Switchable geometric frustration in an artificial-spin-ice-superconductor hetero-system
当有序晶格结构中的局部相互作用能不能同时最小化，导致大量简并态时，就会出现几何挫折。大量的简并构型可能导致微电子学中的实际应用，例如数据存储、存储器和逻辑。然而，很难实现广泛的简并，特别是在二维系统中。在这里，我们展示了在原位可控的几何挫折与大规模简并在二维通量量子系统。我们在一个超导薄膜中制造了这个，它被放置在一个可重构的人造自旋冰结构下面。人造自旋冰中的可调磁荷与超导体中的通量量子强烈相互作用，使通量量子态在受抑和结晶之间切换。不同的状态对超导临界电流分布具有可测量的影响，其可以通过施加外部磁场精确选择自旋冰磁状态来重新配置。我们证明了这些效果的适用性，实现可重编程通量量子二极管。使用人工自旋冰对相互作用的“粒子”的能量景观进行剪裁，为几何挫折的设计提供了一个新的范例，这使我们能够控制其他材料系统中的新功能，例如磁性skyrmion，二维材料中的电子/空穴和拓扑绝缘体，以及软材料中的胶体。
2018-07-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Dynamics of reconfigurable artificial spin ice: towards magnonic functional materials
在过去的几年里，人工自旋冰的磁化动力学研究已经成为一个充满活力的研究领域。人工自旋冰是几何排列的相互作用的磁性纳米岛的集合，它们通过设计显示出挫折。这些最初是为了模仿稀土烧绿石材料的行为，并使用二维磁性测量技术研究涌现行为和挫折。最近，已经清楚的是，有可能制造人工自旋冰，其可以潜在地用作功能材料。在这方面，我们回顾了自旋冰的共振行为（这是在GHz的频率范围内），专注于其潜在的应用磁振子晶体。在磁振子晶体中，自旋波通过能带结构工程被功能化用于逻辑应用。虽然已经确定人工自旋冰可以具有丰富的模式谱，自旋冰创建磁振子晶体的适用性取决于它们的可重构性。因此，我们描述了最近的工作，旨在开发技术，并创建几何形状，允许完全可重构的自旋冰磁状态。我们还讨论了实验，理论和数值方法来确定人工自旋冰的光谱响应，并给出了展望可重构自旋冰的新方向。
2020-04-19 cond-mat.mes-hall
Ice-bridging frustration by self-ejection of single droplets results in superior anti-frosting surfaces
本研究针对被动防霜表面无法完全阻断冰桥传霜的问题，设计了疏水纳米结构修饰的截顶微锥阵列，利用单液滴自弹射阻碍冰桥形成，将霜速降至0.5μm/s以下，且结构易制造、兼具机械强度。
2023-07-24 cond-mat.mes-hall physics.flu-dyn
Switchable Magnetic Frustration in Buckyball Nanoarchitectures
纳米纤维的最新进展使得三维磁性纳米结构成为一个充满活力的研究领域。这包括研究具有可调人工自旋冰特性的互连磁性纳米线的三维阵列。这种结构的突出例子是磁性巴基球纳米结构，它由铁磁纳米线连接在对应于C60分子的顶点位置。这些结构可以被视为从二维到三维自旋冰晶格的过渡研究的原型。尽管巴基球纳米结构对三维纳米磁性具有重要意义，但人们对巴基球纳米结构的微磁性知之甚少。通过有限元微磁学模拟，我们研究了几种亚微米尺寸的磁性巴基球的磁化结构和磁滞特性。类似于普通的人工自旋冰晶格，该阵列可以在各种零场状态下磁化，顶点表现出不同程度的磁阻挫。值得注意的是，与平面几何形状不同，磁阻挫状态可以通过施加外部磁场可逆地产生和溶解。这种容易插入和去除缺陷样的磁荷，使之成为可能的角度选择性的场感应开关的个别纳米线，展示了一个潜在的显着优势的三维纳米磁性相比，平面几何形状。在遵守冰规则和磁阻挫结构之间切换的能力所提供的控制可能是未来应用的一个重要特征，包括利用这些配置的基频差异的磁振子设备。
2021-05-10 cond-mat.mes-hall
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
Artificial Kagome Arrays of Nanomagnets: A Frozen Dipolar Spin Ice
利用X射线光电子显微镜和蒙特卡罗模拟研究了人工kagome纳米磁体阵列中的磁阻挫效应。退磁网络的自旋配置揭示了纳米磁体之间的长程偶极相互作用的明确特征。当系统进入自旋冰流形时，kagome偶极自旋冰模型捕捉到了观测到的物理现象，而短程kagome自旋冰模型则失败了。
2011-02-11 cond-mat.mes-hall
