Emergent Magnetic Monopole in Artificial Polariton Spin Ice
Moscow Center for Advanced Studies（莫斯科高级研究中心）；Westlake University（西湖大学）；St. Petersburg State University（圣彼得堡国立大学）
本文提出了一种驱动耗散极子实现的人工极子冰，通过环形极化作用实现Ising自由度，并通过辅助损耗顶点模式动态约束冰规则。极化翻转生成单极子-反单极子缺陷，其动态可被极化分辨实空间成像重构。
2026-03-30 cond-mat.mes-hall
Nambu monopoles interacting with lattice defects in two-dimensional artificial square spin ice
在人工二维正方形自旋冰中研究了激发（类似于一对Nambu单极子）和晶格缺陷之间的相互作用。这是通过考虑一个正方形的岛屿阵列，其中只有一个岛屿与所有其他岛屿不同来实现的。这种差异被纳入的磁矩（自旋）的“不完美”的岛屿和几种情况下进行了研究，包括特殊的情况下，这种独特的自旋为零（空缺）。我们已经证明，畸形岛的两个端点的行为就像两个相反的磁荷。然后，一对Nambu单极子与变形岛之间的有效相互作用是一个涉及四个磁荷（两对相反的磁极）和一根弦的问题。我们还画出了这四种电荷的场线的形状，以证实这一观点。弦对这种相互作用的影响随着弦与缺陷的距离而迅速衰减。
2013-01-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech
Direct observation of magnetic monopole freedom in two-dimensional artificial spin ice
作为外部磁场的函数的磁不成对被呈现为在二维人工自旋冰系统中出现的准粒子自由度的指纹。这种自由度，例如在磁性中的进一步应用所需的，仅可能是由于基态简并性，这导致矩形几何形状中的弦能量的降低，其被设计为允许纳米磁体之间的最高等距。我们通过模拟表明，在不同的矩形人工自旋冰的自旋关联演变从反铁磁有序磁结构的铁磁之一，通过一个冰制度，观察到与库仑相的夹点。通过测量的磁力显微镜，我们观察到磁性磁单极的创建，运输和湮灭在这样的系统中的自由单极创建和运输的整个样品没有附加字符串，如通常观察到在传统的人工自旋冰系统。
2022-07-13 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Voltage Control of Magnetic Monopoles in Artificial Spin Ice
目前对人工自旋冰（ASI）系统的研究揭示了独特的滞后记忆效应和受外加磁场控制的可移动准粒子单极子。在这里，我们数值模拟了应变介导的多铁性方法来局部控制ASI单极子。通过向压电层施加电压脉冲来控制各个晶格元件的磁化，从而导致定时为180度重新取向的应变诱导的磁旋进。该模型演示了局部电压控制移动磁单极子在晶格位置，在CoFeB，Ni和FeGa的ASI $'$的。开关在铁磁共振附近的频率下实现，并且需要低于620 aJ的能量。结果表明，ASI单极子可以有效地和本地控制的应变介导的多铁性方法。
2018-03-22 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Field-Induced Magnetic Monopole Plasma in Artificial Spin Ice
人工自旋冰（ASIs）是光刻定义的纳米磁体的相互作用阵列，其中可以有意地设计新颖的受抑磁相。对ASI中基本激发的一个关键描述是磁单极子--携带有效磁荷的移动准粒子。在这里，我们表明，原型方形ASI晶格可以主机，在其磁相图的特定区域，高密度的移动磁单极等离子体状制度。通过被动地“听”自发的热噪声在热平衡，我们揭示了它们的内在动力学，并表明，热动力学是最小的相关性（即最扩散）在等离子体阶段。这些结果打开了大门，按需的磁共振制度，具有现场可调的密度和动态特性，从而提供了一个新的范例，探测合成物质中的有效磁荷的物理。
2020-08-19 cond-mat.mes-hall
Extensive degeneracy, Coulomb phase and magnetic monopoles in an artificial realization of the square ice model
人工自旋冰系统已被引入作为一种可能的手段，调查挫折的影响，在一个良好的控制方式，通过制造相互作用的磁性纳米结构的光刻图案化的二维排列。这种方法提供了直接在真实空间中可视化非常规物质状态的机会，并引发了纳米磁学，统计热力学和凝聚态物理之间的前沿研究。尽管在过去的十年里，人们做出了巨大的努力来提供著名的方形冰模型的人工实现，但没有基于纳米磁体阵列的简单几何形状成功地捕获了相应模型的宏观简并基态流形。相反，在迄今为止报道的所有工作中，纳米磁体的正方形晶格的特征在于由具有交替手性的局部磁通闭合配置组成的磁有序的基态。在这里，我们从实验和理论上证明，如果人工正方形格子设计得当，可以观察到正方形冰模型的所有特性。我们的自旋配置图像后，我们的阵列消磁揭示了明确的签名的代数自旋液体状态的特征在于存在的相关的磁结构因子的夹点。局部激发，即磁单极子的经典类似物，被发现可以自由地在大规模简并的无发散真空中演化。因此，我们提供了第一个芯片实验室平台，允许调查集体现象，包括库仑相和冰状物理。
