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《国家科学院院刊》
水中气泡上升路径具有不稳定性
英国布里斯托大学的Jens G. Eggers研究组近日取得一项新成果，发现气泡在水中上升的路径具有不稳定性。相关成果1月17日发表于美国《国家科学院院刊》。
文艺复兴时期以来就有文献记载，在水中上升的气泡一旦超过临界大小，就会偏离其笔直、稳定的路径，进行周期性“之”字形或螺旋运动。然而，不稳定气泡上升现象一直没有定量描述，其物理机制也一直存在争议，这些生活中常见的现象背后的科学谜底等待解开。
该研究组利用数值映射技术，首次利用高精度的失稳测量结果进行了定量分析。他们的线性稳定性分析表明，在临界球半径R=0.926毫米以上，在2%的实验值范围内，气泡在水中的直线路径在周期性扰动下变得不稳定。虽然以前认为气泡尾迹变得不稳定，但课题组现在证明了一种新的机制基于流动和气泡变形之间的相互作用。
相关论文信息：
https://doi.org/10.1073/pnas.2216830120
研究提出软质材料降阶模型的力学框架
美国麻省理工学院的Ken Kamrin课题组在最新研究中提出软材料降阶模型的力学框架：三维颗粒侵入的应用。相关成果1月17日发表于美国《国家科学院院刊》。
软质材料通常表现出复杂的行为，通过明显的固体和流体状态过渡。虽然针对这些材料存在越来越多的微尺度模拟方法，但通常需要封装宏观物理的降阶模型来预测外部物体如何与软介质相互作用。这种方法可以为从撞击和穿透问题到在自然地形上移动的各种情况提供直接的见解。作者提出了一个系统计划，使用连续介质对称性和流变学原理，开发三维软材料降阶模型。
该研究小组推导了一种降阶三维阻力理论（3D-RFT），该理论能够准确、快速地预测任意形状物体侵入颗粒介质时的阻力应力分布。借助颗粒介质的连续描述、一套全面的空间对称约束和有限的参考数据，研究人员推导了一种自一致且准确的3D-RFT。研究人员在广泛的情况下验证了模型的能力，表明它可以快速重新校准到不同的介质和入侵者表面类型。产生3D-RFT的前提是预期应用于其他具有强超局部化入侵行为的软材料。
相关论文信息：
https://doi.org/10.1073/pnas.2214017120
《自然-物理学》
量子反常霍尔绝缘体中劳克林电荷泵送
日本理化研究所的Minoru Kawamura课题组揭示了量子反常霍尔绝缘体中的劳克林电荷泵送。相关论文1月19日发表于《自然-物理学》。
据了解，绝热电荷抽运是物质拓扑相最显著的特征之一。量子霍尔系统中的劳克林电荷泵浦是一个典型的例子。作为类比，三维拓扑绝缘体已被预测支持电荷泵浦通过其磁隙表面状态。尽管电荷泵浦作为表面霍尔电导率的直接探测很重要，但它还没有在基于拓扑绝缘体的系统中得到证明。
课题组研究人员报告了在拓扑绝缘体的薄膜磁异质结构中电荷泵浦的观察，其几何形状禁止边缘输运。课题组人员发现当样品处于量子反常霍尔绝缘体相时，在交变磁场的作用下，内外电极之间发生了电荷泵浦现象。
研究者表示，泵送电荷的数量以每个表面的霍尔电导率为量子电导的一半来解释，从与轴子绝缘体相的比较来看，没有电荷泵送。由于电荷泵浦与理论预测的拓扑磁电效应密切相关，作者表示，这一观测可能为其直接观测提供线索。
相关论文信息：
https://doi.org/10.1038/s41567-022-01888-2
耦合非线性光学谐振腔中非平衡谱相变
美国加州理工学院Alireza Marandi团队在一项最新研究中提出了耦合非线性光学谐振腔中的非平衡谱相变。相关成果1月19日发表于《自然-物理学》。
具有多个相互作用自由度的耦合系统为涌现动力学提供了肥沃的土壤，否则在孤立的系统中是无法达到的。
研究表明，耦合非线性光学谐振腔可以在其光谱中进行自组织，从而导致一阶相变。研究人员用实验证明在时间复用的耦合光参量振荡器的这种光谱相变。他们将相互耦合的性质从色散转换为耗散，并获得了参数振子二聚体的不同光谱区。该研究组在一阶跃迁点观察到光谱的突变不连续。
此外，研究人员还展示了非平衡相变如何导致增强的传感，其中所施加的扰动是不可由潜在的线性系统解决的。其方法可用于非线性驱动耗散系统的传感应用，在不牺牲灵敏度的情况下提高性能。
相关论文信息：
https://doi.org/10.1038/s41567-022-01874-8
