Reducing Disorder in Artificial Kagome Ice
人工自旋冰已经成为在微观水平上理解磁相互作用的有价值的工具。这种方法的优势在于合成的纳米级磁体阵列能够模拟由原子磁矩组成的晶体材料。不幸的是，这些由金属合金图案化的纳米级磁体可以在相关量（例如矫顽场）上显示出显著的变化，偏差高达6%。通过仔细研究人工鹿目冰的反转过程，我们可以直接测量磁率的分布，并且通过从断开的岛切换到连接的结构，我们发现磁率分布可以实现仅3.3%的偏差。这些狭窄的偏差应该允许观察行为，更接近地模仿典型的自旋冰材料。
2011-08-30 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Spinon band flattening by its emergent gauge field in quantum kagome ice
Gakushuin University（学习院大学）；Max-Planck-Institut für Physik komplexer Systeme（马克斯·普朗克复杂系统物理研究所）
本研究结合精确对角化与解析态图映射，发现量子笼目冰的自旋子因与演生规范场的相消干涉形成宏观简并平带，构造并计数了对应多体波函数，探讨了其对笼目反铁磁体磁化平台不对称终止的作用。
2025-10-13 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Local excitation of kagome spin ice magnetism in HoAgGe seen by scanning tunneling microscopy
本研究利用扫描隧道显微镜的非弹性隧穿针尖翻转 HoAgGe 中的局域自旋，观测并建模了 kagome 自旋冰磁性的局域演生激发。
2024-08-06 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
3D XY Universality and Nonlinear magnetic susceptibility in a kagome ice compound
Beihang University（北京航空航天大学）；University of Augsburg（奥格斯堡大学）；ShanghaiTech University（上海科技大学）；RWTH Aachen University（亚琛工业大学）；Colorado State University（科罗拉多州立大学）；Rutherford Appleton Laboratory（卢瑟福·阿普尔顿实验室）；Forshungszentrum Jülich GmbH（于利希研究中心有限公司）；Institute of Physics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院物理研究所）；University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学）
通过单晶中子散射和蒙特卡洛模拟，发现HoAgGe中Kagome自旋冰的磁有序序列不同于已知场景，经历一个三维XY相变进入时间反演对称性破缺基态，并通过非线性磁化率区分两个时间反演伙伴。
2026-04-06 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Modeling of a twisted-Kagome HoAgGe spin ice using Reduced-Configuration-Space Search and Density Functional Theory
George Mason University（乔治梅森大学）
本研究通过第一性原理计算和缩减配置空间搜索，揭示霍阿格锗中扭曲凯格ome自旋冰的相图特征及强单点各向异性作用。
2026-03-09 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Time-reversal-like degeneracies distinguished by the anomalous Hall effect in a metallic kagome ice compound
本文通过综合实验与理论研究，发现在金属型kagome自旋冰HoAgGe中存在由反常霍尔效应区分的类时间反演简并，揭示了反常霍尔效应在诊断阻挫自旋系统隐藏对称性中的关键作用。
2023-11-24 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Quantum versus Classical Spin Fragmentation in Dipolar Kagome Ice Ho3Mg2Sb3O14
