Observation and control of collective spin-wave mode-hybridisation in chevron arrays and square, staircase and brickwork artificial spin ices
长期以来，人们一直预测纳米图案人工自旋系统中会出现偶极磁振子-磁振子耦合。然而，这种现象和相关的集体自旋波签名的观察，直到最近才被证明是难以捉摸的或限于低功率的边缘模式，这是难以测量的实验。在这里，我们描述了偶极模式杂交的必要条件，它可能是如何控制的，为什么它没有观察到更早，以及如何强耦合可能发生之间的纳米磁体体模。我们实验研究了四种纳米图案化的人工自旋系统的几何形状：“V形”阵列，“正方形”，“楼梯”和“砖”人工自旋冰。我们观察到显着的动态偶极耦合在所有系统中的相对耦合强度和避免交叉的微磁模拟结果支持的差距。我们展示了可重构模式杂交制度，在每个系统中，通过微观状态控制，并在这样做阐明的基础动力学动态偶极耦合与可重构磁振子的影响。我们证明，通过边缘效应对体模的限制在偶极混合模中发挥着关键作用，并且将纳米岛视为相干旋进的宏观自旋或自旋驻波不足以捕捉实验观察到的耦合现象。最后，我们提出了一个参数空间搜索，详细说明如何耦合强度可以通过纳米制造尺寸和材料性能进行调整。
2021-12-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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
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
Nanoscale Dipolar Fields in Artificial Spin Ice Probed by Scanning NV Magnetometry
RPTU University Kaiserslautern-Landau, Department of Physics and State Research Center OPTIMAS（凯泽斯劳滕-兰道工业大学物理系及OPTIMAS州立研究中心）；Thomas J. Watson College of Engineering and Applied Science, Binghamton University（宾汉姆顿大学托马斯·J·沃森工程与应用科学学院）；Department of Physics & Astronomy, University of Delaware（特拉华大学物理与天文学系）
本文利用扫描NV磁强计研究不同晶格常数的人工自旋冰，通过荧光猝灭成像和cODMR结合微磁建模，揭示了晶格常数对偶极耦合场和冰规则违反的影响，为磁振子学与自旋电子学器件设计提供依据。
2026-09-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ultrafast Laser-Induced Magnetic Relaxation in Artificial Spin Ice Driven by Dipolar Interactions
ETH Zurich（苏黎世联邦理工学院）；Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid, CSIC（马德里材料科学研究所，西班牙国家研究委员会）；Physik funktioneller Materialien, Universität Wien（维也纳大学功能物理研究所）；NEST Research Group, Department of Computer Science, The University of Manchester（曼彻斯特大学计算机学院NEST研究组）
通过飞秒激光诱导超快磁弛豫，实现人工自旋冰中低能态的快速访问，揭示偶极相互作用驱动的集体磁重构机制。
2025-08-22 cond-mat.mes-hall
Magnetic oscillation modes in square lattice artificial spin ice
研究了二维正方晶格上人工自旋冰的小振幅偶极振荡。假设自旋冰中每个细长磁岛的净磁矩具有海森堡动力学性质。每个岛的磁矩被假定为受形状各向异性和偶极相互作用与其最近的邻居。磁动力学在基态之一附近线性化，导致$8\times 8$矩阵被对角化用于磁自旋波模式。解析解被发现，并分类为反对称和对称方面，他们在平面内的动态波动。虽然只包括主导偶极相互作用，但类似的模式可以在实验中观察到。
2020-01-28 cond-mat.mes-hall