Charge ordering of magnetic monopoles in triangular spin ice patterns
人工自旋冰提供了研究各种偶极有序、自旋挫挫和基态的可能性。然而，最吸引人的方面是实现了磁荷秩序可以建立没有自旋秩序。我们用磁力显微镜研究了磁偶极子排列在蜂窝晶格上随外加磁场的变化。对于容易的方向与平行的三个偶极子晶格之一的领域，我们观察到在bavivity的自旋挫折的最大值，同时最大的电荷顺序的磁单极子交替收费$\pm$ 3。
2010-04-06 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech
The dipolar Aleppo lattice: Ground state ordering and ergodic dynamics in the absence of vertex frustration
本文提出无顶点阻挫的阿勒颇自旋冰几何结构，通过同步辐射光电子显微镜观测证实其基态有序且无遍历性破缺，表明顶点阻挫是遍历性转变的关键条件。
2025-01-08 cond-mat.mes-hall 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
Diversity enabling equilibration: disorder and the ground state in artificial spin ice
我们报告了一种新的方法，以是否和如何基态可以实现在方形人工自旋冰的挫折是不完整的问题。我们确定了两种类型的障碍：淬火无序的岛屿响应领域和驱动领域的顺序中的障碍。数值模拟表明，淬火无序可以导致能量较低的最终态，而驱动场的无序总是会降低系统获得的最终能量。我们使用一个网络图来理解这两种效应：岛反应的紊乱会产生新的动力学路径，而驱动场的紊乱会允许更多的路径被遵循。
2011-11-16 cond-mat.mes-hall
Dynamics and hysteresis in square lattice artificial spin-ice
在二维正方形格子上的人工自旋冰模型中考虑了几何挫折下的动力学效应。自旋冰的每个岛都有一个三分量的海森堡式偶极矩，受形状各向异性的影响。该模型具有真实的动力学，包括磁自由度的旋转，超出了伊辛型自旋冰模型。动力学研究使用朗之万方程通过二阶Heun算法求解。热力学性质，如比热不同的耦合。比热的峰值与模型中存在的一种熔融状相变有关。在所施加的磁场中的磁滞被计算为系统能够达到热力学平衡的模型参数。
2013-02-25 cond-mat.mes-hall
Spin-wave dynamics and symmetry breaking in an artificial spin ice
人工自旋冰是相互作用的纳米磁体的周期性排列，成功地用于研究几何挫折存在下的涌现现象。最近，已经表明人工自旋冰可以用作创建功能材料（如磁振子晶体）的构建块，并支持大量可编程磁态。我们研究了由于局部破缺的结构反转对称性而表现出各向异性静磁相互作用的系统中的磁化动力学。我们发现了丰富的自旋波谱，并研究了它在外部磁场中的演化。我们确定个别模式的演变，从积木到更大的阵列，突出对称性破缺在定义模式配置文件中的作用。此外，我们表明，模式谱表现出在系统中的长程相互作用的签名。这些结果有助于理解自旋冰的磁化动力学超越了戈薇和正方形冰的几何形状，并为实现可重构磁振子晶体的自旋冰的基础上。
2021-02-02 cond-mat.mes-hall
Kinetic pathways to the magnetic charge crystal in artificial dipolar spin ice
我们在实验上研究了热激活的人工可果美自旋冰中的磁阻挫效应。从顺磁状态开始，系统被冷却到组成材料的居里温度以下。由此产生的磁性配置表明，我们的阵列被局部带入所谓的自旋冰2相，预测在平衡蒙特卡罗模拟和其特征在于嵌入在一个无序的可果美自旋晶格的磁荷晶体。然而，通过在更大范围内研究我们的阵列，我们发现了一个明确的信号，一个不平衡的物理。将我们的研究结果与数值模拟进行比较，我们解释了我们的热化过程中的动力学途径，系统冷却后，驱动阵列进入退化的低能量流形，否则很难访问的效率。
2014-12-16 cond-mat.mes-hall
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
Freezing and melting of vortex ice
我们报告的实现人工冰使用超导涡流几何挫折钉扎阵列。这种涡旋冰在人工冰系统中具有两个独特的性质。第一个来自通过温度变化来切换阵列几何挫折的可能性，这允许“冻结”和“融化”涡旋冰。第二，冻结涡旋冰的脱钉和动力学对退火不敏感，这意味着有序的基态是自发接近的。热涨落的主要作用和强烈的涡旋-涡旋相互作用是这种不寻常行为的起源。