实现纠缠磁态的一个很有前途的途径是结合几何挫折和量子隧穿效应。自旋冰材料是典型的挫折例子，而横向磁场中的伊辛自旋是量子隧穿的最简单的多体模型。在这里，我们表明，三脚架kagome晶格材料Ho ${_3}$ Mg ${_2}$ Sb ${_3}$ O ${_{14}}$统一的冰状磁简并与量子隧穿项所产生的Ho $^{3+}$基态双峰，这是进一步耦合到核自旋浴的内在分裂。利用中子散射和热力学实验，我们观察到一个破缺的过渡在$T^{\ast}\approx0.32$ K到一个显着的状态，具有三个特点：磁熵的同时恢复与强耦合的电子和核的自由度;分裂的自旋成周期性和冰状组件;和持久的非弹性磁激发低至$T\approx0.12$ K。这些观测偏离了经典自旋碎裂的预期，但可以理解的偶极戈薇冰模型下的均匀横向磁场，我们调查与精确对角化的小集群和平均场计算。在Ho ${_3}$ Mg ${_2}$ Sb ${_3}$ O ${_{14}}$中，超精细相互作用极大地改变了单离子和集体性质，并抑制了可能的量子相关性，使碎片主要是单离子量子涨落。我们的研究结果突出了超精细相互作用在受挫量子磁体中所起的关键作用，并激发了进一步研究量子涨落对部分有序磁态的作用。
2020-10-13 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Magnetization Dynamics of Fibonacci-Distorted Kagome Artificial Spin Ice
我们目前的铁磁共振（FMR）的实验和微磁模拟的扭曲，2D戈薇人工自旋冰的结果。扭曲的结构是通过连续调制周期性蜂窝晶格的2D原始晶格平移矢量，根据用于生成1D准晶的非周期性斐波那契序列来创建的。实验数据和微磁模拟表明，斐波那契失真导致FMR模式扩展和分裂成多个分支，这伴随着随着失真的增加而发展的段长度和方向的数量增加。当所施加的场在与片段的净磁化相反的方向上增加时，自旋波模式出现、消失或突然移位，以信号化片段磁化反转事件。这些结果表明，反转事件的复杂行为，以及定义明确的频率和频率场斜率的FMR模式，可以通过改变非周期性晶格畸变的严重程度进行精确调谐。这种畸变结构为复杂磁振子系统的设计提供了一种新的工具。
2020-12-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Low-temperature transport properties of intermetallic compound HoAgGe with kagome spin ice state
我们研究了金属间化合物HoAgGe单晶在低温和磁场沿$a$和$c$轴，而电流和热流沿$c$轴的磁化率，磁化强度，电阻率和热导率。磁化曲线显示$B \parallel a$和$B \parallel c$在低场下分别出现一系列的变磁转变和小的磁滞回线。磁化率和$ρ(T)$曲线在反铁磁转变（$T\rm_N \sim$ 11.3 K）和自旋重取向转变（$\sim$ 7 K）处均显示异常。在零场和极低温度下，电子是主要的热载体。对于$B \parallel a$，$ρ(B)$曲线显示出大的和正的横向磁电阻（MR），具有$B^2$和$B$之间的非常场依赖性-线性，伴随着变磁转变和低场滞后的异常;同时，$κ(B)$主要随着场的增加而减小，并且在变磁转变处显示出一些异常。对于$B \parallel c$，有弱的和负的纵向MR，而$κ(B)$显示出相当强的场依赖性，表明声子热输运的作用。
2022-07-25 cond-mat.mtrl-sci
Metal-organic kagome systems as candidates to study spin liquids, spin ice or the quantum anomalous Hall effect
我们提出的第一性原理计算的结果，使用维也纳从头算模拟包（VASP）的一类新的有机金属标记TM3C6O6（TM =Sc，Ti，V，Cr，Fe，Co，Ni和Cu）的形式的平面，二维，周期性的独立层。这些材料可以通过在金属表面上的表面配位产生，具有TM离子的kagome晶格。计算的结构特性，我们表明，所有考虑的材料都有本地磁矩在基态，但其中四个（与铁，钴，镍和铜）显示自旋交叉行为通过改变晶格常数，这可能是有价值的可能在各种衬底上的外延路线。令人惊讶的是，我们发现了非常丰富的电子和磁性，使这些材料成为非常有前途的金属有机拓扑量子材料。我们发现半导体与最近邻铁磁（FM）或反铁磁（AFM）耦合V，Sc和Cr，分别是潜在的兴趣，研究自旋冰或自旋液体的二维kagome晶格。其他TM离子系统将AFM耦合与金属行为（Ti、Fe和Ni）相结合，或者是铁磁kagome金属，如Cu3C6O6，在费米表面具有对称保护的Weyl交叉。对于后者的化合物，自旋轨道耦合被证明是负责小的差距，这应该允许观察的量子反常霍尔效应（QAHE）。
2023-02-21 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Lattice dynamics and spin-phonon coupling in the kagome spin ice HoAgGe
本文利用偏振拉曼光谱与第一性原理计算研究笼目自旋冰HoAgGe的晶格动力学，发现其声子频率在磁相变温度附近出现反常变化，证实了自旋-声子耦合和电子-声子耦合的存在。
2025-03-08 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Dynamics of magnetic charges in artificial spin ice
