Recent work has highlighted remarkable effects of classical thermal fluctuations in the dipolar spin ice compounds, such as "artificial magnetostatics", manifesting as Coulombic power-law spin correlations and particles behaving as diffusive "magnetic monopoles". In this paper, we address quantum spin ice, giving a unifying framework for the study of magnetism of a large class of magnetic compounds with the pyrochlore structure, and in particular discuss Yb2Ti2O7 and extract its full set of Hamiltonian parameters from high field inelastic neutron scattering experiments. We show that fluctuations in Yb2Ti2O7 are strong, and that the Hamiltonian may support a Coulombic "Quantum Spin Liquid" ground state in low field and host an unusual quantum critical point at larger fields. This appears consistent with puzzling features in prior experiments on Yb2Ti2O7. Thus Yb2Ti2O7 is the first quantum spin liquid candidate in which the Hamiltonian is quantitatively known.
Low Energy Electrodynamics of Novel Spin Excitations in the Quantum Spin Ice Yb$_2$Ti$_2$O$_7$
在凝聚态系统中，对称性破缺的长程序（LRO）的形成往往伴随着新的激发。然而，在许多磁性烧绿石氧化物，几何挫折抑制传统的LRO，而在同一时间观察到非平凡的自旋相关。对于这样的材料，一个自然的问题是，在这种高度相关的状态下，没有对称性破缺，激发的性质是什么？通常，对称破缺场的应用可以稳定激发，其性质仍然反映了没有长程序的反常态的某些方面。在这里，我们报告的量子自旋冰材料Yb $_2$ Ti $_2$ O $_7$中的新的磁激发的证据，从时域太赫兹光谱（TMF）。在大磁场下，在$<$ 001 $>$定向磁场中观察到磁振子和双磁振子激发，说明了场诱导LRO态的稳定性。独特的能力，测量复杂的响应函数允许直接研究磁响应在不同的极化通道，揭示了一个不寻常的左手极化磁振子的存在。这些激发的g因子在低场极限下显著增强，表明这些一个和两个磁振子状态交叉成与量子弦状激发相一致的特征，该特征被提出存在于小$<$ 001 $>$施加场的量子自旋冰中。
Thermal Conductivity and Specific Heat of the Spin-Ice Compound Dy$_2$Ti$_2$O$_7$: Experimental Evidence for Monopole Heat Transport
自旋冰化合物Dy $_2$ Ti $_2$ O $_7$中的基元激发可以描述为在由磁性Dy离子形成的烧绿石晶格内独立传播的磁单极子。我们研究了B的热导率κ（B）与磁场的关系||[001]并观察到源自磁激发的磁热传输的明显证据。磁贡献κ mag与磁场有很强的相关性，并与磁化强度M（B）有关。由κ mag与磁比热之比得到的扩散系数在低于1K时大大增强，表明自旋冰态的自旋激发具有高的迁移率.
Gapless quantum excitations from an Ice-like Splayed Ferromagnetic ground state in stoichiometric Yb2Ti2O7
已知量子自旋冰候选磁体Yb 2 Ti 2 O 7的基态对从熔体生长的单晶中发生的1%水平的弱无序敏感。通过固态合成产生的粉末倾向于化学计量比，并且在相对高的温度下显示出大而尖锐的热容异常，Tc约为0.26 K。我们已经进行了中子弹性和非弹性测量的特点和平衡的化学计量的粉末样品的Yb2Ti2O7显示分辨率有限的布拉格峰出现在低温下，但其发病相关的温度远高于Tc。相应的磁结构最好描述为冰状的张开铁磁体。在Yb2Ti2O7中的自旋动力学被证明是在所有温度下小于0.09毫电子伏的能量尺度上是无隙的，并且被组织成具有高度过阻尼铁磁自旋波存在的痕迹的散射的连续体。这些激发极大地不同于传统的自旋波预测的Yb2Ti2O7的平均场有序状态，但出现强大的弱无序，因为它们在很大程度上是一致的，所显示的非化学计量粉碎单晶和单晶，以及粉末样品的Yb2Ti2O7的姐妹量子磁体Yb2Sn2O7。
Evidence for the Confinement of Magnetic Monopoles in Quantum Spin Ice
磁单极子是由狄拉克弦连接起来的基本粒子，它们的行为就像无限薄的弦。尽管经过几十年的研究，自由磁单极子和它们的狄拉克弦仍然无法在实验中被探测到，尽管有大量证据表明自旋冰材料中存在非受限的磁单极子准粒子。在这里，我们报告的检测层次的不等间距磁激发\emph{via}高分辨率非弹性中子光谱测量的量子自旋冰候选人Pr $_{2}$ Sn $_{2}$ O $_{7}$。这些激发可以用一个简单的模型来描述，该模型是由一个有效张力为0.642（8）K~ $\cdot$/$^{-1}$（1.65 K）的线性势所束缚的电子对。线性势模型的成功表明，这些低能磁激发是量子自旋冰候选体Pr $_{2}$ Sn $_{2}$ O $_{7}$中磁束缚准粒子的直接光谱证据.
