Equilibrium Field Theory of Magnetic Monopoles in Degenerate Square Spin Ice: Correlations, Entropic Interactions, and Charge Screening Regimes
我们将简并方自旋描述为通过一个包含潜在自旋真空效应的新兴熵场耦合的磁单极子系综。我们计算了它们的有效自由能、熵相互作用、相关性、屏蔽和结构因子，与实验结果一致。与烧绿石冰不同的是，真实相互作用和熵相互作用之间的尺寸失配导致了窄点处的弱奇异性和长距离处的代数相关性。然而，这种代数屏蔽可以被伪屏蔽机制所取代。
2021-07-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
AC Wien effect in spin ice, manifest in non-linear non-equilibrium susceptibility
我们预测的非线性非平衡响应的“磁质”，库仑流体的磁单极自旋冰。这涉及到由于第二维恩效应-一种普遍的和鲁棒的增强库仑系统在外场-这反过来又加快了磁化动力学，表现在非线性磁化率的增加的磁密度。在此过程中，我们对经典维恩效应的AC版本有了新的见解。一个惊人的发现是，在频率窗口中，磁电解质和电解质的维恩效应无法区分，前者在电荷之间表现出完美的对称性。此外，我们发现了一个新的低频制度，不断增长的磁化抵消维恩效应。我们讨论了在Dy $_2$ Ti $_2$ O $_7$中观察AC Wien效应的最佳参数。
2014-12-16 cond-mat.stat-mech cond-mat.str-el
Slicing the $3d$ Ising model: critical equilibrium and coarsening dynamics
本文研究了$3d$伊辛模型二维切片上自旋团簇在突然淬火到亚临界温度后与热浴接触的演化。我们分析了一些简单的初始配置，如球体和环面，一个阶段嵌入到其他的演变，以确认其面积随时间线性消失，并建立在每种情况下的前因子的温度依赖性。两种通用类型的初始状态，后来使用：平衡配置在无限温度或在顺磁-铁磁相变。我们研究了$3d$系统的$2d$切片上粗化构型的形态畴结构，并与二维模型的行为进行了比较。
2014-12-23 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Thermalization packets and optimal ice cubes
University of Virginia（弗吉尼亚大学）；Max Planck Institute for the Physics of Complex Systems（马克斯·普朗克复杂系统物理研究所）
该研究提出热化包（冷却时称冰块）策略，定义完美与最优热化包，发现热制备中最优包非最冷包，存在类似姆佩姆巴效应的现象，在多种模型中演示该概念并扩展到有限读出时间优化。
2026-08-27 cond-mat.stat-mech
Large-scale structure and hyperuniformity of amorphous ices
我们调查的大尺度结构的无定形冰和它们的不同形式之间的过渡，通过量化它们的大尺度密度波动。具体来说，我们模拟了低密度无定形冰（LDA）和六边形冰（Ih）的等温压缩，以产生高密度无定形冰（HDA）。值得注意的是，HDA和LDA几乎都是超均匀的，这意味着它们的特征是对大尺度密度波动的异常抑制。相比之下，对应于两个非平衡相变到HDA，结构异质性的存在强烈地抑制超均匀性，并且值得注意的是，系统变得hyposurgical（缺乏“表面积”波动）。我们的调查挑战了被广泛接受的“冷冻液体”的图片，它认为玻璃结构逮捕液体。除了对水的影响之外，我们的发现丰富了我们对不同压力下玻璃中发生的结构转变的理解。
2017-05-28 cond-mat.stat-mech
Thermal phase transitions in Artificial Spin-Ice
我们使用十六顶点模型来描述二维人工自旋冰（ASI）。我们发现在15个不同的生长样本和模型的预测顶点密度之间的协议。我们的结果表明，样品通常是在热平衡远离临界点分离的无序和反铁磁相的模型。我们预测的二阶相变表明，在近临界ASI的顶点的空间排列应进行更详细的研究，以验证它们是否显示出预期的空间和时间的长程相关性。