人工自旋冰最近已经在介观磁线的二维阵列中实现。我们提出了一个人工自旋冰在外加磁场作用下磁化动力学的理论模型。磁化反转由携带两个单位磁荷的畴壁介导。当局部磁场超过一个临界值$H_c$时，晶格结就会发射出这种磁场，而这个临界值是拉开符号相反的磁荷所必需的。磁荷间库仑相互作用的正反馈在磁化反转中诱发雪崩。
2010-08-24 cond-mat.mtrl-sci
Experimental and theoretical evidences for the ice regime in planar artificial spin ices
本文研究了人工自旋冰热力学中的一种几何效应。通常，这种人造材料是无热的。在这里，我们证明了几何驱动动力学在ASI可以打开探索不同的基态和热磁双稳态激发的全景。结果表明，一个特定的ASI晶格将提供一个更丰富的热力学与纳米磁体自旋经历更少的限制，以精确地翻转在一种菱形晶格。这可以通过分析仅三种类型的矩形人工自旋冰（RASI）来观察到。分别用a和b表示水平和垂直晶格间距，则RASI材料可以用其纵横比$γ$ =a/b来描述。当$γ$ = $\sqrt{3}$时，出现菱形晶格。因此，通过比较热效应对这三个适当的不同RASI阵列中自旋翻转的影响，有可能找到非常接近冰态的系统。
2018-12-06 cond-mat.mtrl-sci
Quantum simulation of interlayer charge ordering in Kagome frustrated-magnet
E.ON Digital Technology（E.ON数字技术）；North Carolina State University（北卡罗来纳州立大学）
本文通过量子退火器实现了双层Kagome反铁磁体模拟器，研究了层间耦合与量子涨落对电荷有序态的影响，揭示了层间驱动的铁电到反铁电相变机制，并为Kagome电荷密度波材料提供了新的解释。
2026-06-07 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Emergent Order in the Kagome Ising Magnet Dy3Mg2Sb3O14
kagome晶格--一个角共享三角形的二维（2D）排列--处于寻找由磁阻挫产生的奇异状态的最前沿。这种状态已经在海森堡和平面自旋的实验中观察到。相比之下，可果美晶格上的伊辛自旋的挫折先前仅限于纳米制造系统和施加磁场下的自旋冰材料。在这里，我们表明，分层伊辛磁体Dy 3 Mg 2Sb 3 O 14主机的涌现顺序理论预测为个别kagome层的面内伊辛自旋。中子散射和散装热磁测量，支持蒙特卡罗模拟，揭示了一个相变在T* = 0.3 K从一个无序的自旋冰状制度的“涌现电荷有序”的状态，其中涌现电荷自由度表现出三维秩序，而自旋保持部分无序。我们的结果确立了Dy 3 Mg 2Sb 3 O 14作为一个可调系统来研究戈薇伊辛挫败感产生的相互作用的新兴电荷。
2016-05-04 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech cond-mat.str-el
Spin wave spectral probing of possible microstates in building-block of macroscopically degenerate artificial spin ice
本文通过微磁学模拟研究方形人工自旋冰中强偶极耦合纳米岛的自旋波模式，揭示自旋波模式与微观态的直接关系，并证明单个环型结构足以理解方形人工自旋冰的自旋波行为。
2020-12-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Artificial square ice and related dipolar nanoarrays
我们研究了最近由Wang { \em et al.} [Nature { \bf 439}，303（2006）]中描述的方法，以在人工结构中实现方形冰模型。我们讨论了该系统的热力学和动力学模型。我们表明，冰政权可以通过阵列几何形状的微小变化来稳定;不同的磁状态，戈薇冰，可以同样地构建。在低温下，方冰制度终止的热力学有序过渡，可以选择是铁或反铁磁。我们表明，阵列不完全平衡实验，并确定一个可能的动态瓶颈。
2006-06-20 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Rewritable Artificial Magnetic Charge Ice
人工冰可以通过设计和直接观察来研究几何挫折。然而，它已被证明很难实现定制的远程订购其不同的配置，限制了基础和应用的研究方向。我们设计了一个人工自旋结构，产生一个磁荷冰与可调的长程有序的八个不同的配置。我们还开发了一种技术来精确地操纵局部磁荷状态，并在室温下演示写-读-擦多功能性。这种全局可重构和局部可写的磁荷冰可以为设计磁缺陷、定制磁振子和控制其他二维材料的特性提供一种环境。
2016-05-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Artificial "spin ice" in a geometrically frustrated lattice of nanoscale ferromagnetic islands
