNA结合前后都能维持稳定的结构。位于DNA同侧的两个单体依靠两个接触面提供的蛋白-蛋白相互作用和DNA的骨架作用使四聚体活性结构保持稳定，这些相互作用为四聚体的形成机制提供了重要支撑。该工作厘清了p53四聚体在动力学过程中的内部相互作用机制和关键残基，揭示了四聚化过程中各个相互作用界面的关键位点，对于理解p53的抑癌机制、探索有效治癌策略、发展治癌药物具有重要意义。

图14 与DNA结合的A-D二聚体间的(a)接触面和(b)相互作用残基

同行评价

p53 肿瘤抑制基因是最常见的癌变相关基因之一。在应激环境下，p53 蛋白主要作为一种转录因子，促进下游靶基因的转录，从而引起细胞周期停滞、损伤修复或细胞凋亡。本文利用分子动力学模拟对p53 四聚体中位于 DNA 同侧和对侧的两种蛋白-蛋白相互作用进行了详细的分析。论文研究成果对p53的相关研究有促进作用。

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一维超冷原子动量光晶格中的手征对称性破缺拓扑相

曾超，毛一屹，吴骥宙，苑涛，戴汉宁，陈宇翱

物理学报, 2024, 73(4):040301.

doi: 10.7498/aps.73.20231566

对称性在理解物质的拓扑态方面具有关键作用。过去人们认为手征对称性保证了一维晶格的量子化Zak相位及其对应的非平庸拓扑相。本文展现了在一维手征对称性破缺的情况下，晶格系统仍具有量子化Zak相位和非平庸拓扑相。具体而言，在超冷原子动量晶格系统中有效地模拟了一个链长为26、手征对称性破缺的Zigzag模型，其中相等的次近邻耦合强度能够在保留空间反演对称性的同时破坏手征对称性。通过测量原子的时间平均波包位移来获得系统的拓扑不变量，并得到了其对应的量子化的Zak相位。此外，还观测到系统随着最近邻耦合强度比例的变化会从非平庸拓扑相转变为平庸拓扑相。本文不仅为对称性及拓扑相的相关研究提供了一个完全可控的平台，还可以通过控制格点间耦合强度和原子间相互作用，探索例如Tasaki，Aharonov-Bohm caging模型中的平带拓扑以及引入相互作用研究的非线性拓扑现象。

图2 实现一维Zigzag晶格 (a)利用Bragg过程实现一维动量晶格(上部分)和通过时间飞行成像探测原子数分布(下部分)；(b)动量晶格中的原子色散曲线，分别利用一阶和二阶Bragg跃迁耦合最近邻和次近邻格点

同行评价

作者通过研究一维次紧邻相互作用的之字形光晶格系统，研究了拓扑相变与系统对称性的关系，是很有价值的学术课题。实验方案可靠、图形清晰、数据详实，实验数据和理论计算吻合。

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Bi₂O₂Se纳米线的生长及其超导量子干涉器件

刘怀远，肖建飞，吕昭征，吕力，屈凡明

物理学报, 2024, 73(4):047803.

doi: 10.7498/aps.73.20231600

Bi₂O₂Se是一种新型半导体材料，具有载流子迁移率高、空气中稳定和自旋轨道耦合强等优点，并且其合成方法多种多样，应用范围十分广泛。但已有研究大多集中在其二维薄膜，本文介绍一种使用三温区管式炉通过化学气相沉积生长Bi₂O₂Se一维纳米线的方法，研究了云母衬底处于水平方向不同位置以及竖直方向不同高度对Bi₂O₂Se纳米线生长的影响，并归纳出适于其生长的优化条件。之后，基于生长的Bi₂O₂Se纳米线构建了超导量子干涉器件，并观测到随磁场的超导量子干涉，为拓宽Bi₂O₂Se纳米线的应用提供了思路。

图4 (a)，(b) Bi₂O₂Se纳米线的AFM表征；(c) Bi₂O₂Se纳米线的EDS能谱；(d)使用Bi₂O₂Se纳米线制备的SQUID的SEM照片；(e) SQUID的dV/dI-I_b曲线；(d) SQUID干涉图案