2013-02-15 cond-mat.stat-mech
Prethermal time-crystalline spin ice and monopole confinement in a driven magnet
本研究提出驱动-耗散阻挫自旋系统中的非平衡非磁性相，自旋在空间遵循冰规则、在时间上形成长程晶体序，且单极子动力学因非平衡特性而禁闭，并探讨了实验实现途径。
2023-07-18 cond-mat.stat-mech cond-mat.str-el
Static properties of 2D spin-ice as a sixteen-vertex model
我们提出了一个全面的研究的静态性质的二维模型的自旋冰型的正方形晶格，或者换句话说，十六顶点模型。我们使用广泛的蒙特卡罗模拟来确定有限维系统的相图和临界性质。我们提出了一个合适的平均场近似，通过定义精心挑选的树木模型。我们采用腔（Bethe-Peierls）方法导出自洽方程，其不动点在树状图上产生模型的平衡性质。我们比较平均场和有限维的结果。我们讨论我们的研究结果的背景下，在人工二维自旋冰的实验。
2013-01-08 cond-mat.stat-mech
Anomalous out-of-equilibrium dynamics in the spin-ice material Dy$_2$Ti$_2$O$_7$ under moderate magnetic fields
我们对自旋冰材料Dy $_2$ Ti $_2$ O $_7$在低温（$T$）和中等磁场（$\mathbf{B}$）区（$T\in[0.1,1.7]K$，$B\in[0,0.3]T$）的动力学进行了实验和数值研究.我们的目标是了解在两个不同的制度形成的非平衡磁化强度与温度曲线的主要物理。远离平衡，在零场（ZFC）冷却系统后打开磁场可以增加磁单极子的浓度;这加速了动力学。与电解质类似，这通过结合的双金属对的解离发生。然而，对于自旋冰来说，真空的极化是形成磁化曲线的关键因素，没有类似的东西。我们观察到一个阈值场附近的$0.2T$的这种快速动力学发生，连接到最大的吸引对之间的磁力。令人惊讶的是，在一个制度的低温和温和的领域，扩展欧姆定律可以用来描述ZFC磁化曲线与偶极自旋冰模型获得。然而，在真实样本中，动力学的加速似乎比模拟中更尖锐，可能是由于雪崩的存在。另一方面，接近平衡的场的效应可能正好与极低温度下的效应相反。单晶，如前所述的粉末，放弃平衡在阻断温度$T_B$，这增加了领域。奇怪的是，即使在最近邻相互作用模型中，这种行为也存在于数值模拟中。仿真和实验结果表明，在$T_B$的增长趋势更强的$\mathbf{B}\parallel[100]$。这表明，该领域发挥了作用，在动态逮捕通过抑制，这是非常明显的，这个领域的方向。
2020-07-14 cond-mat.stat-mech cond-mat.str-el
Violation of the fluctuation-dissipation theorem and effective temperatures in spin ice
我们提出的数值试验的波动耗散定理（FDT）在哑铃模型的自旋冰与参数适合的镝钛酸盐。对局域自旋变量、磁链密度和能量进行了检验。我们能够实现局部平衡，其中FDT满足下至$T=0.4$ K，低于该系统完全冻结。非平衡动力学，连同违反FDT，然而，观察到以下的热淬火到非收缩的双对制度。尽管FDT违反，近似的线性响应制度允许识别有效的非平衡温度，这是不同的每个变量。自旋变量看起来比热源更热，单极浓度响应的有效温度较低，而能量的有效温度为负。结果进行了讨论的背景下，自旋冰的FDT违反的结构相比，在其他玻璃材料的FDT图片。展望未来的实验进行了审查。
2022-04-12 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Unexpected Phenomenology in Particle-Based Ice Absent in Magnetic Spin Ice
虽然基于粒子的冰通常被认为基本上等同于基于磁性的自旋冰，但两者在挫折和能量方面有本质的不同。我们表明，在平衡状态下，基于粒子的冰与耦合到背景场的自旋冰完全对应。在平凡的几何中，这样的场没有影响，两个系统确实是几何等价的。然而，在其他情况下，磁场控制着更丰富的现象学，在磁性冰中不存在，并且在很大程度上仍未被探索：冰规则脆弱性，拓扑电荷转移，径向极化，抽取引起的无序和玻璃化。