Current-induced magnetization control in dipolar-coupled nanomagnet pairs and 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）；University of Salamanca（萨拉曼卡大学）；Universidad de Salamanca（萨拉曼卡大学）
研究通过电流诱导自旋轨道扭矩控制纳米磁体磁化方向，揭示电流方向与磁体取向关系对切换阈值的影响，为可编程磁控提供新方法。
2026-01-23 cond-mat.mes-hall
Spin wave spectral probing of possible microstates in building-block of macroscopically degenerate artificial spin ice
本文通过微磁学模拟研究方形人工自旋冰中强偶极耦合纳米岛的自旋波模式，揭示自旋波模式与微观态的直接关系，并证明单个环型结构足以理解方形人工自旋冰的自旋波行为。
2020-12-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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
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
Magnetic Charge Propagation upon a 3D Artificial Spin-ice
磁荷在大块阻挫材料中的传播已经产生了科学上的范式转变，允许研究电和磁之间的对称性。最近的工作表明自旋冰表面的磁荷动力学可能对确定有序和相关的相空间有重要影响。在这里，我们详细介绍了一个3D人工自旋冰，一个3D纳米结构阵列的磁性岛屿，捕捉散装系统的确切几何形状，使磁场驱动的动态磁荷直接可视化的表面上。使用磁显微镜，我们观察到沿两个主要方向有很大不同的磁荷动力学。这些显着的差异被发现是由于表面终止和相关的协调，产生不同的能量和相互作用强度的磁荷表面上。
2021-01-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Dynamic response of an artificial square spin ice
利用宽带铁磁共振谱研究了在晶格面内施加磁场的情况下，Ni 80 Fe 20人工正方形自旋冰晶格的磁化动力学.实验观察到的色散显示了丰富的频谱模式对应于不同的磁化状态。这些磁化状态是由交换和偶极个别岛屿之间的相互作用，证实了半解析模型。在低于400 Oe的低场区，发现了模谱的滞后行为，微磁学模拟揭示了所观察到的谱的起源是由于单个纳米磁体的不同磁化状态的初始化。我们的研究结果表明，它可能是可能的，以确定自旋冰状态的共振实验，是第一步走向理解的人工几何挫磁系统在高频制度。
2016-01-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Writable spin wave nanochannels in an artificial-spin-ice-mediated ferromagnetic thin film
利用自旋波来传输和处理信息的磁光电子学是一种很有前途的低功耗数据处理技术。其中一个主要的挑战是自旋波传播路径的局部控制。在这里，我们引入了可写磁振子的概念，利用人工自旋冰系统的高度灵活的可重构性和可重写性。使用微磁学模拟，我们表明，全球可切换的自旋波传播和本地可写的自旋波纳米通道可以实现在人工风车自旋冰下的铁磁薄膜。由可重构自旋波纳米通道实现的可编程磁振子提供了一种独特的设置，以设计用于超低功耗应用的可编程磁振子电路和逻辑器件。
2022-03-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Engineering nonlinear magnon scattering in artificial spin ice via vertex dipolar control
School of Physics and State Key Laboratory of Electronics Thin Films and Integrated Devices, University of Electronics and Science and Technology of China（电子科技大学物理学院与电子薄膜与集成器件国家重点实验室）
研究在人工自旋冰中通过顶点偶极控制设计非线性磁振子散射，利用微磁模拟，确定边缘曲率可分离非线性磁振子散射与岛面积，找到次谐波起始阈值及相关特征，确立尖端曲率为设计参数，对可重构磁振子器件有意义。