2013-07-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Fragmentation of magnetism in artificial kagome dipolar spin ice
磁性材料中的几何挫折通常会产生奇异的低温物质状态，就像在自旋冰中观察到的那样。在这里，我们报告的热活跃的人工磁冰，揭示了一个自旋碎裂过程的指纹的磁状态的成像。这种碎裂对应于磁自由度分裂成两个通道，并在实空间和倒易空间中得到证明。此外，这两个通道的内部组织内的混合自旋-电荷模型，直接出现从父自旋模型的戈薇偶极自旋冰的框架内解释。我们的实验和理论结果提供了对受抑磁体物理学的见解，并通过使用量身定制的磁性加深了我们对紧急场的理解。
2016-05-13 cond-mat.mes-hall
Transition from Antiferromagnetic to Quadrupole Order in a Modified Square Artificial Spin Ice
本文给出了人工自旋冰单胞中双段有序置换的数值研究结果。每个图案顶点具有三个磁矩配置，其在零施加磁场中竞争形成磁性基态，包括最近邻和次最近邻相互作用对总静磁能的贡献。基态取决于所考虑的晶格位置的数量和构成双段的两个膜段之间的间距。蒙特卡罗模拟结果表明，在垂直于双段亚晶格易磁化轴的面内磁场作用下，双段亚晶格的长程反铁磁序可以被磁四极序所取代.四极有序态由具有反平行极化的双链段的弱相关链的子晶格组成，其允许许多不同的基态，这些基态反映了非常高的阻挫程度。
2021-08-28 cond-mat.mes-hall
Magnetic structure of the promising candidate for three-dimensional artificial spin ice: small angle neutron diffraction and micromagnetic simulations
自旋冰中出现的几何挫折导致了迷人的涌现物理性质。如今，人工结构种类繁多，在纳米级上模仿自旋冰，并展示了一些新的效果。大多数纳米尺度的自旋冰是二维的。铁磁反蛋白石结构（IOLS）是三维系统表现出自旋冰行为的鼓舞人心的例子之一。然而，对其属性的详细检查并不简单。缺乏能够明确恢复三维介观结构中磁化强度分布的实验技术。在这项工作中，我们使用的方法的基础上互补开发的小角中子衍射技术和微磁学模拟。外部磁场沿IOLS介观结构的三个主要方向施加。计算和测量数据的比较使我们能够确定IOLS的磁状态。计算结果与自旋冰模型符合得很好。揭示了退磁场和涡流状态对磁化过程的影响。此外，我们推测，这种方法也可以应用到其他三维磁性介观结构。
2018-07-20 cond-mat.mes-hall
String Phase in an Artificial Spin Ice
一维局域激发弦是强关联拓扑量子物质物理行为的一个迷人特征。在这里，我们研究字符串的本地激发相互作用的纳米磁体的经典系统，人工自旋冰的圣达菲冰几何。我们测量的时刻配置的纳米磁体，退火后的铁磁居里点附近，并在热动力学状态。虽然圣达菲冰晶格结构是复杂的，我们证明，它的无序磁状态自然描述的框架内出现字符串。我们的实验表明，字符串长度遵循一个简单的玻尔兹曼分布与能量尺度，是与系统的磁相互作用，并与理论预测相一致。结果表明，弦的描述和相关的拓扑特征不是唯一的量子模型，但也可以提供一个简化的描述复杂的经典系统与非平凡的挫折。
2021-10-20 cond-mat.mes-hall
Frequency comb in a macroscopic mechano-magnetic artificial spin ice
本研究构建了宏观机械磁人工自旋冰系统，实验观测到由Hopf分岔引发的频率梳非线性现象，验证了跨尺度物理相似性，为纳米尺度非线性磁动力学研究提供了新思路。
2024-09-27 cond-mat.mes-hall
Direct-write of free-form 3D nanostructures with controlled magnetic frustration
构建自然发生的磁性结构的纳米技术模拟物已被证明是研究几何诱导的磁挫等主题的强大方法，并为统计物理提供模型系统。此外，它实际上允许通过实现无法通过自然结晶或化学合成获得的人工晶格几何形状来设计新的物理特性。这已经在二维人工自旋冰系统领域取得了巨大成功，其重要分支进入磁逻辑器件领域。虽然已经提出了推进到三维（3D）的第一建议，但是基于电子束光刻的已建立的纳米纤维路径尚未适于获得自由形式的3D纳米结构。在这里，我们展示了独立铁磁3D纳米结构的直接写入制造，完全控制磁挫折的程度。通过采用微霍尔传感，我们已经确定了我们的自由形式的结构在外部施加的磁场中产生的杂散磁场，我们已经进行了微磁和宏观自旋模拟，推导出的空间磁化分布的结构，并分析其开关行为。此外，我们表明，磁性3D元素可以与其他3D元素的不同化学成分和固有的材料特性相结合。