2016-10-05 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall
Direct Visualization of the Magnetic Monopole Field in a 3D Artificial Spin Ice
本文利用双光子光刻和扫描氮-空位磁测量直接可视化了三维人工自旋冰中磁单极的场结构，揭示其同时携带磁荷和固有磁矩，并证明单极耦合可通过几何结构调节，确立了3DASI作为可编程磁超材料的地位。
2025-11-06 cond-mat.mes-hall
Controlled creation and annihilation of stringless robust emergent magnetic monopoles in artificial spin ice
孤立自由电荷的磁模拟，即，具有单一北极或南极的磁体是一种长期以来一直在寻找的粒子，但迄今为止仍然难以捉摸。在磁阻挫烧绿石固体，一个经典的类似物，观察到作为一个结果的自旋冰顶点的激发。这种激励的直接可视化被提出，后来证实在类似的人工自旋冰（ASI）系统的正方形以及戈薇几何形状。然而，这些带电顶点是随机产生的，因为它们是热驱动的，并且总是与相应的由可观察的弦连接的相等和相反电荷的新兴反单极子相关联。在这里，我们证明了一个强大的孤立的紧急状态的控制稳定在个人广场ASI顶点通过应用程序的外部磁场。这种激励作用使磁荷保持不变，而不涉及相应的反磁荷。我们的实验结果得到了蒙特卡罗模拟的很好的支持，在没有真正的元素磁共振的情况下，在固态环境中存在磁共振场的情况下，能够产生电子涡旋并研究电动力学。
2020-11-13 cond-mat.mes-hall
Heavy and Light Monopoles in Magnetic Reversion in Artificial Spin Ice
Facultad de Ingeniería, Universidad Diego Portales（迭戈·帕塔尔斯大学工程学院）
研究揭示了人工自旋冰中磁反演的两种机制，分别由不移动的重单极子和长距离移动的轻单极子主导。
2012-08-30 cond-mat.mes-hall
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
Exploring the phases of 3D artificial spin ice: From Coulomb phase to magnetic monopole crystal
本文探索了金刚石键合晶格中三维人工自旋冰的相图，发现双电荷磁单极晶体、单电荷磁单极晶体和库仑相，并揭示表面铁磁条纹抑制双电荷晶体而促使单磁荷微晶形成，表明可通过表面能量工程调控基态。
2022-11-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Efficient demagnetization protocol for the artificial triangular spin ice
在这项工作中，我们研究退磁协议的人工自旋冰在三角形的几何形状。我们的研究结果表明，一个简单的类电子的过程是非常有效的驱动系统的基态，即使在系统中的一个相对较强的无序，证实了以前的预期。此外，磁化状态和基态之间的过渡被观察到介导的行为像磁单极子伪粒子的顶点的创建和传播。这是一个重要的一步，对更详细的实验研究在人工自旋冰系统中的类冰激发。
2013-10-14 cond-mat.mes-hall
The effect of the size of the system, aspect ratio and impurities concentration on the dynamic of emergent magnetic monopoles in artificial spin ice systems
Facultad de Ingeniería, Universidad Diego Portales（迭戈帕拉莱斯大学工程学院）
本研究通过FCA模型探讨了系统大小、长宽比和杂质浓度对人工自旋冰系统中磁单极子动态的影响。
2012-08-16 cond-mat.mes-hall
Extending spin ice concepts to another geometry: the artificial triangular spin ice