2026-07-08 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
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
Tailoring spin wave channels in a reconfigurable artificial spin ice
人工自旋冰是一种几何排列的相互作用的纳米磁体，在实现可重构磁子晶体方面具有很大的潜力。这种系统允许在纳米尺度上操纵自旋波，并将其用作信息载体。然而，目前实现基于人工自旋冰的磁振子晶体存在两个普遍的障碍：人工自旋冰的磁状态难以重新配置，并且纳米岛之间的静磁相互作用通常很弱，从而防止模式耦合。我们证明，使用微磁建模，耦合弱相互作用的纳米磁体制成的可重构人工自旋冰的几何形状的软磁底层创建一个复杂系统表现出动态耦合模式。这些产生的自旋波通道在底层中定义明确的频率，基于人工自旋冰磁状态，可以重新配置。这些发现为实现可重构磁振子晶体打开了大门，磁振子晶体具有在基于磁振子的逻辑架构中用于数据传输和处理的潜在应用。
2020-04-06 cond-mat.mes-hall
Artificial Spin Ice: A Tutorial on Design and Control of Geometry, Microstate, Magnon Dynamics & Neuromorphic Computing
该教程介绍人工自旋冰的基础理论、设计制备、测量控制技术及神经形态计算应用，为新研究者提供相关领域的系统基础知识。
2025-04-09 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ferromagnetic resonance modes in trilayer artificial spin ices subject to interfacial Dzyaloshinskii-Moriya interaction
Center for Magnetism and Magnetic Nanostructures, University of Colorado Colorado Springs（科罗拉多大学科罗拉多斯普林斯分校磁性及磁性纳米结构中心）
研究三层层状人工自旋冰中界面DMI对铁磁共振模式的影响，发现非互易性与外部磁场共同作用导致边缘模式分裂和干涉特性。
2026-03-12 cond-mat.mes-hall
Enhancement of dynamical coupling in artificial spin-ice systems by incorporating perpendicularly magnetized ferromagnetic matrix
本文通过数值模拟研究了置于垂直磁化铁磁基体中的方形人工自旋冰系统，发现界面交换作用与偶极耦合共同导致强磁振子-磁振子耦合，且顶点磁化重构可使耦合强度增强近40%，为可重构磁振子学应用提供了新途径。
2024-11-22 cond-mat.mes-hall
Emergent Magnetic Monopole in Artificial Polariton Spin Ice
Moscow Center for Advanced Studies（莫斯科高级研究中心）；Westlake University（西湖大学）；St. Petersburg State University（圣彼得堡国立大学）
本文提出了一种驱动耗散极子实现的人工极子冰，通过环形极化作用实现Ising自由度，并通过辅助损耗顶点模式动态约束冰规则。极化翻转生成单极子-反单极子缺陷，其动态可被极化分辨实空间成像重构。
2026-03-30 cond-mat.mes-hall
Theory of magnetotransport in artificial kagome spin ice
具有特殊几何形状的磁性纳米阵列表现出与自旋冰材料相似的非平凡集体行为。在这里，我们提出了一个新的电路模型来描述复杂的磁输运现象，在人工kagome自旋冰。在这幅图中，系统可以被看作是一个由位于蜂窝阵列顶点的电压源驱动的电阻网络。这些源的不同端子之间的差分电压与支配局部磁化排序的冰规则有关。电路模型涉及的横向霍尔电压的戈薇冰的潜在的自旋相关性。将磁性纳米阵列视为超材料，我们提出了一个将霍尔电阻与系统磁化分量联系起来的介观本构方程。我们进一步表明，霍尔信号显着增强时，戈薇冰经历磁荷有序过渡。我们的分析可以很容易地推广到其他晶格几何形状，提供了一个定量的方法设计的磁阻器件的基础上人工自旋冰。
2017-12-13 cond-mat.mes-hall
Dynamic dependence to domain wall propagation through artificial spin ice
