Extending spin ice concepts to another geometry: the artificial triangular spin ice
在这项工作中，我们提出并研究了实现人工自旋冰状系统，而不是基于任何真实的材料，在三角形几何形状。在晶格的每个顶点，“类冰规则”规定三个自旋必须指向内部，而其他三个必须指向外部。我们研究了系统的基态和最低能量激发态以及系统的热力学性质。我们的研究结果表明，尽管在顶点拓扑结构的根本差异相比，人工正方形自旋冰，在三角形阵列的最低能量激发也表现为一种Nambu单极（两个相反的单极连接的充满活力的字符串）。事实上，我们的研究结果表明，单极子的电荷值可能有一个普遍的价值，而弦的张力可以通过改变系统的几何形状来调整，可能允许设计不同的弦张力的系统。我们的Monte Carlo结果表明在伊辛普适性类中的相变，其中的平均距离之间的单极子和反单极子的临界温度显着增加。顶点拓扑结构的差异似乎有利于系统基态的实验实现，从而允许对系统的性质进行更详细的实验研究。
2012-12-14 cond-mat.mes-hall
Evidence of thermodynamics and magnetic monopole plasma formation by photon-magnon interaction in artificial spin ice
本研究通过光子-磁子散射调控人工自旋冰中的磁单极子，实现无外场的热力学操控，并借助解析模型与微磁模拟证实了磁单极子等离子体的形成。
2024-06-25 cond-mat.mes-hall
Direct observation of magnetic monopole freedom in two-dimensional artificial spin ice
作为外部磁场的函数的磁不成对被呈现为在二维人工自旋冰系统中出现的准粒子自由度的指纹。这种自由度，例如在磁性中的进一步应用所需的，仅可能是由于基态简并性，这导致矩形几何形状中的弦能量的降低，其被设计为允许纳米磁体之间的最高等距。我们通过模拟表明，在不同的矩形人工自旋冰的自旋关联演变从反铁磁有序磁结构的铁磁之一，通过一个冰制度，观察到与库仑相的夹点。通过测量的磁力显微镜，我们观察到磁性磁单极的创建，运输和湮灭在这样的系统中的自由单极创建和运输的整个样品没有附加字符串，如通常观察到在传统的人工自旋冰系统。
2022-07-13 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Voltage Control of Magnetic Monopoles in Artificial Spin Ice
目前对人工自旋冰（ASI）系统的研究揭示了独特的滞后记忆效应和受外加磁场控制的可移动准粒子单极子。在这里，我们数值模拟了应变介导的多铁性方法来局部控制ASI单极子。通过向压电层施加电压脉冲来控制各个晶格元件的磁化，从而导致定时为180度重新取向的应变诱导的磁旋进。该模型演示了局部电压控制移动磁单极子在晶格位置，在CoFeB，Ni和FeGa的ASI $'$的。开关在铁磁共振附近的频率下实现，并且需要低于620 aJ的能量。结果表明，ASI单极子可以有效地和本地控制的应变介导的多铁性方法。
2018-03-22 cond-mat.mes-hall 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
The Colored Noise of Magnetic Monopoles: Subdiffusion in a Coevolving Vacuum and Spin Ice Exponents
我们将自旋冰中实验发现的反常噪声与磁单极子的次扩散联系起来。因为单极子是涌现的粒子，它们不会在无结构的真空中运动。相反，潜在的自旋系综过滤热白噪声，导致非平凡的共同进化。因此，磁单极子可以被认为是在随机力作用下的随机游走者，只要它们不是平凡的白，而是颠覆了自旋真空的演化。通过这个概念化，我们推测的颜色之间的关系的噪声和其他可观的，如弛豫时间，密度，动力学指数，和湮灭反应的顺序，这导致我们引入自旋冰特定的临界指数在附近的冰流形。
2021-07-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
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
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
Gauge-Free Duality in Pure Square Spin Ice: Topological Currents and Monopoles
我们考虑一个纯正方形自旋冰，这是一个正方形冰，只有最近的邻居耦合。一个规范之间的垂直和共线结构的自由对偶导致一个自然的描述，在拓扑电流和收费作为相关的自由度。这反过来又可以通过连续场论来表达，其中离散的自旋被归入电荷和电流之间的熵相互作用。这种方法产生的结构因素，相关性，自旋，单极子和电流的可测量性。它也推广到非零温度的无序基态的高度形式。该框架可以应用于最近的实验结果，特别是量子退火机上的实现，并可以扩展到包括更长范围的相互作用。
2021-10-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech
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
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
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
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
On the micromagnetic behavior of dipolar-coupled nanomagnets in defective square artificial spin ice systems
我们在这里报告的结果，微磁模拟的方形人工自旋冰（ASI）系统的缺陷。缺陷是由纳米磁体在顶点处的错位引入的。在这些亏损系统中，我们能够通过施加一个小的外场来稳定涌现的类抛物态。我们观察到系统的偶极能量的变化与不同的失调角。产生出射单极子的场随系统的偶极能量线性变化。我们的研究结果清楚地表明，ASI系统的磁化反转是错综复杂的缺陷和偶极相互作用的相互作用。
2019-09-10 cond-mat.mes-hall