在这项工作中，我们提出并研究了实现人工自旋冰状系统，而不是基于任何真实的材料，在三角形几何形状。在晶格的每个顶点，“类冰规则”规定三个自旋必须指向内部，而其他三个必须指向外部。我们研究了系统的基态和最低能量激发态以及系统的热力学性质。我们的研究结果表明，尽管在顶点拓扑结构的根本差异相比，人工正方形自旋冰，在三角形阵列的最低能量激发也表现为一种Nambu单极（两个相反的单极连接的充满活力的字符串）。事实上，我们的研究结果表明，单极子的电荷值可能有一个普遍的价值，而弦的张力可以通过改变系统的几何形状来调整，可能允许设计不同的弦张力的系统。我们的Monte Carlo结果表明在伊辛普适性类中的相变，其中的平均距离之间的单极子和反单极子的临界温度显着增加。顶点拓扑结构的差异似乎有利于系统基态的实验实现，从而允许对系统的性质进行更详细的实验研究。
2012-12-14 cond-mat.mes-hall
Evidence of thermodynamics and magnetic monopole plasma formation by photon-magnon interaction in artificial spin ice
本研究通过光子-磁子散射调控人工自旋冰中的磁单极子，实现无外场的热力学操控，并借助解析模型与微磁模拟证实了磁单极子等离子体的形成。
2024-06-25 cond-mat.mes-hall
From confinement to deconfinement of magnetic monopoles in artificial rectangular spin ices
我们研究了一个由二维偶极子阵列组成的人工矩形自旋冰，其水平和垂直晶格参数分别由$a$和$b$给出。我们表明，冰制度可以通过适当的选择比例$γ\equiv a/b$稳定。我们的结果表明，对于$γ\approx \sqrt{3}$，即，当岛的中心形成三角形晶格时，基态变为简并。因此，虽然磁荷（单极子）是一般矩形晶格（包括正方形晶格的特殊情况）的能量串连接的激发，但对于具有$γ\approx \sqrt{3}$的特殊矩形晶格，它们实际上可以自由移动。除此之外，我们的研究结果表明，对于$γ> \sqrt{3}$的系统是高度各向异性的方式，即使在这个范围的冰制度，弦张力几乎消失沿阵列的特定方向。我们还讨论了体系的基态跃迁和一些热力学性质。
2012-12-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.other
Intermediate phase and pseudo phase transition in an artificial spin ice model
在本文中，我们进行蒙特卡罗模拟，以调查最近在文献中提出的人工自旋冰的几何形状，已被称为“双”自旋冰的热力学性质，因为它的实验实现允许对系统的微观状态的总控制。我们的结果表明，在热力学极限的一个单一的相变之间的一个完全磁化的状态和一个顺磁状态存在，而对于有限的系统也出现了一个中间相，产生低温伪相变。该中间相的特征在于由类似于铁电的激发组成的畴壁分离的大磁畴，导致低的净磁化值。我们还表明，两种类型的低能量激发，表现为磁单极子出现在系统中，这两种都是几何约束沿预定义的路径移动。
2019-07-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech
Thermally and field-driven mobility of emergent magnetic charges in square artificial spin ice
设计和构建体现挫折的统计力学的模型系统现在可以使用纳米技术。我们已经安排了纳米磁体在一个二维的正方形晶格，形成一个人工自旋冰，并研究了它的分数激发，涌现磁单极子，以及它们如何响应于驱动场使用X射线磁显微镜。我们观察到一个制度，其中的磁漂移速度是线性的领域以上的临界领域的运动开始。临界场的温度依赖性可以通过在Bean-Livingston模型中引入相互作用项来描述。通过与电荷漂移运动的类比，我们定义和测量了纳米磁体的迁移率，该迁移率对于更高的温度和更强的纳米磁体之间的相互作用都更大。在这个线性政权的流动性描述的蠕变模型的零维电荷移动网络内的准一维对象。
2018-09-20 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spectral analysis of topological defects in an artificial spin-ice lattice
适当图案化和布置的磁性元件的阵列可以显示在磁化中具有拓扑缺陷的人造自旋冰结构，诸如狄拉克单极子和狄拉克弦。这些缺陷对自旋冰晶格的准静态和平衡行为有很大的影响。在这里，我们研究了本征模动力学的这种缺陷在一个正方形晶格组成的体育场一样的薄膜元素使用微磁学模拟。我们发现，拓扑缺陷显示不同的签名模式谱，提供了一种手段，定性和定量分析的单极子和字符串，可以通过实验测量。
2013-03-12 cond-mat.mes-hall
Realization of Rectangular Artificial Spin Ice and Direct Observation of High Energy Topology
