《自然-光子学》

高重复率太瓦-阿秒硬X射线自由电子激光器研制成功

德国欧洲X射线自由电子激光装置（XFEL）的Jiawei Yan团队研制出高重复率太瓦-阿秒硬X射线自由电子激光器。11月25日，相关研究成果发表于《自然-光子学》。

研究报道了利用特殊工作模式下的自由电子激光器产生太瓦量级阿秒硬X射线脉冲的方法。研究人员实现了9千电子伏特的单峰X射线脉冲，平均脉冲能量约为180微焦耳，比以往报道高出约一个数量级，估计的平均脉冲持续时间为半高全宽200阿秒。

利用XFEL每秒可输送10个脉冲序列且每个序列包含以兆赫兹重复率发射的数百个脉冲的独特能力，这项研究展示了以2.25兆赫兹重复率产生阿秒X射线脉冲的过程。这些高强度、高重复率的阿秒X射线脉冲为结构和电子无损伤X射线测量，以及阿秒时间分辨X射线方法带来了变革性的前景，预示着超快X射线科学新时代的到来。

相关论文信息：

https://doi.org/10.1038/s41566-024-01566-0

《自然》

研究揭示纹状体多巴胺和血清素对强化的对立控制

美国斯坦福大学Robert C. Malenka研究小组揭示了纹状体多巴胺（DA）和血清素（5HT）对强化的对立控制。11月25日，相关研究成果发表于《自然》。

研究人员建立了一个小鼠模型，能够同时进行大脑中DA和5HT神经元的遗传学接入。顺行示踪揭示，伏隔核（NAc）是整合收敛DA和5HT信号的潜在热点。通过同时记录DA和5HT轴突活动，以及遗传编码的DA和5HT传感器信号，研究人员发现，奖励会增加NAc中的DA信号并减少5HT信号。

单独光遗传学抑制DA或5HT的奖励反应，在一种奖励条件反射任务中产生了适度的行为缺陷，而同时抑制这两种信号则显著干扰了学习和强化过程。光遗传学共同再现DA和5HT的奖励反应，足以驱动新联结的学习，并比单独操控其中任何一种信号能更有效地支持强化。

这些结果表明，纹状体中的DA和5HT信号通过对强化施加对立控制共同塑造了学习过程。

研究人员表示，神经调节物DA和5HT在联结学习中起着强大的调控作用。由于这些神经调节系统在活动和连接性上的相似性，激发了关于DA和5HT如何相互作用以推动新联结形成的竞争性模型。然而，这些假设尚未得到直接检验，因为此前无法在单一实验对象中同时探讨和操控多个神经调节系统。

相关论文信息：

https://doi.org/10.1038/s41586-024-08412-x

《自然-物理学》

科学家实现固体中量子几何张量的测量

美国麻省理工学院的Riccardo Comin与韩国首尔国立大学的Bohm-Jung Yang等人，实现了固体中量子几何张量（QGT）的测量。11月25日，相关研究成果发表于《自然-物理学》。

研究人员开发了一种利用极化、自旋和角度分辨光电子能谱，从而在晶体固体中测量QGT的方法框架。利用这一框架，研究人员成功在具有拓扑平带的笼目金属CoSn中有效重构了QGT。这一动量分辨和能量分辨的QGT光谱探测技术的开发，有望加深研究人员对广泛晶体系统中量子几何响应的理解。

理解量子态的几何性质及其在基本物理现象中的影响，是当代物理学的核心内容之一。QGT在这方面是一个核心物理对象，它编码了关于量子态几何结构的完整信息，其虚部是众所周知的贝里曲率，它在拓扑磁电和光电子现象中发挥着不可或缺的作用。

QGT的实部是量子度量，其重要性近年来日益凸显，引发了一系列新的量子几何现象。尽管QGT具有核心重要性，但其实验测量一直仅限于人工二能级系统。

相关论文信息：

https://doi.org/10.1038/s41567-024-02678-8

《物理评论A》

科学家通过量子动力学临界性加速产生热力学熵

巴西戈亚斯联邦大学的Lucas C. Céleri团队通过量子动力学临界性加速热力学熵的产生。11月25日，相关研究成果发表于《物理评论A》。

研究人员通过从几何角度审视熵产生，将动力学临界性与热力学联系起来，在这一领域取得了进展。结合其他最新研究成果，研究人员发现，动力学临界性可以引导系统产生高度复杂的动力学行为，这为热化过程提供了一条可能的途径。

量子相变的热力学一直是研究领域的热点。这一理论框架之所以得到充分发展，是因为量子相变发生在平衡状态下。然而，其动力学对应物，即动力学量子相变，则发生在非平衡状态下，此时传统的热力学工具不再适用。

相关论文信息：

https://doi.org/10.1103/PhysRevA.110.052223