Realizing Colloidal Artificial Ice on Arrays of Optical Traps
我们演示了如何胶体版本的人工冰可以实现光学陷阱晶格。利用数值模拟，我们表明，该系统服从冰规则和强胶体-胶体相互作用，有序的基态出现。我们表明，冰规则订购可以发生系统与少至24个陷阱，可以观察到在恒定温度下通过改变势垒强度的陷阱的顺序转变。
2006-10-30 cond-mat.stat-mech cond-mat.str-el
Ice Rule Fragility via Topological Charge Transfer in Artificial Colloidal Ice
人造粒子冰是受约束、相互作用的粒子的模型系统。他们已被引入理论研究冰流形出现挫折，随着畴壁和晶界动力学，掺杂，钉扎脱钉，控制运输的拓扑缺陷，雪崩和记忆效应。最近，这种基于粒子的冰已经通过纳米图案超导体或引力捕获胶体中的涡旋实验实现。在这里，我们证明，虽然这些冰通常被认为是等同于磁自旋冰，他们可以访问一个新的频谱的现象，是无法访问后者。通过实验、理论和模拟，我们证明了在混合配位几何中，熵驱动的负单极子自发地以由顶点混合比确定的密度出现。与其基于自旋的类似物不同，胶体系统显示出“脆弱的冰”流形，其中局部能量学反对冰规则，而不是通过全局拓扑电荷守恒来执行。脆弱的胶体冰，拓扑稳定，可以自发地打破拓扑电荷转移。
2018-10-09 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Degeneracy and criticality from emergent frustration in artificial spin ice
虽然最初引入模仿自旋冰的烧绿石，没有人工自旋冰尚未表现出预期的退化冰相的临界相关性类似于著名的库仑相的烧绿石晶格。在这里，我们研究了一种新的人工自旋冰的基础上的一个顶点挫折，而不是成对挫折的几何形状，并表明它表现出广泛的剩余熵和，显着的，代数相关的准临界冰相。有趣的是，作为一个新的实现挫折的顶点系统，我们的晶格开辟了新的途径，研究缺陷的关键流形和设计退化的人工磁性纳米阵列，一项任务，迄今难以捉摸。
2013-10-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech cond-mat.str-el
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
Melting artificial spin ice
人工自旋冰阵列的微磁岛是一种手段，工程额外的能量尺度和挫折到磁性材料。尽管在阐明这种阵列的性质方面取得了很大进展，但迄今为止所研究的系统中的“自旋”由于动力学约束太高而没有热动力学。在这里，我们通过使用具有接近室温的有序温度的材料来解决这个问题。通过测量温度依赖的磁化强度在不同的主方向，并与理想化的统计力学模型的模拟比较，我们确认了动态的人工自旋冰结构的“预熔化”在一个温度远低于本征有序温度的岛屿材料。因此，我们创建了一个自旋冰阵列，在扩展的温度范围内具有人工自旋的真实热动力学。
2011-10-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech
Dynamic Control of Topological Defects in Artificial Colloidal Ice
我们演示了使用外部场来稳定和控制自旋冰中连接拓扑单极子的缺陷线。为了确定性，我们进行布朗动力学模拟与现实的单位模仿实验实现的人工胶体自旋冰系统，并显示如何缺陷线可以生长，收缩或移动的直接和交变场的作用下。不对称的交变偏置场可以使缺陷线在任一方向上棘轮运动，使得可以将线精确地定位在期望的位置。这种操纵可以用来在这些超材料中实现快速，密集和移动的信息存储。
2016-09-07 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Ice, glass, and solid phases in artificial spin systems with quenched disorder
本文对介于长程有序方形冰和完全简并的Shakti冰之间的无序人工自旋冰系统进行了数值研究。从正方形冰的几何形状开始，通过在阵列的一些随机选择的正方形斑块的中心以不同的密度添加垂直/水平磁岛来实现无序。当没有岛屿添加时，我们订购了方形冰。当所有的正方形斑块已被修改，我们得到shakti冰，这是无序的，但在对应于Rys F-模型的拓扑阶段。在这两者之间，由于这些额外的中心自旋而产生的几何挫折破坏了方冰的长程伊辛序，从而在低温下产生了自旋玻璃态。我们提出的人工自旋系统为研究淬火无序和几何挫挫之间的相互作用提供了实验平台。
2021-02-10 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech
Defects dynamics following thermal quenches in square spin-ice
本文研究了二维十六顶点模型的单自旋翻转随机动力学。我们挑出几个动态的制度，我们描述的不同过程控制。我们分析了非常长寿的亚稳态的出现和它们对系统大小，边界条件和工作参数的依赖。我们研究了淬火后的粗化过程，得到了有序的铁磁相和反铁磁相。我们在正方形晶格上的人工自旋冰的背景下讨论了我们的结果。
2013-04-09 cond-mat.stat-mech
Avalanches and disorder-induced criticality in artificial spin ices