2021-11-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Magnetic-Field-Dependent Thermodynamic Properties of Square and Quadrupolar Artificial Spin Ice
所施加的磁场是人工自旋冰（ASI）系统的重要调谐参数，因为它们可以驱动不同磁基态之间的相变，或者调谐通过具有高出现磁激发数的机制（例如，类准粒子）。在这里，使用实验支持的模拟，我们调查的热力学性质和磁相的平方和四极ASI作为一个功能的应用面内磁场。蒙特卡罗模拟用于生成磁场相关的磁化强度，磁比热，热力学磁化波动，和磁序参量，所有在平衡条件下的地图。这些地图揭示了多样性的磁排序和相变，发生在这些ASI的相图的不同区域，并在实验上支持的磁光测量的平衡“磁化噪声”热活性ASI。
2022-02-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech
Liquid-liquid phase transition in simulations of ultrafast heating and decompression of amorphous ice
最近的一个实验[K。H. Kim等人，Science 370，978（2020）]表明，通过使高密度无定形冰（HDA）经受超快加热，可以检测过冷水中的液-液相变（LLPT），据报道，在此之后，样品经由一级相变经历从高密度液体（HDL）到低密度液体（LDL）的自发减压。在这里，我们进行计算机模拟的ST 2水模型，其中LLPT是已知的发生。我们对该模型的各种HDA样品进行了加热和减压协议，该协议遵循与最近实验相似的热力学途径。我们的研究结果表明，尽管这里采用了非常高的加热和减压速率，但在遵循该途径的强烈不平衡过程中可以观察到潜在平衡LLPT的签名。我们的研究结果也与以前的研究中报道的玻璃态ST 2水的相图相一致。
2021-06-23 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Quench dynamics of the 2d XY model
我们研究了二维XY模型在不同的实验方案下，通过Berezinskiii-Kosterlitz-BKT（Berezinskiii-Kosterlitz-Bertelless）相变冷却时的非平衡动力学.我们专注于不断增长的相关长度和密度的拓扑缺陷（涡）的演变。通过使用蒙特卡罗模拟，我们首先确定的时间和温度的依赖关系的增长相关长度后，无限快速淬火从以上的转变温度的准长程序区域。的功能形式是一致的对数校正的扩散定律，它用于验证动态缩放在这个问题。这一分析阐明了束缚涡和自由涡所起的不同动力学作用。然后，我们重新审视Kibble-Zurek机制的热相变中的无序状态的拓扑缺陷的困扰。我们提供了一个理论的淬火速率依赖于系统的BKT型过渡，超越了平衡标度参数。最后，我们讨论了我们的研究结果的影响，包括平面铁磁体和液晶以及金斯堡-朗道方法二维自由衰减湍流的涡旋激发的物理系统主机。
2010-12-02 cond-mat.stat-mech
Thermal quenches in spin ice
我们研究的扩散湮灭过程中发生的自旋冰淬火时，从高温顺磁相深入到自旋冰制度，其中的激发-磁单极-是稀疏的。我们发现，由于库仑之间的相互作用的单极子，动态逮捕发生，其中“非普遍的”晶格尺度的限制阻碍了完全衰减的电荷波动。这一现象超出了双组分库仑液体的通用平均场论的范围。我们确定了相关的时间尺度的动态逮捕，并提出了一个实验，用于检测磁单极子和他们的动态自旋冰的基础上，这种非平衡现象。
2010-03-19 cond-mat.dis-nn cond-mat.stat-mech cond-mat.str-el
Potential Energy Landscape of the Apparent First-Order Phase Transition between Low-Density and High-Density Amorphous Ice