同行评价

Bi₂O₂Se是最近几年兴起的一种具有高迁移率、强自旋轨道耦合的半导体材料，其二维薄膜受到广泛关注。文章逻辑清楚、内容详实。首先详细介绍了通过化学气相沉积生长Bi₂O₂Se一维纳米线的方法，然后基于Bi₂O₂Se纳米线构建了超导量子干涉器件，并观测到超导量子干涉现象，为后续与超导结合的研究和应用奠定了一定的基础。

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椭圆函数背景下Gerdjikov-Ivanov方程的多呼吸子

姚慧，张海强，熊玮玥

物理学报, 2024, 73(4):040201.

doi: 10.7498/aps.73.20231590

作为非线性发展方程的一种特殊局域解，呼吸子具有包络振荡结构，且这种振荡呈现周期性变化。根据呼吸子在分布方向和演化方向的周期性，呼吸子主要有3种类型，即Kuznetsov-Ma呼吸子(Kuznetsov-Ma breather，KMB)、Akhmediev呼吸子(Akhmediev breather，AB)和一般呼吸子(general breather，GB)。近年来，周期背景下的呼吸子现象在许多非线性物理领域被观察到，比如在非线性光纤光学、流体力学等。研究表明背景周期波的调制不稳定性可以激发呼吸子的产生，且周期背景下的呼吸子具有非常丰富的物理性质和相互作用。因此，最近在周期背景下呼吸子的时空结构和相互作用引起了广泛关注。Gerdjikov-Ivanov方程可以被用来描述在量子场理论、弱非线性色散水波、非线性光学等领域中的非线性物理现象。构造该模型的各种类型的解是非常有意义的工作。据了解，在椭圆函数背景下的多呼吸子之前还未被研究过。本文首先利用修正的平方波(modified squared wave，MSW) 函数法和行波变换法获得该方程的椭圆函数解。然后，在椭圆函数解初始条件下得到该方程Lax对的通解。基于椭圆函数的转换公式以及积分公式，将势函数周期解化简为只含有Weierstrass椭圆函数。然后，利用达布变换构造出在椭圆函数背景下呼吸子的具体表达形式。在椭圆函数背景下，推导出3种不同类型的呼吸子，包括GB，KMB和AB。最后，给出3种呼吸子的时空结构三维图，并且展示它们之间相互作用的过程。

图5 dn-周期波背景上的AB和KMB相互作用

同行评价

周期背景下的非线性波解是近几年可积系统领域的一个研究热点，该文利用修正的平方波函数法、行波变换法、达布变换法以及椭圆函数和椭圆积分理论，计算求得了GI方程系列周期背景上的各类呼吸子解，整体具有较高创新性。

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哈密顿量宇称-时间对称性的刻画

张慧洁，贺衎

物理学报, 2024, 73(4):040302.

doi: 10.7498/aps.73.20230458

宇称-时间(PT)对称性理论描述了具有实能级的非厄密特哈密顿量，在量子物理学和量子信息科学中起着重要作用，是量子力学中活跃且重要的主题。研究者们对如何描述哈密顿量的PT对称性的问题给予了高度关注。本文基于PT对称理论和哈密顿量归一化特征函数，提出了算子F的定义。然后，在找到算子CPT和算子F的对易子和反对易子的特性后，给出了刻画了无量纲情况下哈密顿量的PT对称性的第一种方法。进一步研究发现，该方法还可以量化哈密顿量在无量纲情况下的PT对称性。此外，提出了另一种基于哈密顿量特征值实部和虚部来描述哈密顿量PT对称性的方法，该方法仅用于判断哈密顿量是否具有PT对称性。

同行评价

研究PT对称理论在量子物理和量子信息科学中有很重要的意义。这篇论文从哈密顿算符归一化本征函数出发定义了算子F，应用对易子和反对易子这对特殊结构的算子，量化描述了哈密顿量的PT对称性，详细给出了刻画哈密顿量的PT对称性的两种方式。论文论述清楚、结果正确，在量子物理领域有一定的价值。