我们发现，无论是广场和kagome人工自旋冰系统表现出无序诱导的非平衡相变，幂律雪崩分布在临界无序水平。两种晶格中不同性质的几何挫折产生不同类型的临界雪崩行为。对于方冰，雪崩涉及的传播的局部稳定的畴壁分离的两个极化基态，和缩放崩溃同意界面脱钉机制。相比之下，在完全受挫的戈薇冰雪崩表现出明显的分支行为，类似于那些在定向渗滤。在鹿尾冰也显示了一个有趣的交叉幂律缩放的雪崩在低无序。结果表明，人工自旋冰是研究非平衡临界点现象的理想体系。
2014-01-20 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech
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
Magnetic multipole analysis of kagome and artificial ice dipolar arrays
我们分析了线性扩展的单畴偶极子阵列形成正方形和戈薇晶格。我们发现，它的相图包含两个（不同的）有限熵kagome冰制度-一个无序，一个代数-以及低温有序相。在几乎接触的岛屿的限制，我们发现了相应的熵高原，这是分析捕获的理论基础上的磁荷的阶梯。对于修改后的方形冰阵列的情况下，我们表明，收费（“单极子”）的激发经历两个不同的库仑相互作用：一个磁性的“三维”的一个以及对数的“二维”的熵起源之一。
2010-07-30 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Topological Boundary Constraints in Artificial Colloidal Ice
边界的影响以及如何利用边界来影响几何挫折系统的整体行为都是长期存在的难题，通常被降级为次要角色。在这里，我们使用数值模拟和“概念验证”实验来证明，可以设计边界来控制胶体人工冰的散装行为。我们表明，反铁磁前沿部队系统迅速达到基态（GS），而不是通常实施的开放或周期性的边界条件。我们还表明，战略性地将缺陷放置在角落产生新的量子态，或拓扑字符串，这是由于竞争GS地区的散装。我们的研究结果可以推广到其他受挫的微和纳米结构的边界条件，可以与光刻技术工程。
2021-04-07 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
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
Controlled topological dilution drives cooperative glassy dynamics in artificial spin ice
Baylor University（贝勒大学）；Paul Scherrer Institut（保罗谢尔研究所）；Los Alamos National Laboratory（洛斯阿拉莫斯国家实验室）
通过随机去除非晶态自旋冰中的磁体，研究了受控 disorder 对玻璃形成的影响，发现其促进高能顶点增多和配置熵增加，并揭示了从长程有序到玻璃态的转变过程。
2026-04-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech
Domain dynamics and fluctuations in artificial square ice at finite temperatures
研究了正方形人工自旋冰在热驱动下顶点畴的形成和演化。自洽的平均场论是用来显示域的基态有序形式自发，以及如何这些演变中存在的障碍。波动的作用进行了研究，使用蒙特卡罗模拟和分析建模。畴壁动力学被示出由随机波动的偏置朝向收缩封闭域的过程驱动，并且示出畴内的波动产生孤立的小激发，其可以稳定为有效温度降低。畴动态和涨落由相互作用强度决定，而相互作用强度又由单元间间距控制。通过实验和蒙特卡罗模拟研究了相互作用强度的作用。我们的平均场模型是适用于铁电“自旋”冰，我们表明，功能类似的磁自旋冰可以预期，但具有不同的特征温度和速率。
2011-12-16 cond-mat.dis-nn cond-mat.stat-mech
Memory of topologically constrained disorder in Shakti artificial spin ice
International Institute for Sustainability with Knotted Chiral Meta Matter (WPI-SKCM)（国际结手性超材料可持续发展研究所（WPI-SKCM））
研究Shakti自旋冰中拓扑约束和相关混乱如何产生稳健记忆效应，揭示其序列依赖响应和增强记忆保留机制。
2025-12-25 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Thermal Conductivity of Square Ice
我们调查的热输运方冰，自旋冰的二维模拟，探索新兴的磁单极子在输送能量中所发挥的作用。使用基于单自旋翻转动力学的能量保持扩展的动力学蒙特卡罗模拟，我们明确地计算（纵向）热导率，$κ$，在很宽的温度范围内。我们使用两种方法来确定$κ$：在边界处的热浴之间的能量流的测量，和Green-Kubo公式，产生定量一致的热导率值。我们解释这些结果的磁单极子的扩散的能量运输方面。我们涉及的热扩散率，$κ/C$其中$C$是热容量，到一个孤立的扩散常数，表明subdiffusively的扩散系数意味着$κ/C$消失在零温度。最后，我们讨论了这些结果的影响，在三维自旋冰的热输运，在自旋冰材料，如Dy $_2$ Ti $_2$ O $_7$和Ho $_2$ Ti $_2$ O $_7$，并概述了一些悬而未决的问题，在高度挫折磁铁的热输运。