2017-09-18 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
Magnetic field driven dynamics in twisted bilayer artificial spin ice at superlattice angles
本文通过哑铃近似数值模拟研究双层人工自旋冰在层间旋转和间距变化下的磁化动力学，发现特殊超晶格角度可诱导不寻常磁有序。
2022-08-03 cond-mat.mes-hall
Topology by Design in Magnetic nano-Materials: Artificial Spin Ice
人工自旋冰是磁性的、相互作用的纳米结构的二维阵列，其几何形状可以任意选择，并且其基本自由度可以直接表征。他们最初被引入研究挫折在一个可控的设置，以模仿自旋冰稀土高温超导体的行为，但在更有用的温度和字段范围内，并与直接表征，并提供实际的实施著名的，精确可解的模型统计力学以前设计的，以获得一个退化的合奏与剩余熵的理解。随着纳米制造和实验协议的发展，现在可以在实时，真实空间中表征材料，并实现几乎任何几何形状，以直接控制集体动力学。最近，这开辟了一条通往故意设计新颖，奇异状态的道路，这些状态在自然材料中找不到，并且通常以拓扑性质为特征。在没有任何详尽的借口的情况下，我们将介绍材料，早期的工作，然后，通过报告最近的结果，我们将继续描述新的方向，其中包括所需的拓扑状态的设计及其对动力学的影响。
2017-11-02 cond-mat.mes-hall
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
Switchable X-ray Orbital Angular Momentum from an Artificial Spin Ice
人工自旋冰（ASI）作为一种磁性超材料，由于其独特的几何结构而被广泛研究。与此同时，人们对X射线光子轨道角动量（OAM）的兴趣也在迅速增长。在这里，我们表明，一个正方形的ASI与编程的拓扑缺陷，双刃位错，赋予OAM散射X射线。与单位错不同，双位错不引入磁阻挫，并且ASI平衡到其反铁磁（AF）基态。缺陷的拓扑电荷根据结构和磁序而不同;因此，来自ASI的X射线衍射分别在结构和AF布拉格条件下产生具有偶数和奇数OAM量子数的光子。ASI的磁转变允许AF OAM光束通过适度的温度变化和施加的磁场来打开和关闭。这些结果表明，ASI可以作为可重构的X射线光学元件的超表面，可以使选择性的电子和磁性的探针。
2020-11-19 cond-mat.mes-hall
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
Unveiling Micrometer-Range Spin-Wave Transport in Artificial Spin Ice
Adam Mickiewicz University（亚当·密茨凯维奇大学）；Rheinland-Pfälzische Technische Universität Kaiserslautern-Landau（莱茵兰-普法尔茨技术大学凯泽斯劳滕-兰道校区）
研究通过混合人工自旋冰系统实现微米级自旋波传输，利用交换耦合和倏逝波隧道效应，突破传统自旋冰的限制，为自旋波在摩擦自旋冰系统中的研究和类比信号处理奠定基础。
2025-11-26 cond-mat.mes-hall
Dominant 1/3-filling Correlated Insulator States and Orbital Geometric Frustration in Twisted Bilayer Graphene
本文在大角度扭转双层石墨烯中观测到主导的1/3分数填充关联绝缘体态，揭示其由轨道几何阻挫驱动，表现为磁场下持续存在、磁有序及三倍晶胞重构，并验证了强耦合对称性破缺理论。
2024-02-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Tuning magnetic charge population and mobility in unidirectional array of nanomagnets as a function of lattice parameters
纳米磁体的集合经常被用于在纳米磁逻辑器件的设计中模拟元胞自动机，或者在人工自旋冰系统中模拟磁荷的挫败和出现。在以前的工作中，我们表明纳米磁体的单向排列可以表现为人工自旋冰，具有由第二相邻偶极相互作用引起的挫折，并且由于电荷之间的低弦张力而呈现出良好的磁电荷迁移率。在这里，我们提出了一个实验研究的磁电荷人口和流动性的横向和纵向的纳米磁体之间的距离的函数。我们的研究结果证实了部分的理论预测，在其他地方进行的紧急相互作用模型，可能是有用的纳米磁体逻辑器件的设计，并带来了新的见解最佳设计的磁荷弹道输运在低外部磁场与磁荷迁移率调谐应用在磁性。