Heat transport of the spin-ice materials Ho$_2$Ti$_2$O$_7$ and Dy$_2$Ti$_2$O$_7$
自旋冰材料Ho $_2$ Ti $_2$ O $_7$和Dy $_2$ Ti $_2$ O $_7$在零场中的元激发可以描述为独立的磁单极子。我们通过测量磁场依赖的热导率$κ$来研究这些奇异激发对热输运的影响。对高度稀释的参考化合物HoYTi $_2$ O $_7$和DyYTi $_2$ O $_7$的额外测量使我们能够将$κ$分离为声子（$κ_{ph}$）和磁性（$κ_{mag}$）贡献的总和。对于这两种自旋冰材料，我们得到显着的零场贡献$κ_{mag}$，这是迅速抑制在有限的磁场。此外，$κ_{mag}$敏感地依赖于由磁激发引起的声子散射，这对于Ho基和Dy基材料是相当不同的，并且作为进一步的结果，相应的磁场依赖性变化$κ_{ph}(B)$甚至具有相反的符号。
Partial magnetization plateau emerging from a quantum spin ice state in Tb2Ti2O7
应用于Tb2Ti2O7的量子自旋冰模型预测，沿[111]轴施加的磁场将诱导部分磁化平台[H. R. Molavian和M. J. P. Gingras，J. Phys.：康登斯Matter 21，172201（2009）]。我们使用交流磁化率和μ子自旋弛豫测量来测试这一假设，发现在15和65 mT的特征与磁化平台的预测边界一致。这表明Tb_2Ti_2O_7可以用量子自旋冰模型很好地描述，有效交换常数为Jeff = 0.17（1）K.
Quantum Melting of Spin Ice: Emergent Cooperative Quadrupole and Chirality
提出了辉石晶格磁体Pr $_2TM_2$ O $_7$（$TM=$ Ir，Zr，Sn）自旋冰的量子熔化.在原子非Kramers磁偶极子的基础上，导出了具有非平凡磁各向异性的量子超交换哈密顿量。基态表现出合作的铁四极和赝自旋手性，形成近晶相液晶的磁性模拟。我们的理论解释了在Pr $_2TM_2$ O $_7$中实验观察到的动态自旋冰行为。
热力学第三定律规定，当系统温度接近绝对零度时，处于热平衡的系统的熵趋于零。然而，在冰中，可以测量“零点”或剩余熵-归因于与所谓的“冰规则”相关的氢离子的能量优选位置中的高度简并。1，2值得注意的是，具有角共享四面体的烧绿石结构的某些磁性材料中的自旋，称为“自旋冰”，具有能量优选态的等效简并性，并且还显示出零点熵3，4，5，6，[7]在这里，我们报告说，我们通过将额外的Ho磁矩填充到Ho四面体周围的正常非磁性Ti位点中，化学改变了Ho 2 Ti 2 O 7自旋冰。由此产生的系列，Ho 2（Ti 2-xHox）O 7-x/2，提供了一个独特的机会来研究在受抑晶格上自旋之间的连接性增加的影响。令人惊讶的是，所测量的每个自旋的零点熵似乎没有被这些多余的自旋改变，并且自旋的动态冻结被抑制到较低的温度。这些结果挑战了我们对自旋冰态的理解，并提出了一种新的途径，可以利用化学来研究冰状挫折和基于烧绿石结构的几何挫折磁体的广泛家族的性质。
Magnetic charge injection in spin ice: a new way to fragmentation
凝聚态物质中的复杂性为新物质状态的发现提供了养分，而挫折感等因素则丰富了新物质状态。磁性系统的例子有Kitaev自旋液体、Skyrmions相或自旋冰。这些非传统的基态支持奇异的激发，例如自旋冰中的磁荷，也称为单极子。除了发现它们之外，一个重要的挑战是能够控制和操纵它们。在这里，我们提出了一种新的机制，通过交错磁场注入单极子的自旋冰。我们从理论上表明，并在实验中证明，在Ho $_2$ Ir $_2$ O $_7$烧绿石铱酸盐，它的结果在一个稳定的晶体，表现出磁性碎片。在这种新的物质状态下，磁矩分裂成一个有序的部分和一个持续波动的部分。与传统的自旋冰相比，在这种分裂状态下的不同性质的激发开辟了新的可调场诱导和动力学行为的道路。
Demagnetization effect on magnetic noise measurements in spin ice materials
Institut Néel, CNRS, Université Grenoble Alpes（内尔研究所，法国国家科学研究中心，格勒诺布尔阿尔卑斯大学）；Department of Physics, University of Warwick（华威大学物理系）；Clarendon Laboratory, Physics Department, Oxford University（牛津大学克拉伦登实验室）；Kyushu Institute of Technology（九州工业大学）；School of Physics and Astronomy, Cardiff University（卡迪夫大学物理与天文学学院）
Max Planck Institute for the Physics of Complex Systems（马克斯·普朗克复杂系统物理研究所）；Rudolf Peierls Centre for Theoretical Physics（鲁道夫·派尔斯理论物理中心）；Hertford College（赫特福德学院）
Ordered spin-ice state in the geometrically frustrated metallic-ferromagnet Sm2Mo2O7
最近发现的自旋冰是一个壮观的例子，非共面自旋安排，可以出现在烧绿石A2 B2 O 7结构。我们对金属铁磁烧绿石Sm 2 Mo 2 O 7进行了磁性和热力学研究。我们的研究，进行了定向晶体，表明Sm自旋有一个有序的自旋冰基态低于约T* = 15 K。有序自旋冰态的温度和场演化受Sm和Mo自旋之间的反铁磁耦合的支配。我们建议，作为一个强大的功能，这种耦合的结果，四面体与外部场对齐，采用“1-在，3-出”自旋结构，而不是“3-在，1-出”在偶极自旋冰，因为字段超过一个临界值。