势能面（PEL）形式是统计力学中描述过冷液体和玻璃的一种有价值的方法。在这里，我们使用的PEL形式主义和计算机模拟研究之间的压力诱导的低密度非晶冰（LDA）和高密度非晶冰（HDA）在不同温度下的转变。我们采用ST 2水模型，LDA-HDA转换是非常尖锐的，类似于在实验中观察到的，并让人想起一阶相变。我们的研究结果是一致的，LDA和HDA配置与两个不同的区域（兆）的PEL是由一个潜在的能量障碍分开的观点。在较高的温度下，我们发现，低密度液体（LDL）的配置是位于相同的megabasin的LDA，和高密度液体（HDL）的配置是位于相同的megabasin的HDA。我们表明，压力诱导的LDL-HDL和LDA-HDA转换发生沿路径互连这两个兆，但液体遵循的路径是不同的路径遵循的非晶态固体。在较高的压力下，我们还研究了液体到冰-VII的一级相变，并发现在此过渡期间的PEL性质的行为定性类似于LDA-HDA转变期间发现的变化。这种相似性支持LDA-HDA转变是非平衡态之间的一级相变的解释。
2016-10-03 cond-mat.stat-mech
Complex dislocation dynamics in ice: experiments
本文对冰单晶蠕变过程中位错运动引起的声发射进行了统计分析。记录的声波提供了一个间接的测量过程中的位错运动的非弹性能量耗散。压缩和扭转蠕变实验表明，粘塑性变形，即使在稳态（二次蠕变），是一个复杂的和不均匀的过程，其特征在于雪崩的位错运动。雪崩大小的分布，确定与声波振幅（或声波能量），被发现遵循幂律与截止在大振幅，这取决于蠕变阶段（初级，二级，三级）。这些结果表明，在冰的粘塑性变形，并可能在其他材料中可以描述的非平衡临界现象的框架。
2001-05-04 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Arrested Relaxation in a Disorder-Free Coulomb Spin Liquid
International Centre for Theoretical Sciences, Tata Institute of Fundamental Research（国际理论科学中心，塔塔基础研究院）；School of Physics, Georgia Institute of Technology（佐治亚理工学院物理学院）；Max-Planck-Institut für Physik komplexer Systeme（马克斯·普朗克复杂系统物理研究所）
该研究揭示了自旋-3/2冰中新型库仑自旋液体和动力学停滞现象，通过无杂音短程相互作用系统实现。
2026-02-26 cond-mat.stat-mech cond-mat.str-el
Lifshitz theory of wetting films at three phase coexistence: The case of ice nucleation on Silver Iodide (AgI)
假设：当流体接近三相共存时，吸附可能是通过连续形成两个中间润湿膜而发生的。这些润湿层的平衡厚度是分子间力的微妙平衡的结果，如由下面的界面势所指示的。两个可变吸附层的范德华力可以从Dzyaloshinskiii-Lifshitz-Pitaevskii理论精确地公式化，并且可以导出远远超出常规Hamaker理论有效性的解析近似。计算方式：我们考虑了水蒸气在碘化银上的吸附平衡，当接近三相点时，冰和水层可以同时形成并竞争水蒸气。我们对这个复杂系统进行了Lifshitz理论的数值计算，并给出了与数值结果定量一致的解析近似。调查结果：在AgI/水/空气的三相接触线上，表面力促进了AgI/空气和水/蒸汽界面上的冰的生长，从而支持了AgI在大气中的接触成核模式。我们的方法提供了一个框架，在三相共存的吸附的描述，并允许对大气气溶胶的冰成核效率的研究。
2021-03-09 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Dynamics and thermodynamics of a topological transition in spin ice materials under strain