在纳米结构的人工可果美自旋冰结构中研究了畴壁传播动力学。带状线电路已被用来提供人工自旋冰结构内的局部脉冲磁场。这通过电辅助畴壁成核事件提供了对系统的控制。同步的脉冲场与额外的全球磁场和使用的聚焦磁光克尔效应磁力计允许我们的实验，以探测通过扩展ASI结构的畴壁过境。我们发现，传播距离取决于驱动场揭示了其本征形核场以下的畴壁的场驱动特性。
2016-08-23 cond-mat.mes-hall
FePd$_{3}$ as a material for thermally active artificial spin ice
我们介绍FePd $_{3}$作为一种新的材料，用于研究热活性人工自旋冰（ASI）系统，并使用它来调查双方的广场和戈薇冰的几何形状。我们很容易实现完美的基态有序的正方形晶格，并证明了最高程度的kagome晶格中的电荷有序。我们发现，在kagome系统较小的晶格常数一般产生较大的领域的电荷秩序。蒙特卡罗模拟显示出很好的协议与我们的数据时，少量的混乱是包括在模拟中。
2015-03-03 cond-mat.mes-hall
Understanding Thermal Annealing of Artificial Spin Ice
我们对人工自旋冰中磁矩组态的热退火进行了详细的研究。坡莫合金（Ni $_{80}$ Fe $_{20}$）人工自旋冰样品在原型方形冰几何形状中被检查，研究退火作为岛厚度、岛形状以及退火温度和持续时间的函数。我们还测量了居里温度作为膜厚度的函数，发现厚度有很强的影响居里温度的制度相关的人工自旋冰系统的动力学的许多研究。增加岛时刻之间的相互作用能和减少翻转岛时刻的能垒允许系统更接近退火时时刻的集体低能态，这为理解这些重要模型系统中的热化过程提供了新的渠道。
2019-10-30 cond-mat.mes-hall
Efficient demagnetization protocol for the artificial triangular spin ice
在这项工作中，我们研究退磁协议的人工自旋冰在三角形的几何形状。我们的研究结果表明，一个简单的类电子的过程是非常有效的驱动系统的基态，即使在系统中的一个相对较强的无序，证实了以前的预期。此外，磁化状态和基态之间的过渡被观察到介导的行为像磁单极子伪粒子的顶点的创建和传播。这是一个重要的一步，对更详细的实验研究在人工自旋冰系统中的类冰激发。
2013-10-14 cond-mat.mes-hall
Artificial trapping of a stable high-density dipolar exciton fluid
我们提出了令人信服的实验证据，一个成功的静电捕获的二维偶极激子，结果在一个良好的封闭，高密度和空间均匀的偶极激子流体的稳定形成。我们表明，至少半微秒，激子流体维持密度高于临界密度的简并性，如果激子流体温度达到晶格温度在这段时间内。这种方法应该允许在低温下研究二维强相互作用玻色子，并可能导致观察二维相互作用激子的量子相变，如超流性和结晶。
2006-06-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Angular Dependent Magnetization Dynamics of Kagome Artificial Spin Ice Incorporating Topological Defects
我们报告角依赖自旋波光谱的可果美人工自旋冰的大阵列互连Ni80Fe20纳米棒。在饱和和无序状态下拍摄的光谱表现出一系列具有特征面内角度依赖性的共振。微磁学模拟使我们能够解释纳米磁体的两步磁化反转的特征共振。动态特性与通过以特定角度施加的磁场引起的拓扑缺陷一致。我们对以前研究的由孤立的纳米棒组成的可果美人工自旋冰进行的模拟显示了自旋波模式的特征差异，我们解释了顶点的存在。
2017-04-30 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
Collective ferromagnetism of artificial square spin ice
研究了大面积坡莫合金人工正方形自旋冰阵的总磁矩随温度和磁场的变化关系。的温度依赖性和滞后行为是一致的相干磁化反转中预期的Stoner-Wohlfarth模型，具有明显的偏差，由于在小的晶格间距岛间的相互作用。通过微磁学模拟，我们探讨了这种行为，并证明了偏差的结果越来越复杂的磁化反转在小的晶格间距，岛间相互作用引起的，并严重依赖于岛的形状的细节。这些结果建立了新的手段来调整人工自旋冰结构和其他相互作用的纳米磁体系统，如图案化的磁介质的物理特性。
2022-06-28 cond-mat.mes-hall