2018-09-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Deconstructing Magnetization Noise: Degeneracies, Phases, and Mobile Fractionalized Excitations in Tetris Artificial Spin Ice
本研究结合超灵敏光学探测与蒙特卡洛模拟，在tetris人工自旋冰中发现分数化磁激发的新兴相区，其可沿准一维自旋链无能耗地独立扩散。
2023-11-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Vortex Ordering and Dynamics on Santa Fe Artificial Ice Pinning Arrays
该研究数值模拟了圣塔菲人工冰钉扎阵列中的超导涡旋行为，发现多种涡旋态，且因几何受挫效应无尖锐临界电流峰，但在匹配填充时出现平滑峰，并因抑制一维通道而增强钉扎。
2021-01-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Attaining the Ground State of Kagome Artificial Spin Ice via Ultrafast Site-Specific Laser Annealing
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缪子科学中心）
通过超快位特异性激光退火实现kagome人工自旋冰的基态，无需修改结构或材料，为磁态控制提供了重要工具。
2025-10-20 cond-mat.mes-hall
Field-induced antiferromagnetic correlations in a nanopatterned van der Waals ferromagnet: a potential artificial spin ice
本研究通过纳米图案化CrGeTe3范德华铁磁体网格，发现其岛间存在可调反铁磁关联，可通过间距调控偶极相互作用实现磁态转变，为人工自旋冰及新型强关联自旋构型研究提供新平台。
2024-10-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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
Tension-free Dirac strings and steered magnetic charges in 3D artificial spin ice
3D纳米结构在现代凝聚态物理中呈现了新的范例，在光子学、生物医学和自旋电子学中具有众多应用。它们有望实现用于超快速和低能量数据存储的3D磁性纳米网络。这些系统中的挫折可能导致磁荷或磁单极子，它们可以作为移动的二进制信息载体。然而，二维人造自旋冰中的狄拉克弦束缚磁荷，而三维偶极对应物需要低温才能稳定。在这里，我们对室温下高度挫败的3D人造自旋冰进行了微磁研究，该冰包含具有未束缚磁荷的无张力狄拉克弦。我们使用微磁学模拟来证明磁荷的迁移率阈值是由$\SI{2}{eV}$低于其未结合能。通过施加全局磁场，我们将磁荷引导到给定的方向，而忽略了意外的切换。该系统为数据传输和存储的3D磁网络铺平了道路
2021-02-18 cond-mat.mes-hall physics.comp-ph
Emergent spin dynamics enabled by lattice interactions in a bicomponent artificial spin ice
人造自旋冰（ASI）是纳米级磁体上的阵列，既可以作为原子自旋冰中的挫折模型，也可以用于探索新的基于自旋波的传输，处理和存储信息的策略。在这里，我们利用两个不同的铁磁金属排列在一个正方形ASI的互补晶格位置上的磁化动力学的复杂相互作用，以有效地调制自旋波特性。我们发现，两个子晶格之间的相互作用的结果在独特的光谱归因于每个子晶格，我们观察到的两种材料的不同的磁化性质促进了晶格间和晶格内的动力学。系统地研究了动态特性的角度相关的宽带铁磁共振和微磁学模拟证实。我们表明，具有不同磁性能的材料的组合，使实现广泛的二维结构可能打开大门，在纳米磁学的新概念。
2020-10-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Monopole current control in artificial spin ice via localized fields