我们研究了在磁场和沿[001]方向施加的应力作用下的Dy $_2$ Ti $_2$ O $_7$和Ho $_2$ Ti $_2$ O $_7$单晶。我们发现，尽管温度有限，但自旋冰的涌现规范场赋予宏观磁性的许多特征仍然保持不变。磁化强度与磁场的关系在很宽的磁场范围内呈现向上的凸性，而静态和动态磁化率呈现出一个特殊的峰值。根据这两种化合物的这一特征，我们确定了一个单一的实验过渡曲线：十多年前提出的三维Kasteleyn过渡曲线。此外，我们观察到沿[001]压缩到$-0.8\%$不会显著改变热力学。然而，Ho $_2$ Ti $_2$ O $_7$的动态响应对${\rm Ho}^{3+}$环境中引入的变化非常敏感。因此，单轴压缩可以打开实验访问的自旋冰在低温下的平衡特性。
2021-05-17 cond-mat.other cond-mat.stat-mech
Field Theory for Magnetic Monopoles in (Square, Artificial) Spin Ice
从更一般到更具体，我们提出了一个平衡场论描述自旋冰系统的拓扑电荷和磁单极。我们表明，对于一个自旋冰在一个图，熵相互作用的高斯近似是图的拉普拉斯矩阵的逆，而屏蔽功能的外部电荷是屏蔽拉普拉斯矩阵的逆。我们特别说明方冰和烧绿石冰的处理方法。对于方冰，我们强调的规范之间的直接和垂直的结构在电荷和电流之间的对称性，典型的磁碎片在一个二维设置的二元性。我们推导出自旋、拓扑荷和电流的结构因子、相关性、相关长度和相关性。我们发现，在低温下的相关长度的发散是指数和成反比的均方电荷。而在三维中，单极子之间的实相互作用和熵相互作用都是3D库仑，在二维中，前者是3D库仑，后者是2D库仑，或对数，导致在夹点对应的弱奇异性，破坏电荷屏蔽。这表明方形冰的等离子体是磁荷绝缘体。
2020-05-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech physics.class-ph
When opposites repel: from metastability to extended chiral spin textures in spin ice with short-range topological-defect interactions
我们研究了库仑自旋液体中平衡的拓扑瓶颈和能量障碍的相互作用，其中在紧急规范场下充电的缺陷之间的短程能量耦合补充了它们的熵长程库仑相互作用。这项工作的动机是在广泛的几何挫折磁性材料，可能包括在Pr2Ir2O7中观察到的自发霍尔效应观察到的记忆效应的流行。我们的模型是烧绿石晶格上的正则自旋冰模型，其中远邻自旋耦合引起拓扑缺陷之间的最近邻相互作用，该拓扑缺陷可以很容易地选择为非自然的或不自然的，即相等规范电荷的缺陷之间的吸引力或排斥力。该模型的新特性如下。在施加场淬灭后，出现了一种丰富的动态平衡方法，主要是由负责长寿命磁化平台的多尺度能量势垒。这些甚至允许“碎片化”自旋液体的亚稳性，这是一种难以捉摸的状态，其中部分有序与自旋液体共存。也许最引人注目的是，吸引力产生的缺陷集群，其稳定性是由于他们的分裂和接近相反的电荷以及熵的障碍所产生的拓扑要求湮灭的缺陷只与一个带相反电荷的对应物的能量障碍的组合。这些团簇可能采取“水母”自旋结构的形式，包括以具有任意长度分支的六边形环为中心的相同符号规范电荷的排列。该环承载顺时针或逆时针的磁化循环流。这种紧急的环形自由度提供了一种可能性，时间反演对称性破缺与可能的相关性，观察到的自发霍尔效应Pr2Ir2O7。
2016-03-09 cond-mat.stat-mech
A Potential Energy Landscape Study of the Amorphous-Amorphous Transformation in H$_2$O
我们研究了潜在的能量景观探索过程中的SPC/E（扩展简单点电荷）模型的水的压缩-减压循环。在循环过程中，系统从低密度无定形冰（LDA）转变为高密度无定形冰（HDA）。在循环之后，系统不会返回到景观的相同区域，这支持了不止一个显著不同的配置对应于LDA的有趣的可能性。我们发现，该地区的景观在此过渡期间探索的性质显着不同的探索在液相中的热平衡。
2003-06-05 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
The length and time scales of water's glass transitions