我们报告了一种基于光刻制造的单畴铁磁岛阵列的人工几何阻挫磁体。这些岛的排列方式使得偶极相互作用产生了一个二维的类似物来旋转冰。在这个相关系统中，单个元素的磁矩图像使我们能够研究挫折的局部调节。我们既看到了类似冰的短程相关性，又看到了长程相关性的缺失，这种行为与自旋冰的低温状态惊人地相似。这些结果表明，人工受挫磁铁可以提供一个未知的舞台上，挫折的物理可以直接可视化。
2006-01-19 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Thermal String Excitations in Artificial Spin-Ice Dipolar Arrays
我们报告了人工自旋冰偶极阵列的理论研究，使用最近实验中采用的纳米岛几何结构[A。Farhan \textit{et al.}，《自然物理学》\textbf{9}（2013）375]。在正方形晶格中的热磁弦激发的数量急剧增加的行和列的垂直位移。我们发现大的增量，特别是在低温和字符串激发准单极的收费$\pm 4$。通过动力学蒙特卡罗模拟，我们解决了这种激发的热稳定性，从而提供了时间尺度的实验观察。
2014-01-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Realization of magnetic monopoles current in an artificial spin ice device: A step towards magnetronics
磁性--电的磁性等价物--最近首次在实验上得到了验证。事实上，正如电荷流产生电流一样，在被称为自旋冰的几何受抑磁体中，已经观察到出现的磁单极子自由漫游（产生磁流）。然而，这只能通过考虑极端的物理条件来实现，因为自旋冰的单晶必须被冷却到$0.36 K$的温度。克服这一困难的候选者是自旋冰晶的人工类似物，即所谓的人工自旋冰。在这里，我们表明，通过调整几何挫折，这些人工系统的一个特殊类型是一个很好的候选人。我们生产这种材料，并通过实验观察到出现的单极子;然后，我们计算外部磁场的影响，说明如何产生受控的磁流。这种用于磁电子学的潜在纳米器件即使在室温下也是实用的，并且可以随意调整用于开发这种技术的相关参数（例如磁荷强度等）。
2014-04-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Magnetic Charge Propagation upon a 3D Artificial Spin-ice
磁荷在大块阻挫材料中的传播已经产生了科学上的范式转变，允许研究电和磁之间的对称性。最近的工作表明自旋冰表面的磁荷动力学可能对确定有序和相关的相空间有重要影响。在这里，我们详细介绍了一个3D人工自旋冰，一个3D纳米结构阵列的磁性岛屿，捕捉散装系统的确切几何形状，使磁场驱动的动态磁荷直接可视化的表面上。使用磁显微镜，我们观察到沿两个主要方向有很大不同的磁荷动力学。这些显着的差异被发现是由于表面终止和相关的协调，产生不同的能量和相互作用强度的磁荷表面上。
2021-01-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Experimental Studies of Artificial Spin Ice
人造自旋冰最初是作为烧绿石自旋冰的类似物引入的，但后来成为一个更丰富的领域。最初的吸引力建设纳米技术的类似物的pyrophores是三个方面：允许室温下的几何挫折研究;提供模型统计力学系统，在实验中的所有相关参数可以通过设计调整;并能够检查这些系统的精确微观使用先进的磁显微镜方法。从这一开始，该领域已经发展到包括淬火无序，热激活动力学，微波频率响应，磁输运性质，晶格几何形状的发展的影响的研究-与相关的涌现物理学--没有类似的自然发生的晶体系统。该领域还提供了为新型磁逻辑器件做出贡献的前景，因为形成人工自旋冰的纳米岛阵列在许多方面与用于开发磁量子元胞自动机的纳米岛阵列相似。在这一章中，我回顾了这个故事的实验方面，补充了陈嘉伟的理论章节。
2016-11-02 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Dynamic response of an artificial square spin ice
利用宽带铁磁共振谱研究了在晶格面内施加磁场的情况下，Ni 80 Fe 20人工正方形自旋冰晶格的磁化动力学.实验观察到的色散显示了丰富的频谱模式对应于不同的磁化状态。这些磁化状态是由交换和偶极个别岛屿之间的相互作用，证实了半解析模型。在低于400 Oe的低场区，发现了模谱的滞后行为，微磁学模拟揭示了所观察到的谱的起源是由于单个纳米磁体的不同磁化状态的初始化。我们的研究结果表明，它可能是可能的，以确定自旋冰状态的共振实验，是第一步走向理解的人工几何挫磁系统在高频制度。
2016-01-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Writable spin wave nanochannels in an artificial-spin-ice-mediated ferromagnetic thin film