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Nd³⁺:GdScO₃晶体场能级及拟合分析

樊颖，张庆礼，高进云，高宇茜，黄磊，刘耀

物理学报, 2024, 73(4):044207.

doi: 10.7498/aps.73.20231475

采用提拉法生长出了钕掺杂钪酸钆晶体(Nd³⁺:GdScO₃)，通过低温吸收光谱和室温发射光谱，对其中Nd³⁺的实验能级进行分析指认，确定了Nd³⁺:GdScO₃的66个实验Stark能级，拟合了其自由离子参数和晶体场参数，拟合均方根误差为13.17 cm^–1。与Nd³⁺:YAP和Nd³⁺:YAG相比，Nd³⁺:GdScO₃的晶场强度较弱。弱的晶体场强度有可能是Nd³⁺:GdScO₃晶体具有优良激光特性的原因之一。本文数据集可在https://www.doi.org/10.57760/sciencedb.15702中访问获取。

图1 8 K下Nd³⁺:GdScO₃晶体(原子百分比为5%)在250—500 nm波段的吸收光谱

同行评价

本文报道了Nd:GdScO₃晶体的能级及拟合结果，为该晶体的激光性能研究提供了基础物理参数。相对来说，该类晶体是一类优秀的激光晶体，对实际应用和基础研究具有重要意义。

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带有射频偏压源的感性耦合Ar/O₂/Cl₂等离子体放电的混合模拟研究

佟磊，赵明亮，张钰如，宋远红，王友年

物理学报, 2024, 73(4):045201.

doi: 10.7498/aps.73.20231369

在刻蚀工艺中，通常会在感性耦合等离子体源的下极板上施加偏压源，以实现对离子能量和离子通量的独立调控。本文采用整体模型双向耦合一维流体鞘层模型，在Ar/O₂/Cl₂放电中，研究了偏压幅值和频率对等离子体特性及离子能量角度分布的影响。研究结果表明：当偏压频率为2.26 MHz时，随着偏压的增加，除了Cl^–离子和ClO⁺离子的密度先增加后降低最后再增加外，其余带电粒子、O原子和Cl原子的密度都是先增加后基本保持不变最后再增加。当偏压频率为13.56和27.12 MHz时，除了Cl^–子和Cl₂⁺离子外，其余粒子密度随偏压的演化趋势与低频结果相似。随着偏压频率的提高，在低偏压范围内(< 200 V)，由于偏压源对等离子体加热显著增加，导致了带电粒子、O原子和Cl原子的密度增加；而在高偏压范围内(> 300 V)，由于偏压源对等离子体加热先减弱后增强，导致除了Cl₂⁺离子和Cl^–离子外，其余带电粒子、O原子和Cl原子的密度都是先下降后增加的。此外，随着偏压频率的增加，离子能量分布中的高能峰和低能峰彼此靠近，离子能峰间距变窄，并最终变成单峰结构。本文的结论对于优化等离子体刻蚀工艺具有重要意义。

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图11 不同偏压频率和幅值下，Ar⁺离子的离子能量角度分布

同行评价

作者使用整体模型双向耦合一维流体鞘层模型，系统地研究了偏压源对感性耦合Ar/O₂/Cl₂等离子体放电的影响，如不同的偏压频率下，基态中性粒子和带电粒子的密度、解离率、电负度以及IEADF随射频偏压幅值的演化。文章结构完整、理论分析正确，研究结果有助于提高等离子体刻蚀工艺。

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双Λ超核同位旋标量巨共振性质的相对论研究

温静，孙帅，曹李刚，张丰收

物理学报, 2024, 73(4):042101.

doi: 10.7498/aps.73.20231531

基于相对论平均场理论(RMF)，采用TM1以及有效超子−核子和超子−超子相互作用，首先研究了¹⁶O和的单粒子能级受超子的影响情况，发现超子的加入使得核子能级能量降低。其次基于相对论无规位相近似方法(RRPA)，自洽地计算了¹⁶O和同位旋标量巨单极和四极共振态。发现相比于¹⁶O各巨共振的响应函数，超核的响应函数会发生改变。研究表明：这种改变主要来自于超子的加入导致的核子单粒子能级的改变，以及超子粒子−空穴组态跃迁的贡献，而超子−超子剩余相互作用对单极和四极共振在低能区的响应函数的影响比较小，特别对高能区的响应函数基本没有影响。