2021-11-29 cond-mat.stat-mech cond-mat.str-el
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
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
A model for the Mediated Artificial Square Ice phenomenology
在这封信中，我们讨论了在人工方形冰中实验观察到的顶点粒子数反转的起源。相互作用修饰剂是一个圆盘形的磁性纳米岛（一个点），它被放置在顶点的中心，以调解附近岛屿之间的相互作用。我们发现，反转是熵的起源，并可以解释通过重整化的顶点配置的能量由于纳米岛和点之间的局部相互作用。我们在一个混合海森堡和伊辛自旋（自旋点相互作用）的模型中表明，作为岛大小的函数，熵效应变得重要。由于能量的重整化，我们观察到\textrm{Type I}和\textrm{Type II}顶点之间的能级交叉，这与实验结果定性相似。我们还讨论了自旋点相互作用在八顶点和十六顶点模型相图中的可能影响，在前一种情况下使用精确的序参量，在后者中使用数值推导的序参量。
2020-02-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech
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
Competing orders for the colloidal kagome ice: the importance of in-trap motion of the particles
人造冰系统已经被设计成复制在受抑自旋系统中观察到的典型现象。在这里，我们提出了一个详细的理论分析的基础上蒙特卡罗模拟的低能量阶段的人工胶体冰系统，最近推出的冰系统，其中的合奏排斥胶体是二维的重力限制在一个双井晶格在一对一的填充。由最近的布朗动力学模拟结果引发[A. Libál等人，Phys.Rev.Lett. 120，027204（2018）]，我们分析了当降低温度时在蜂窝几何结构中发生的能量学和相变（在kagome晶格上实现自旋冰系统的模拟）。当粒子被限制在势阱的两个极小值时，我们恢复了与偶极自旋冰系统相同的相图，具有长程有序的手征基态。与此相反，当考虑粒子的运动和他们的陷阱内的弛豫，我们观察到在低温下的铁磁有序。这一观察突出了人工冰系统中胶体的连续运动所起的重要作用。
2019-02-22 cond-mat.soft 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
Excitation caging in a vertex-frustrated quasiperiodic Einstein artificial spin ice
ETH Zurich（苏黎世联邦理工学院）；PSI Center for Neutron and Muon Sciences（保罗谢尔研究所中子与μ子科学中心）；Institut Néel, CNRS UPR2940（内勒研究所，法国国家科学研究中心）；School of Physics, University of Bristol（布里斯托大学物理学院）；PSI Center for Scientific Computing, Theory and Data（保罗谢尔研究所科学计算、理论与数据中心）
本研究构建基于帽形 tiling 的爱因斯坦人工自旋冰模型，揭示其两阶段部分有序过程，确立其为理解准晶磁性的蓝图，可设计周期系统无等效的非常规磁相。
2026-09-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech
Effective Temperature in an Interacting, Externally Driven, Vertex System: Theory and Experiment on Artificial Spin Ice
相互作用的单畴纳米磁体的受抑阵列为统计力学提供了重要的模型系统，因为它们紧密地映射到充分研究的顶点模型上，并且适合于直接成像和定制工程。虽然这些系统是明显的无热，我们证明，六角和正方形晶格的统计特性可以描述的阵列的静磁能的基础上的有效温度。这个温度具有预测力的时刻配置，是密切相关的时刻是如何驱动的振荡外部场。
2010-05-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci 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
Logical gates embedding in Artificial Spin Ice
相互作用的磁性纳米岛阵列（如人工自旋冰）的实现和研究已经达到了成熟的控制水平，允许设计和演示在自然材料中看不到的奇异的集体行为。在直接操纵它们的局部二进制矩方面的进展也表明了作为纳米图案化的交互存储介质的用途，用于计算磁存储器内的{ \it}。最近的实验工作已经证明了从相互作用的磁畴的集群构建逻辑门的可能性，然而，即使在理论水平上，这种门的大规模集成的可能性也可能被证明是有问题的。在这里，我们介绍理论上完整的逻辑门，在原则上可实现的实验，我们研究的可行性，他们的集成到树状电路。通过评估它们的集体行为和它们的预期逻辑功能之间的保真度控制参数，我们确定集成的条件。此外，我们测试我们的数值计算结果对存在的耦合中的无序，表明设计栅极结构是强大的小耦合扰动，因此可能在制造的岛屿的小缺陷。
2020-09-30 cond-mat.dis-nn cond-mat.stat-mech cs.ET