使用一般模型的平衡动力学的过冷液体，我计算从分子性质的出现长度和时间尺度，管理非平衡松弛行为的无定形冰制备快速冷却。在冷却时，液态水失去平衡，由此其弛豫时间的温度依赖性被预测为从超Arrhenius变为Arrhenius。这种交叉的结果是，表观玻璃化转变温度的位置在热力学上取决于冷却速率。伴随着玻璃化的是一个动态的长度尺度的出现，其大小取决于冷却速率和变化之间的埃和10纳米。虽然这种协议的依赖性澄清了一些以前的实验观察无定形冰，参数是一般的，可以扩展到其他玻璃形成液体。
2014-05-16 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
Dynamical fractal and anomalous noise in a clean magnetic crystal
分形--具有非整数维的物体--在自然界中存在于多种设置和长度尺度中，从雪花和雷击到自然海岸线。人们已经花费了大量的努力来产生分形用于多体物理学。在这里，我们确定了一个新兴的动力学分形无序，化学计量的三维磁性晶体在热力学平衡。这一现象是由于自旋冰中的磁共振激发动力学受到限制而产生的，这种限制限制了它们在分形上的运动。这一观测结果解释了自旋冰化合物Dy $_2$ Ti $_2$ O $_7$在磁噪声实验中发现的反常指数，并解决了一个长期存在的关于其弛豫时间迅速发散的难题。自旋冰展现出如此惊人现象的能力，有望在甚至是简单拓扑多体系统的合作动力学中获得更多令人惊讶的发现。
2022-12-15 cond-mat.stat-mech cond-mat.str-el
Kibble-Zurek Mechanism for Nonequilibrium Generation of Magnetic Monopoles in Spin Ices
本文通过Glauber动力学模拟和动力学反应理论，研究自旋冰有限时间冷却过程中磁单极的湮灭动力学，发现残余单极密度对退火速率呈幂律依赖，并将Kibble-Zurek机制推广到自旋冰临界动力学。
2023-07-10 astro-ph.CO cond-mat.stat-mech cond-mat.str-el
Complexity in dislocation dynamics: model
本文提出了一个数值模型来研究冰单晶的粘塑性变形。我们认为位错之间的长程弹性相互作用，相互湮灭的可能性，和倍增机制，代表激活的弗兰克-阅读源由于位错钉扎。采用不同的外加应力，对位错集合的过阻尼运动方程进行了数值积分。使用这种方法，我们分析了在动态演化过程中的位错的雪崩式重排。我们观察到雪崩尺寸呈幂律分布，并将其与蠕变变形下冰单晶的声发射实验进行了比较。我们强调我们的模型与非平衡相变和临界现象的连接。
2001-05-02 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Corresponding states for mesostructure and dynamics of supercooled water
众所周知，水在冻结时会膨胀，这是由液体在接近其冻结温度的温度下的负膨胀系数所预示的。这些行为，以及许多其他的，反映了当地四面体安排的水分子和熵的影响，反对it. Here，我们提供的理论分析，这种竞争的介观影响，平衡和非平衡，包括介导的接口。与一般的缩放参数支持的模拟结果，并与减少单位，阐明相应的状态，我们推导出一个相图散装和承压水和类水材料。对于水本身，相应的状态涵盖150 K至300 K的温度范围和1 bar至2 kbar的压力范围。在这种情况下，有两个可逆的凝聚相-冰和液体。在平衡之外，存在不可逆的多晶现象，即，一个以上的玻璃相，反映了动态逮捕的粗化冰。温度-时间曲线的推导来表征不同阶段的时间尺度，并解释不同的类水系统的对比动力学行为。
2015-01-08 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
Microscopic pathways of transition from low-density to high-density amorphous phase of water
本文结合持续同调与机器学习提出新序参量，揭示了水模型在压力诱导下从低密度到高密度非晶冰相转变的微观路径，发现转变通过预有序中间相连续集体进行，并验证了该方法对凝聚相相变路径研究的普适性。
2024-02-26 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