本研究通过蒙特卡洛模拟，在方形人工自旋冰中加入垂直控制元件，利用局域磁场实现对单极子电流的方向和极性控制，并重塑能量景观，为磁存储和物理储层计算等应用提供策略。
2025-03-26 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall
Superferromagnetism and domain-wall topologies in artificial 'pinwheel' spin ice
十多年来，相互作用的单畴纳米磁体阵列，被称为人工自旋冰，已经被设计用于研究模型自旋系统中的挫折。在这里，我们使用菲涅尔成像研究反转过程中的“风车”人工自旋冰，一个修改后的正方形ASI结构，通过旋转每个岛屿的中点，通过一定的角度获得。我们的研究结果表明，一个简单的45°旋转改变的磁序从反铁磁到铁磁，创造一个超铁磁体，表现出介导的畴壁成核和相干畴传播介导的介观畴生长。我们观察到几个畴壁配置，其中大多数是直接类似于连续铁磁薄膜中看到的。然而，由于系统的几何约束，也出现了新颖的带电壁。改变外部磁场的方向可以控制自旋反转的性质，从而出现1-D或2-D雪崩。风车ASI的这种独特性质可以用于调谐基于磁输运现象的器件，例如霍尔电路。
2018-08-30 cond-mat.dis-nn 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
Control of spin dynamics in artificial honeycomb spin-ice-based nanodisks
我们报告的角度相关的自旋动力学的实验和理论表征的铁磁纳米盘阵列排列在蜂窝晶格。宽带铁磁共振测量的磁场和微波频率依赖性，揭示了丰富的频谱模式，强烈影响的微观网络状态。基于相对于外场的对称性参数，我们表明，铁磁网络的某些部分有助于检测到的信号。微磁模拟的实验数据的比较表明，不同的子部分的晶格主要有助于阵列的高频响应。这是证实了使用微聚焦布里渊光散射的光学特性。此外，我们发现的迹象表明，在低场范围内的涡旋状磁化配置的成核和湮灭的影响的动力学，这是不同的铁磁纳米椭圆簇。我们的工作为磁振子器件的设计开辟了新的前景，磁振子器件将低频下的回旋涡旋晶体中的几何挫折与高频下的磁振子晶体相结合。
2020-02-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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
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
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
Ferromagnetic resonance response in square artificial spin ice: roles of geometry in vertex dynamics and magnetic configurations
本文通过微磁学模拟研究方形人工自旋冰中纳米磁体纵横比对铁磁共振和振荡模式的影响，揭示不同顶点能量态具有独特的FMR响应，为利用FMR技术识别ASI能量态提供了新方法。
2024-06-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Non-universality of artificial frustrated spin systems
利用磁力显微镜和蒙特卡罗模拟研究了具有面外磁化的纳米磁体人工Kagome阵列中的磁阻挫效应。实验和理论结果进行比较，人工戈薇自旋冰，其中的纳米磁体具有面内磁化。与最近报道的相比，我们证明了纳米磁体之间的长程（即超越最近邻）偶极相互作用在描述使用场协议对阵列消磁后观察到的磁配置时不能被忽略。因此，在这两个人工受抑自旋系统的行为中，任何普遍性都有明显的限制。我们提供的参数来解释为什么这两个系统显示惊人的相似之处，在第一眼的发展成对自旋相关性。
2014-07-28 cond-mat.mes-hall
Frustrated Topological Orbital Magnetism
University of Cambridge（剑桥大学）；Max-Planck-Institut für Physik komplexer Systeme（马克斯·普朗克复杂系统物理研究所）
该研究探讨三维几何阻挫与Aharonov-Bohm磁通的相互作用，提出受挫拓扑轨道磁性概念，发现其关联的拓扑节点线、轨道电流模式可诱导霍尔效应，并给出实验验证该磁序的特征。
2026-10-12 cond-mat.mes-hall quant-ph