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图2 ¹⁶O和同位旋标量巨单极共振响应函数 (a) Hartree响应函数；(b) RRPA响应函数

同行评价

超子-核子以及超子-超子的相互作用研究是当前核物理的一个重要前沿热点课题，对于理解超核的结构和衰变性质、中子星的结构以及高密QCD相图等有重要意义。该文章基于相对论平均场模型和相对论无规相位近似方法，研究了¹⁶O和和超核的基态性质以及它们的同位旋标量的巨单极和巨四极共振，发现了由于Λ超子的引入所导致的一系列变化，得到了一些有意义的结果。这些结果对于裂解超子-核子以及超子-超子的相互作用以及未来相关超核实验有参考价值。

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基于Rényi-α 熵的参数化纠缠度量

戴伟鹏，贺衎，侯晋川

物理学报, 2024, 73(4):040303.

doi: 10.7498/aps.73.20231503

与各种非参数化纠缠度量相比，参数化纠缠度量显示了其优越性。并发纠缠被广泛用于描述量子实验中的纠缠。作为一种纠缠度量，它与特定Rényi-α熵有关。本文提出了一种基于Rényi-α熵的参数化两体纠缠度量，命名为α-对数并发纠缠。与现有的参数化度量不同，首先定义了纯态的度量，然后推广到混合态。进一步验证了α-对数并发纠缠满足纠缠度量3个条件。展示了对纯态的度量是容易计算的，然而对于混合态，解析计算只适用于特殊的双量子位态或特殊的高维混合态。因此，本文致力于建立一般两体态α-对数并发纠缠的一个下界。令人惊讶的是，这个下界是这个混合态的正部分转置判据和重排判据的函数。这表明了3种纠缠度量之间的联系。有趣的是，下界依赖于与具体态相关的熵参数。这样我们可以选择适当的参数α，使得G_α(ρ)≫0用于特定态ρ的实验纠缠检测。此外，计算了isotropic态的α-对数并发纠缠的表达式，并给出了d = 2时isotropic态的解析表达式。最后，讨论了α-对数并发纠缠的的单配性。建立了两个量子比特系统中并发纠缠和α-对数并发纠缠之间的函数关系，然后得到了该函数的一些有用性质，并结合Coffman-Kundu-Wootters (CKW)不等式，建立了关于α-对数并发纠缠的单配性不等式。最终证明了单配性不等式对于α-对数并发纠缠是成立的。

同行评价

本文定义了一种纠缠度量的新概念，并且证明了是满足纠缠度量基本条件的有效度量，给出了其一般下界，并以isotropic态为例具体计算了表达式，还讨论了一些单配性等问题。内容新颖丰富，是比较有意思的问题，结果具有不错的理论意义。

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不同力学激励形式探索La基非晶合金微观结构非均匀性

张剑，郝奇，张浪渟，乔吉超

物理学报，2024，73(4):046101.

doi: 10.7498/aps.73.20231421

非晶合金力学行为与其微观结构非均匀性之间本征关联，是固体力学研究领域至今未能很好解决的重要科学问题之一。单一力学激励形式并不能有效地描述非晶合金微观结构非均匀性，特别是结构与动力学的关联。如何探索非晶合金结构信息，须将诸多因素综合，在不同力学激励下研究非晶合金微观结构非均匀性与变形机理。本研究以La₆₂Cu₁₂Ni₁₂Al₁₄非晶合金为模型体系，利用动态力学分析仪研究非晶合金动态弛豫行为。基于准点缺陷模型，对模型合金体系α弛豫和β弛豫进行了分离。借助于拉伸应变率跳实验，探索非晶合金高温流变行为。确定非晶合金塑性流变过程中弹性、滞弹性以及塑性变形的贡献。本研究从非晶合金动态力学弛豫行为和宏观塑性流变行为出发，尝试揭示微观非均匀性对非晶合金在不同激励形式中缺陷的激活、扩展和融合的物理本质。