Thermodynamics of elementary excitations in artificial magnetic square ice
我们研究了人造方形自旋冰系统的热力学，假设组成阵列的岛屿之间只有偶极相互作用。重点是温度对基本激发（磁单极子和狄拉克弦）的影响。用蒙特卡罗方法计算了比热、磁极密度和磁极平均间距随温度的变化。在相同的温度$T_{p}\approx 7.2D/k_{B}$（这里，$D$是偶极相互作用的强度，$k_{B}$是玻耳兹曼常量）下，单极子和反单极子之间的比热和平均分离分别呈现出尖峰和局部最大值。随着晶格尺寸的增加，这些特征的幅度也增加，但非常缓慢。实际上，比热和最大值在平均分离$d_{max}$之间的相反电荷的单极增加与系统的大小，表明完全孤立的电荷可以发现，只有在热力学极限。在一般情况下，这里得到的结果表明，温度$T \geq T_{p}$，这些系统可能会表现出一个相位分离的单极子，虽然数量$d_{max}$不应该大于几个可行的人工材料的晶格间距。
2012-02-06 cond-mat.mes-hall
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
Magnetic-Field Control of Emergent Order in a 3D Dipolar Pyramid Artificial Spin Ice
本研究制备了基于方金字塔结构的三维Pyramid人工自旋冰，通过模拟揭示其丰富相图与涌现方冰态，结合实验实现低能态调控，为三维人工自旋冰研究提供新平台。
2025-09-01 cond-mat.mes-hall
From confinement to deconfinement of magnetic monopoles in artificial rectangular spin ices
我们研究了一个由二维偶极子阵列组成的人工矩形自旋冰，其水平和垂直晶格参数分别由$a$和$b$给出。我们表明，冰制度可以通过适当的选择比例$γ\equiv a/b$稳定。我们的结果表明，对于$γ\approx \sqrt{3}$，即，当岛的中心形成三角形晶格时，基态变为简并。因此，虽然磁荷（单极子）是一般矩形晶格（包括正方形晶格的特殊情况）的能量串连接的激发，但对于具有$γ\approx \sqrt{3}$的特殊矩形晶格，它们实际上可以自由移动。除此之外，我们的研究结果表明，对于$γ> \sqrt{3}$的系统是高度各向异性的方式，即使在这个范围的冰制度，弦张力几乎消失沿阵列的特定方向。我们还讨论了体系的基态跃迁和一些热力学性质。
2012-12-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.other
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
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 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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
Bilayer artificial spin ice: magnetic force switching and basic thermodynamics
我们研究了一个由高度偏移量$h$分隔的两个相同层组成的人工自旋冰系统。对于小的分离，层被示出为相互吸引，提供整个系统是在基态。这样的吸引力是通过幂律力产生的，我们把它比作范德华力。当磁单极子出现在一个（或两个）层中时，情况变得更加有趣，这些层也可能相互排斥。通过调整像$h$和距离等参数，可以以可行的方式实现吸引和排斥之间的切换。在热力学方面，随着$h$的增加，比热峰向低温移动。
2021-02-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.other
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
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
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
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
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
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
Signatures of long range dipolar interactions in artificial square ice
分析磁场退磁的人工方冰的磁结构因子，观察到与预测方冰模型的定性偏差。结合微磁学和蒙特卡罗模拟，我们证明，这些偏差信号之间的相互作用的存在下，纳米磁体，超出最近的邻居。包括进一步的邻居，偶极耦合在方形冰模型中，我们发现，前七个或八个耦合强度需要半定量地再现实验测量的磁结构因子的主要特征。一个替代的，更现实的数值模拟方案也提出了在冰的条件是稍微失谐。在这种情况下，以及，在实验中证明的磁结构因子的功能，只有很好地描述时，进一步的邻居耦合考虑。我们的研究结果表明，长程偶极相互作用并没有完全洗出在一个领域退磁人工方形冰，不能被忽略，因为它们影响的磁相关内或附近的冰歧管。
2020-12-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.other
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
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
Thermal String Excitations in Artificial Spin-Ice Dipolar Arrays
我们报告了人工自旋冰偶极阵列的理论研究，使用最近实验中采用的纳米岛几何结构[A。Farhan \textit{et al.}，《自然物理学》\textbf{9}（2013）375]。在正方形晶格中的热磁弦激发的数量急剧增加的行和列的垂直位移。我们发现大的增量，特别是在低温和字符串激发准单极的收费$\pm 4$。通过动力学蒙特卡罗模拟，我们解决了这种激发的热稳定性，从而提供了时间尺度的实验观察。
2014-01-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
