In 1935, Pauling estimated the residual entropy of water ice with remarkable accuracy by considering the degeneracy of the ice rule {\it solely at the vertex level}. Indeed, his estimate works well for both the three-dimensional pyrochlore lattice and the two-dimensional six-vertex model, solved by Lieb in 1967. The case of honeycomb artificial spin ice is similar: its pseudo-ice rule, like the ice rule in Pauling and Lieb's systems, simply extends a degeneracy which is already present in the vertices to the global ground state. The anisotropy of the magnetic interaction limits the design of inherently degenerate vertices in artificial spin ice, and the honeycomb is the only degenerate array produced so far. In this paper we show how to engineer artificial spin ice in a virtually infinite variety of degenerate geometries built out of non-degenerate vertices. In this new class of vertex models, the residual entropy follows not from a freedom of choice at the vertex level, but from the nontrivial relative arrangement of the vertices themselves. In such arrays, loops exist along which not all of the vertices can be chosen in their lowest energy configuration: these loops are therefore vertex-frustrated since they contain unhappy vertices. Residual entropy emerges in these lattices as configurational freedom in allocating the unhappy vertices of the ground state. These new geometries will finally allow for the fabrication of many novel extensively degenerate artificial spin ice.
Dynamically-Induced Frustration as a Route to a Quantum Spin Ice State in Tb2Ti2O7 via Virtual Crystal Field Excitations and Quantum Many-Body Effects
Tb $_2$ Ti $_2$ O $_7$烧绿石磁性材料由于其{ \em自旋液体}状态而吸引了很多关注，尽管Curie-Weiss温度为$θ_{\rm CW} \sim -14$ K，但在低至50 mK时未能形成长程序。在本文中，我们重新研究的理论描述，这种材料考虑的量子模型的独立四面体来描述其低温性能。这个系统在Néel到自旋冰相界附近的自然调谐接近允许量子涨落效应的复苏，导致其有效低能自旋哈密顿量的重要重整化。结果表明，Tb $_2$ Ti $_2$ O $_7$是{ \em量子自旋冰}.我们提出了一个实验测试，这一建议使用中子散射单晶。
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）
Towards an Effective Spin Hamiltonian of the Pyrochlore Spin Liquid Tb2Ti2O7
Tb 2 Ti 2 O 7是一种烧绿石反铁磁体，即使在50 mK下也具有动力学自旋和仅短程相关;迄今为止探索的最低温度，远小于居里-外斯温度设定的范围T_{CW} ~14 K。在这种材料中没有长程序尚不清楚。最近，虚晶场激发（VCFEs）已被证明是显着的Tb 2 Ti 2 O 7。虽然以前的工作发现，VCFEs诱导的最近邻伊辛交换的重正化导致自旋冰相关的一个四面体，他们对自旋相关的影响还没有得到充分的探讨。本文建立了Tb_2Ti_2O_7在烧绿石晶格上的有效自旋1/2低能理论。我们确定半经典的基态的晶格，使我们能够看到如何自旋冰的物理连接到可能的物理Tb 2 Ti 2 O 7。我们观察到一个位移的相位边界相对于那些偶极自旋冰模型的量子校正变得更加显着。除了熟悉的经典偶极自旋冰模型相，我们看到了一个稳定的q = 0有序冰相在相图的大部分;铁磁相关的量子校正的首选，尽管在微观模型中的反铁磁最近邻交换。因此，挫折被认为是从虚晶场激发以上的自旋冰中的偶极相互作用的影响，诱导冰样的相关性。
Intermediate magnetisation state and competing orders in Dy$_2$Ti$_2$O$_7$ and Ho$_2$Ti$_2$O$_7$
在受挫折的磁性材料中，自旋冰是一个特别有趣的系统。剩余熵，冻结和glassiness，Kasteleyn过渡和分馏的激发在三维都源于一个简单的经典哈密顿量。但是，通常的自旋冰哈密顿量是对实验系统的正确描述吗？在这里，我们解决这个问题，通过测量磁化率在两个最研究的自旋冰化合物，Dy $_2$ Ti $_2$ O $_7$和Ho $_2$ Ti $_2$ O $_7$，使用矢量磁铁。利用这些结果，并指导烧绿石晶格可能的扭曲的理论分析，我们构建了一个有效的哈密顿量，并探讨它使用蒙特卡罗模拟。我们展示了如何这个哈密顿再现的实验结果，包括形成一个阶段的中间极化，并给出了重要的信息可能的基态的真实自旋冰系统。我们的工作表明了一种不寻常的情况，在这种情况下，扭曲可能有助于保存而不是缓解沮丧的影响。
Refrustration and competing orders in the prototypical Dy2Ti2O7 spin ice material
自旋冰是类似于普通水冰的受抑磁性材料，是三维空间中高阻挫的典范。最近对范例Dy $_2$ Ti $_2$ O $_7$自旋冰材料的低温性质的实验研究，特别是预测的向长程序的转变是否发生，根据该系统的当前接受的微观模型提出了问题。在这项工作中，我们结合蒙特卡罗模拟和平均场论计算来分析数据的磁化，弹性中子散射和比热测量的Dy $_2$ Ti $_2$ O $_7$。我们还重新考虑了Dy $_2$ Ti $_2$ O $_7$中核比热$C_{\rm nuc}$的可能重要性。我们发现，$C_{\rm nuc}$是不能完全忽略的温度以下$\sim 0.5$ K，必须考虑到在定量分析的量热数据，该化合物低于该温度。我们发现，小的有效交换相互作用与静磁偶极相互作用负责的主要自旋冰现象。这导致了长程序的意外“折射”，这是从不完全自屏蔽偶极相互作用中预期的，并且将材料定位在两个竞争的经典长程有序基态之间的边界处。这使得新的物理低温现象的表现在Dy $_2$ Ti $_2$ O $_7$，暴露在最近的比热测量。我们发现，在四个最有可能的原因中观察到的比热在低温下的上升-一个交换诱导的过渡到长程序，量子非伊辛（横向）项的有效自旋哈密顿量，核超精细贡献和随机无序-只有最后一个似乎是合理地能够解释量热数据。
Investigating Berezinskii-Kosterlitz-Thouless phase transitions in Kagome spin ice by quantifying Monte Carlo process: Distribution of Hamming distances