Realizing three-dimensional artificial spin ice by stacking planar nanoarrays
人工自旋冰是一种受挫折的磁性二维纳米材料，最近被用来研究各种量身定制的不寻常的集体行为。最近提出的三维扩展是基于自组装技术，并允许很少的控制几何形状和无序。我们提出了一个可行的设计实现的三维人工自旋冰的精度和控制水平相同的光刻纳米制造的流行的二维情况下允许。我们的几何结构是基于分层已经可用的二维人工自旋冰，并导致冰规则沮丧的单位，这是拓扑等价于在烧绿石晶格的四面体的安排。因此，我们表明，它表现出一个真正的冰相和它的激发，在自然自旋冰材料，磁单极子通过库仑定律相互作用。
2013-12-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Artificial kagome spin ice magnetic phase recognition from the initial magnetization curve
人工自旋冰（ASI）是可设计的相互作用纳米磁体阵列，其跨越与许多自旋晶格模型相关的广泛的磁相。在这里，我们证明了人工戈薇自旋冰的相位可以从其初始磁化曲线确定。作为概念的证明，从系统的不同相的代表性微观状态开始执行这些曲线的微磁模拟。我们表明，曲线的特征在于相特定的功能，以这样一种方式，模式识别算法预测的初始微观状态的相位具有良好的可靠性。这一成就代表了一种新的战略，以确定阶段的ASI，更容易和更容易比磁成像技术通常用于这项任务。
2022-11-03 cond-mat.mes-hall
Perpendicular Magnetization and Generic Realization of the Ising Model in Artificial Spin Ice
我们研究了垂直于平面磁化的静磁相互作用单畴铁磁岛的阻挫可果美阵列和非阻挫蜂窝阵列。两个晶格的测量成对自旋相关性可以复制模型的基础上，仅最近邻相关性。戈薇阵列具有与先前研究的由面内力矩组成的“人造自旋冰”系统不同的静磁特性，但具有相同的晶格拓扑结构。这两个系统在矩对相关性的发展方面表现出惊人的相似性，证明了人工自旋冰行为的普遍性，而不依赖于特定物质系统的具体实现。
2012-07-05 cond-mat.mes-hall
Spectral analysis of topological defects in an artificial spin-ice lattice
适当图案化和布置的磁性元件的阵列可以显示在磁化中具有拓扑缺陷的人造自旋冰结构，诸如狄拉克单极子和狄拉克弦。这些缺陷对自旋冰晶格的准静态和平衡行为有很大的影响。在这里，我们研究了本征模动力学的这种缺陷在一个正方形晶格组成的体育场一样的薄膜元素使用微磁学模拟。我们发现，拓扑缺陷显示不同的签名模式谱，提供了一种手段，定性和定量分析的单极子和字符串，可以通过实验测量。
2013-03-12 cond-mat.mes-hall
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
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
Direct Imaging of Complex Spin Ice Behavior and Ordered Sublattices in Artificial Ferromagnetic Quasicrystals
我们已经成像的坡莫合金薄膜图案化成彭罗斯P2平铺（P2T），使用扫描电子显微镜与极化分析（SEMPA）的磁化纹理。P2T膜段具有近似均匀的双极磁化，类似于人工自旋冰，但具有不对称的顶点协调，其诱导由顶点畴壁中的交换相互作用介导的更复杂的自旋冰行为。包括长程偶极相互作用的数值模拟同意与SEMPA图像的生长P2T，并预测一个铁磁基态的二维P2T晶格的经典伊辛自旋。
2015-01-12 cond-mat.mes-hall
Reconfigurable spin wave band structure of artificial square spin ice
人工正方形自旋冰是由排列在几何阻挫晶格上的磁性元件组成的结构，并且位于二维正方形晶格的位置上，使得在每个顶点处有四个相互作用的磁性元件。使用半解析的方法，我们表明，方自旋冰表现出丰富的自旋波能带结构，是可调的外部磁场和配置的个别元素。内部自由度可以产生平衡态，在边缘处具有弯曲的磁化，导致特征激发;在静磁相互作用的存在下，这些形成类似于半导体中的杂质带的单独带。全尺寸的微磁模拟证实了我们的半分析方法。我们的研究结果表明，人工正方形自旋冰可以被视为可重构和可调的磁振子晶体，可以用作超材料的自旋波为基础的应用在纳米尺度上。
2016-03-05 cond-mat.mes-hall