在这封信中，我们已经构建和实验研究的挫折阵列的偶极子形成二维人工自旋冰与不同的晶格参数（矩形阵列的水平和垂直的晶格间距分别表示为$a$和$b$）。研究了具有三种不同比率$γ=a/b = \sqrt{2}$、$\sqrt{3}$和$\sqrt{4}$的阵列。本文还对这些参数下的低能退磁组态进行了理论计算。去磁样品的实验数据证实了大部分的理论结果。然而，最高能量的拓扑结构（双电荷单极）并没有出现在我们的理论模型中，而他们在实验中看到足够大的$γ$。我们的结果还暗示，磁单极子可能是几乎自由的矩形晶格与临界比$γ= γ_{c} = \sqrt{3}$，支持以前的理论预测。
2017-04-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech
On the micromagnetic behavior of dipolar-coupled nanomagnets in defective square artificial spin ice systems
我们在这里报告的结果，微磁模拟的方形人工自旋冰（ASI）系统的缺陷。缺陷是由纳米磁体在顶点处的错位引入的。在这些亏损系统中，我们能够通过施加一个小的外场来稳定涌现的类抛物态。我们观察到系统的偶极能量的变化与不同的失调角。产生出射单极子的场随系统的偶极能量线性变化。我们的研究结果清楚地表明，ASI系统的磁化反转是错综复杂的缺陷和偶极相互作用的相互作用。
2019-09-10 cond-mat.mes-hall
Multi-Step Ordering in Kagome and Square Artificial Spin Ice
我们发现，在人工戈薇和修改后的方形冰系统的胶体模型中，各种有序和无序制度发生的偏置场，温度和胶体-胶体相互作用强度的函数，包括有序的晶体，偏置冰规则状态，热诱导冰规则基态，偏置三重态，无序状态。我们描述了晶格的几何形状和偏置场协议，创建不同的状态，并解释形成的状态的子晶格开关阈值。对于一个系统准备在一个晶格状态，我们表明，一个序列的不同的排序发生的温度升高。我们的研究结果还解释了在外加磁场下纳米磁性人工冰系统中观察到的几个特征。
2011-11-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Thermodynamics of elementary excitations in artificial magnetic square ice
我们研究了人造方形自旋冰系统的热力学，假设组成阵列的岛屿之间只有偶极相互作用。重点是温度对基本激发（磁单极子和狄拉克弦）的影响。用蒙特卡罗方法计算了比热、磁极密度和磁极平均间距随温度的变化。在相同的温度$T_{p}\approx 7.2D/k_{B}$（这里，$D$是偶极相互作用的强度，$k_{B}$是玻耳兹曼常量）下，单极子和反单极子之间的比热和平均分离分别呈现出尖峰和局部最大值。随着晶格尺寸的增加，这些特征的幅度也增加，但非常缓慢。实际上，比热和最大值在平均分离$d_{max}$之间的相反电荷的单极增加与系统的大小，表明完全孤立的电荷可以发现，只有在热力学极限。在一般情况下，这里得到的结果表明，温度$T \geq T_{p}$，这些系统可能会表现出一个相位分离的单极子，虽然数量$d_{max}$不应该大于几个可行的人工材料的晶格间距。
2012-02-06 cond-mat.mes-hall
Bilayer artificial spin ice: magnetic force switching and basic thermodynamics
我们研究了一个由高度偏移量$h$分隔的两个相同层组成的人工自旋冰系统。对于小的分离，层被示出为相互吸引，提供整个系统是在基态。这样的吸引力是通过幂律力产生的，我们把它比作范德华力。当磁单极子出现在一个（或两个）层中时，情况变得更加有趣，这些层也可能相互排斥。通过调整像$h$和距离等参数，可以以可行的方式实现吸引和排斥之间的切换。在热力学方面，随着$h$的增加，比热峰向低温移动。
2021-02-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.other
FePd$_{3}$ as a material for thermally active artificial spin ice
我们介绍FePd $_{3}$作为一种新的材料，用于研究热活性人工自旋冰（ASI）系统，并使用它来调查双方的广场和戈薇冰的几何形状。我们很容易实现完美的基态有序的正方形晶格，并证明了最高程度的kagome晶格中的电荷有序。我们发现，在kagome系统较小的晶格常数一般产生较大的领域的电荷秩序。蒙特卡罗模拟显示出很好的协议与我们的数据时，少量的混乱是包括在模拟中。
2015-03-03 cond-mat.mes-hall
Dirac Monopole and Spin Hall Conductance for Anisotropic Superconductivities