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图12 采用扩展指数方程(a)和QPD理论(b)描述La₆₂Cu₁₂Ni₁₂Al₁₄非晶合金归一化黏度主曲线 (参考温度为 405 K)

同行评价

本研究以La₆₂Cu₁₂Ni₁₂Al₁₄非晶合金为模型体系，利用动态力学分析仪研究非晶合金动态弛豫行为，得到了一些对于探明非晶合金弛豫机制、宏观力学行为及其微观物理本源联系等有价值的参考信息。实验结果丰富、逻辑清楚，分析与讨论深入浅出，具有较好的学术价值。

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2.94 μm LiNbO₃声光调Q Er:YAG激光输出脉冲特性

王滔宁，姜玲玲，程庭清，王礼，江海河

物理学报, 2024, 73(4):044205.

doi: 10.7498/aps.73.20231616

2.94 μm纳秒铒激光是宽调谐中红外激光和临床医疗研究中重要的固体激光源。本文研制了新型LiNbO₃声光调Q Er:YAG 激光器，研究了20 Hz重复频率下不同调Q延迟时间和耦合腔镜反射率对激光输出脉冲特性的影响规律。根据测量激光器的热透镜焦距设计了凹凸谐振腔补偿热透镜效应，获得了激光单脉冲能量为34.68 mJ、脉冲宽度为119.9 ns的调Q输出，相应的峰值功率为289.24 kW，与平平腔相比输出能量提高了2.09倍。据我们所知，这是目前声光调Q Er:YAG激光器中获得的最高能量，可为进一步研究宽调谐中红外激光技术提供新的手段。

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图1 LiNbO₃声光调Q Er:YAG激光器实验装置图

同行评价

中红外2.94 μm纳秒激光在临床医疗研究中具有重要应用前景，作者研制了新型 LiNbO₃声光调Q Er:YAG激光器，获得了激光单脉冲能量为 34.68 mJ、脉冲宽度为 119.9 ns的调Q 输出，研究成果具有重要的应用价值。

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量子信息中的度量空间方法在准周期系统中的应用

冯曦曦，陈文，高先龙

物理学报, 2024, 73(4):040501.

doi: 10.7498/aps.73.20231605

得益于量子信息理论的发展，保真度、纠缠熵等概念被引入到量子相变的研究中，不仅能用来标识新奇的物质相，还能用来探测量子相变的临界点以及描绘其临界行为。从度量空间的角度来看，这些物理量都可以被理解为度量空间中两个函数的距离。本文利用波函数和实空间中密度分布函数的距离，研究了以广义Aubry-André-Harper模型为代表的准周期系统，发现该方法不仅能标识拓展相、临界相和局域相，还能找到准确的相变点并计算出临界指数。此外，不仅将度量空间方法推广到波包扩散动力学研究，还提出了一种新的量，即态密度分布函数的距离，发现上述定义的两种物理量都能标识不同的物质相及相变点。通过定义某个函数在不同参数下的距离，不仅为标识已知系统相变点提供了研究工具，还为探测未知系统的不同物质相、相变点及其临界行为提供了一种直观的方法。

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图1 不同尺寸下平均波函数距离随平均密度距离的变化。插图(a)，(b)的横坐标皆为无序强度λ，纵坐标分别为平均密度距离和平均波函数距离。不同颜色的线代表不同尺寸下的结果，无序平均次数取为50

同行评价

作者运用度量空间方法，利用态的距离与态密度的距离，研究了AAH模型中局域到非局域的相变。文章创新性地运用态的距离成功刻画了AAH模型中的相变点，甚至是临界行为，为人们研究局域化的相变行为提供了一种可能的物理工具。另外，作者还提出了态密度的距离，同样也能够成功刻画AAH模型中的相变。文章具有较高的创新性，对于相变及局域化等领域具有一定的推动，为今后的研究提供了新的思想。

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《物理学报》2024年第4期全文链接：

https://wulixb.iphy.ac.cn/custom/2024/4