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
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
Chiral nature of magnetic monopoles in artificial spin ice
利用数值模拟方法研究了人工可果美自旋冰系统中磁单极子的微磁学性质。我们表明，微磁学带来了额外的复杂性，这些磁单极子的物理本质上是不存在的自旋模型：除了一个细分的经典磁荷，磁单极子在人工戈薇冰手征剩磁。我们的模拟预测，这些单极子的手性可以控制，而不改变其电荷状态。这种手征性破坏了顶点对称性，并在施加的磁场下触发了顶点的定向运动。我们的研究结果还表明，晶格的几何特征的选择可以用来打开和关闭这种手性，从而允许调查的手征和非手性单极子。
2014-01-21 cond-mat.mes-hall
Topologically non-trivial magnon bands in artificial square spin ices subject to Dzyaloshinskii-Moriya interaction
表现出拓扑保护的边缘状态的系统是有趣的，无论是从一个基本的角度来看，以及潜在的应用程序，后者是因为没有反向散射和鲁棒性扰动。期望能够控制和操纵这样的边缘状态。在这里，我们表明，人工方冰可以将这两个功能：一个界面Dzyaloshinksii-Moriya引起拓扑非平凡的磁振子带，和自旋冰的平衡态是可重构的不同配置具有不同的磁振子色散和拓扑结构。拓扑结构被发现发展为奇对称体和边缘磁振子带彼此接近，使建设性的带反转发生在倒易空间。我们的研究结果表明，拓扑保护带支持在正方形自旋冰。
2017-08-25 cond-mat.mes-hall
Collective magnetic dynamics in artificial spin ice probed by AC susceptibility
我们报告的热动力学研究的方形人工自旋冰，探测通过温度和频率依赖的交流磁化率。岛间耦合强度对样品的频率响应有显著的影响。通过对频率和耦合依赖的冻结温度的分析，我们讨论了在Vogel-Fulcher-Tammann定律框架下根据样品微观特征得到的唯象参数。交流磁化率的高灵敏度和鲁棒的信噪比验证了后者作为一个有前途的和简单的实验技术，解决人工自旋冰的情况下的动力学和温度驱动的动力学交叉。
2020-03-11 cond-mat.mes-hall
Magnetization Dynamics of Topological Defects and the Spin Solid in Kagome Artificial Spin Ice
我们报告了由互连Ni $_{80}$ Fe $_{20}$纳米棒大阵列制成的可果美人造自旋冰（ASI）的宽带自旋波光谱。在饱和和无序状态下拍摄的光谱表现出一系列具有特征磁场依赖性的共振。利用微磁学模拟，我们确定的共振，反映了自旋固体状态和狄拉克字符串的反自旋对。后者的谐振允许通过微波辅助切换在ASI中产生高电荷顶点。我们的研究结果打开了进一步的前景，对ASI的基础研究及其在可重编程磁振子的使用。
2016-02-02 cond-mat.mes-hall
Multi-Step Ordering in Kagome and Square Artificial Spin Ice
我们发现，在人工戈薇和修改后的方形冰系统的胶体模型中，各种有序和无序制度发生的偏置场，温度和胶体-胶体相互作用强度的函数，包括有序的晶体，偏置冰规则状态，热诱导冰规则基态，偏置三重态，无序状态。我们描述了晶格的几何形状和偏置场协议，创建不同的状态，并解释形成的状态的子晶格开关阈值。对于一个系统准备在一个晶格状态，我们表明，一个序列的不同的排序发生的温度升高。我们的研究结果还解释了在外加磁场下纳米磁性人工冰系统中观察到的几个特征。
2011-11-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
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
Crystallizing Kagome artificial spin ice
人造自旋冰是偶极耦合纳米棒磁体的工程阵列。它们使人们能够从不同的微观状态直接研究迷人的集体现象。然而，在几何阻挫体系中实验获得基态已被证明是困难的，限制了从低能态获得新性质和功能的研究和应用。在这里，我们介绍了一种方便的方法来控制相邻纳米磁体之间的竞争偶极相互作用，使我们能够定制的基态的顶点简并。我们通过调整自旋冰晶格中选定的纳米棒磁体的长度来实现这一点。我们通过在Kagome人工自旋冰中实现多个低能微观态，特别是难以实现的长程有序基态-自旋晶体态，证明了我们方法的有效性。我们的策略可以直接应用于其他人工自旋系统，以实现奇异相位和探索新的涌现集体行为。