拓扑序的概念对于描述各向异性超导体是有用的。自旋霍尔电导区分具有相同对称性的超导体。自旋霍尔电导的陈数由狄拉克算符周围封闭曲面的覆盖度给出。给出了非零化学势下$d_{x^2-y^2}$超导电性的非临界条件。给出了三角格上的非平凡拓扑序，并用拓扑对象证明了这一点。
2003-11-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Magnetization Dynamics of Topological Defects and the Spin Solid in Kagome Artificial Spin Ice
我们报告了由互连Ni $_{80}$ Fe $_{20}$纳米棒大阵列制成的可果美人造自旋冰（ASI）的宽带自旋波光谱。在饱和和无序状态下拍摄的光谱表现出一系列具有特征磁场依赖性的共振。利用微磁学模拟，我们确定的共振，反映了自旋固体状态和狄拉克字符串的反自旋对。后者的谐振允许通过微波辅助切换在ASI中产生高电荷顶点。我们的研究结果打开了进一步的前景，对ASI的基础研究及其在可重编程磁振子的使用。
2016-02-02 cond-mat.mes-hall
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
Quantifying ground state degeneracy in planar artificial spin ices: the magnetic structure factor approach
本文利用磁结构因子方法量化矩形人工自旋冰的基态简并性，通过哑铃模型和偶极-偶极相互作用揭示收缩点、残余熵及涌现规范场，比较两种模型的预测。
2023-10-14 cond-mat.mes-hall
Direct Observation of Magnon Modes in Kagome Artificial Spin Ice with Topological Defects
我们研究了人工自旋冰（ASI）的自旋动力学，其中拓扑缺陷限制磁振子模式在Ni $_{81}$ Fe $_{19}$纳米磁体排列在一个互连的kagome晶格。利用布里渊光散射显微镜对磁无序态进行研究，发现磁振子共振依赖于磁力显微镜检测到的拓扑缺陷结构。在实验和模拟中，狄拉克弦上的纳米磁体和反狄拉克对之间的纳米磁体在磁振子频率上都显示出明显的变化。我们的工作是通过微波辅助开关和基于ASI的可重编程磁振子来创建和湮灭狄拉克弦的关键。
2019-10-02 cond-mat.mes-hall
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
Realizing three-dimensional artificial spin ice by stacking planar nanoarrays
人工自旋冰是一种受挫折的磁性二维纳米材料，最近被用来研究各种量身定制的不寻常的集体行为。最近提出的三维扩展是基于自组装技术，并允许很少的控制几何形状和无序。我们提出了一个可行的设计实现的三维人工自旋冰的精度和控制水平相同的光刻纳米制造的流行的二维情况下允许。我们的几何结构是基于分层已经可用的二维人工自旋冰，并导致冰规则沮丧的单位，这是拓扑等价于在烧绿石晶格的四面体的安排。因此，我们表明，它表现出一个真正的冰相和它的激发，在自然自旋冰材料，磁单极子通过库仑定律相互作用。
2013-12-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Qubit spin ice
人工自旋冰是可以被设计的受抑自旋系统，其中几何和拓扑的微调允许在组分水平上设计和表征奇异的涌现现象。在这里，我们报告的超导量子比特晶格中的自旋冰的实现。与传统的人工自旋冰不同，我们的系统是由量子和热涨落无序的。的基态是经典的冰规则描述，我们实现了控制一个脆弱的简并点，导致库仑相位。钉扎单个自旋的能力使我们能够证明高斯定律在二维中出现的有效单极子。所展示的量子位控制为未来拓扑保护的人工量子自旋液体的潜在研究奠定了基础。
2021-07-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el quant-ph
Gauge fields, quantized fluxes and monopole confinement of the honeycomb lattice
研究了蜂窝晶格上的电子跳跃模型。该格由两个三角形子格组成，并且它是非布拉维的。对偶空间具有非平凡拓扑。布洛赫电子的规范场具有U（1）对称性，因而在对偶空间中表现为超导态。两个量子化的Abrikosov通量存在于狄拉克点，分别具有通量$2pi$和$-2pi$。本文在推广的3 $d$对偶空间中定义了非阿贝尔SO（3）规范理论，并证明了非阿贝尔反单极解是稳定的. SO（3）规范群在2 $d$边界被分解为U（1），Abrikosov通量与量子化Hall电导通过拓扑表达式联系起来.在此基础上，讨论了时间反演对称性和QHE对量子禁闭和去禁闭的影响。简要讨论了Jahn-Teller效应。
2008-02-25 cond-mat.mes-hall