利用自旋波来传输和处理信息的磁光电子学是一种很有前途的低功耗数据处理技术。其中一个主要的挑战是自旋波传播路径的局部控制。在这里，我们引入了可写磁振子的概念，利用人工自旋冰系统的高度灵活的可重构性和可重写性。使用微磁学模拟，我们表明，全球可切换的自旋波传播和本地可写的自旋波纳米通道可以实现在人工风车自旋冰下的铁磁薄膜。由可重构自旋波纳米通道实现的可编程磁振子提供了一种独特的设置，以设计用于超低功耗应用的可编程磁振子电路和逻辑器件。
2022-03-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
A new macroscopically degenerate ground state in the spin ice compound Dy2Ti2O7 under a magnetic field
本文报道了在[111]方向磁场作用下，烧绿石化合物Dy_2 Ti_2 O_7的低温磁性。在低于1 K时，在2~9 kOe的磁场范围内观察到一个明显的磁化平台，随后在10 kOe附近出现一个急剧的磁矩跃变，对应于自旋冰态的破缺。我们发现平台态是无序的，剩余熵几乎是零场态的一半，其宏观简并来自于垂直于磁场的可果美层上的自旋的挫折。
2002-07-23 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Unhappy Vertices in Artificial Spin Ice: Degeneracy from Vertex-Frustration
1935年，鲍林通过考虑冰规则{ \it仅在顶点水平}的简并性，以惊人的精度估计了水冰的剩余熵。事实上，他的估计对三维烧绿石晶格和Lieb在1967年解决的二维六顶点模型都很有效。蜂窝状人工自旋冰的情况是类似的：它的伪冰规则，就像鲍林和利布系统中的冰规则一样，只是将已经存在于顶点中的简并性扩展到全局基态。磁相互作用的各向异性限制了人工自旋冰中固有简并顶点的设计，而蜂窝是迄今为止唯一产生的简并阵列。在本文中，我们将展示如何工程师人工自旋冰在一个几乎无限的各种退化的几何形状建成的非退化顶点。在这类新的顶点模型中，剩余熵不是来自顶点层次的选择自由，而是来自顶点本身的非平凡相对排列。在这样的阵列中，存在回路，沿着这些回路，并非所有的顶点都可以在它们的最低能量配置中被选择：这些回路因此是顶点受挫的，因为它们包含不快乐的顶点。剩余熵在这些晶格中以构型自由的形式出现，分配基态的不幸顶点。这些新的几何形状将最终允许制造许多新的广泛简并的人工自旋冰。
2012-10-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Artificial Spin Ice: A Tutorial on Design and Control of Geometry, Microstate, Magnon Dynamics & Neuromorphic Computing
该教程介绍人工自旋冰的基础理论、设计制备、测量控制技术及神经形态计算应用，为新研究者提供相关领域的系统基础知识。
2025-04-09 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Artificial Bone and Teeth through Controlled Ice Growth in Colloidal Suspensions
规则图案的形成是涉及铸造材料的许多凝固过程的共同特征。我们在这里描述如何可以获得规则的图案在多孔氧化铝和羟基磷灰石（HAP）通过控制陶瓷浆料的冷冻，随后由冰升华和烧结，导致多层多孔陶瓷结构均匀和明确的架构。这些多孔材料可以用选择的第二相渗透，以产生具有改善的机械性能的仿生珍珠质类复合材料，其可用于人造骨和牙齿应用。适当控制固化模式提供了控制最终功能特性的有力手段。我们讨论了实验结果之间的关系，冰生长的基本原理，冰的物理和惰性粒子之间的相互作用和定向冻结过程中的凝固前沿。
2018-03-30 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.bio-ph
Switchable geometric frustration in an artificial-spin-ice-superconductor hetero-system
当有序晶格结构中的局部相互作用能不能同时最小化，导致大量简并态时，就会出现几何挫折。大量的简并构型可能导致微电子学中的实际应用，例如数据存储、存储器和逻辑。然而，很难实现广泛的简并，特别是在二维系统中。在这里，我们展示了在原位可控的几何挫折与大规模简并在二维通量量子系统。我们在一个超导薄膜中制造了这个，它被放置在一个可重构的人造自旋冰结构下面。人造自旋冰中的可调磁荷与超导体中的通量量子强烈相互作用，使通量量子态在受抑和结晶之间切换。不同的状态对超导临界电流分布具有可测量的影响，其可以通过施加外部磁场精确选择自旋冰磁状态来重新配置。我们证明了这些效果的适用性，实现可重编程通量量子二极管。使用人工自旋冰对相互作用的“粒子”的能量景观进行剪裁，为几何挫折的设计提供了一个新的范例，这使我们能够控制其他材料系统中的新功能，例如磁性skyrmion，二维材料中的电子/空穴和拓扑绝缘体，以及软材料中的胶体。
2018-07-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