2022-07-14 cond-mat.mes-hall
A network model for field and quenched disorder effects in artificial spin ice
我们系统地研究了磁场强度和淬火无序对方形人工自旋冰驱动动力学的影响。我们构建了一个网络表示的组态相空间，其中节点表示的微观配置和节点i和节点j之间的有向链接意味着该字段可能会引起相应的配置之间的过渡。通过这种方式，我们能够定量地描述场和无序如何影响状态的连通性和动力学的可逆性。特别是，我们已经表明，对于最佳场强，所有状态的相当一部分可以使用外部驱动场进行访问，并且这一部分会因无序而增加。我们将讨论这与人工自旋冰的控制和潜在的信息存储应用。
2012-04-11 cond-mat.mes-hall
Accessing low-energy magnetic microstates in symmetry-broken isolated square artificial spin ice vertices with magnetic field
在人工自旋冰系统中，缺陷和偶极相互作用的相互作用预计将在稳定不同的集体磁态中发挥重要作用。在这项工作中，我们研究了单个缺陷方形人工自旋冰顶点的磁化反转，其中缺陷破坏了系统的四重旋转对称性。通过改变所施加的磁场和顶点的几何轴之间的角度，我们观察到系统的能量景观的变化，导致集体低能磁态的稳定。我们还观察到，通过改变角度，可以访问不同的顶点配置。对不同角度和外场下的微磁学模拟结果与实验数据相吻合。
2020-06-08 cond-mat.mes-hall
Quantifying ground state degeneracy in planar artificial spin ices: the magnetic structure factor approach
本文利用磁结构因子方法量化矩形人工自旋冰的基态简并性，通过哑铃模型和偶极-偶极相互作用揭示收缩点、残余熵及涌现规范场，比较两种模型的预测。
2023-10-14 cond-mat.mes-hall
Disorder regimes and equivalence of disorder types in artificial spin ice
人工自旋冰的场致动力学部分取决于磁岛之间的相互作用以及每个岛的开关特性。这两种情况中的任何一种的紊乱都会影响对所施加磁场的反应。数值模拟表明，无序的影响主要是由无序的强度相对于岛间的相互作用，而不是由类型的障碍。弱无序和强无序状态是存在的，并且可以用定量的方式来定义。
2011-10-07 cond-mat.mes-hall
Topological geometric frustration in a cube-surface artificial spin ice
本文提出在三维立方体表面构建人工自旋冰，通过拓扑保护畴壁介导产生区别于平面结构的几何阻挫，并利用Monte Carlo模拟证实本征拓扑缺陷间存在稳健的拓扑保护相关性，揭示了三维表面独有的涌现性质。
2024-11-15 cond-mat.mes-hall
Thermal excitations within and among mesospins in artificial spin ice
我们提供了实验和数值证据的热激发内和磁mesospins之间，形成人工自旋冰结构。在低温下，随着温度的升高，观察到磁化强度的降低和磁化率的增加，解释为中自旋内的磁织构的热波动的开始。在升高的温度下，观察到一个明显的磁化率峰，与热诱导翻转的mesospins和崩溃的recrystallization状态。的波动，而发生在不同的长度和能量尺度，被证明是可调的中自旋的相互作用强度。
2022-05-02 cond-mat.mes-hall
Direct Observation of Magnon Modes in Kagome Artificial Spin Ice with Topological Defects
我们研究了人工自旋冰（ASI）的自旋动力学，其中拓扑缺陷限制磁振子模式在Ni $_{81}$ Fe $_{19}$纳米磁体排列在一个互连的kagome晶格。利用布里渊光散射显微镜对磁无序态进行研究，发现磁振子共振依赖于磁力显微镜检测到的拓扑缺陷结构。在实验和模拟中，狄拉克弦上的纳米磁体和反狄拉克对之间的纳米磁体在磁振子频率上都显示出明显的变化。我们的工作是通过微波辅助开关和基于ASI的可重编程磁振子来创建和湮灭狄拉克弦的关键。
2019-10-02 cond-mat.mes-hall
