Ice Rule Breakdown and frustrated antiferrotoroidicity in an artificial colloidal Cairo ice
本研究结合实验与模拟，探讨了Cairo几何结构人工胶体冰的低能态与拓扑缺陷，发现增强磁场会导致冰规则破缺，正负单极子分别聚集并屏蔽，系统呈现高度简并的受挫反铁环向极化无序态。
2023-05-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft
Topological frustration of artificial spin ice
受挫折的系统，通常以不能同时满足的竞争性相互作用为特征，表现出自然界其他地方所没有的丰富行为。人造自旋冰采用材料设计方法来研究挫折，其中光刻图案的条形磁铁模仿真实材料中的挫折相互作用，但也适合直接表征。在这里，我们引入受控的拓扑缺陷到正方形人工自旋冰晶格的晶格边缘位错的形式，并直接观察到由此产生的自旋配置。我们发现存在的拓扑缺陷产生扩展的挫折所造成的畴壁不确定的配置系统内。远离位错，磁体局部未受挫折，但晶格的挫折由于其拓扑结构而持续存在。我们的研究结果表明，在一个新的上下文中的拓扑缺陷的非平凡的性质，与许多真正的系统中，一个典型的密度的位错可以完全挫败一个典型的未受挫系统的影响。
2017-01-19 cond-mat.mes-hall
Multiple energy-scales in vertex-frustrated mesospin systems
拓扑结构和能级结构的相互作用对人工铁性系统的集体磁序起着至关重要的作用。在这里，我们调查，实验上，有一个或两个激活能的相互作用伊辛类磁岛- mesospins -在热化，顶点受挫晶格的效果。在将样品从材料的居里温度以上的温度冷却后，使用基于同步加速器的磁性显微镜确定元素的热被捕磁状态。跨几个长度尺度的中自旋之间的相关性的统计分析，揭示了磁序的变化，反映了实现的顶点受抑晶格的基态斑的量。我们表明，后者取决于存在，或不存在，不同的活化能。
2021-10-15 cond-mat.mes-hall
Magnetic topological lithography: Gateway to the artificial spin ice manifold
纳米磁性阵列广泛应用于数据存储和处理。由于目前的技术接近尺寸和热稳定性的基本限制，从阵列中提取额外的功能对于推进技术进步至关重要。利用密集阵列中增强的磁相互作用的一种设计是几何上受抑的超材料“人造自旋冰”（ASI）。挫折系统提供了巨大的未开发的潜力，从其独特的微观景观，提出了有趣的机会，从可重构逻辑磁振子设备或硬件神经网络。然而，在这样的系统的进展是无法访问超过一小部分的总微观状态空间。在这里，我们提出了一个强大的表面探针光刻技术，磁拓扑光刻，提供访问所有可能的微观状态在ASI和相关的纳米磁性阵列。我们证明了两个以前难以捉摸的状态的创建;自旋晶体基态的偶极戈薇ASI和高能量，低熵的“链”状态表现出负的有效温度。
2017-04-24 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
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
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
Magnetic ordering in out-of-plane artificial spin systems based on the Archimedean lattices
本文研究了基于阿基米德晶格的面外人工自旋系统的磁有序，通过实验与蒙特卡洛模拟对比赋予有效温度，并将晶格分为三类，揭示了长程相互作用对磁有序的重要性。
2025-03-11 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
New Description of Evolution of Magnetic Phases in Artificial Honeycomb Lattice
人工磁性蜂窝晶格为探索几何阻挫磁体的新现象提供了一个二维原型系统。根据理论报告，预期人造磁性蜂窝状晶格随着降低温度而呈现到独特磁性状态的若干相变。实验研究坡莫合金人工蜂窝晶格连接的超小单元，~ 12 nm，揭示了一个更复杂的行为。首先，当样品冷却到中间温度T ~ 175 K时，系统表现出非唯一状态，其中长程序与短程磁荷有序和弱自旋冰状态共存。第二，在更低的温度下，T ~ 6 K，长程自旋固态表现出重入行为。这两个观察结果都与目前对这一体系的理解形成了直接的对比。需要新的理论方法来开发这种二维磁体的全面配方。
2018-02-18 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
Ring-Frustrated Non-Hermitian $XY$ Model
研究了具有奇数格点的XY闭链的非厄米特形式。我们考虑反铁磁耦合和对称非共线自旋耦合。结果表明，在参数空间的一定区域内，能谱是实的。与以前的非厄米模型相比，基态是一种在实能谱区域内占据一个模式的状态，而不是人工识别的真空状态。同时，出现了一种由类扭结自旋组态引起的无带隙激发。研究还发现，这种扭结相位具有非平凡的拓扑不变量。
2020-10-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech quant-ph
Magnetization reversal in Kagome artificial spin ice studied by first-order reversal curves
基于磁光克尔效应和磁电阻测量，采用一阶反转曲线（FORC）技术研究了可果美人工自旋冰的磁化反转。磁化反转表现出明显的六重对称性与外部磁场的方向。当磁场平行于纳米棒的一个分支时，畴的成核/扩展和湮灭过程敏感地依赖于磁场循环历史和施加的最大磁场。当磁场几乎垂直于其中一个分支时，FORC测量揭示了在磁化反转过程中狄拉克弦和正交分支之间的磁相互作用。我们的研究结果表明，FORC方法提供了一个全面的框架，了解自旋受挫系统的磁化反转过程中的磁相互作用。
2017-09-17 cond-mat.mes-hall
Geometrically Frustrated Anisotropic Four-Leg Spin-$1/2$ Nanotube
我们发展了一个实空间量子重整化群（QRG），在热力学极限下研究了自旋为1/2的各向异性四脚纳米管的阻挫。得到了相图、不动点、临界点、耦合常数的标度和磁化曲线。我们的研究指出，在强腿耦合的情况下，对角挫折的相互作用是边际QRG变换下，不影响模型的普适类。值得注意的是，重整化方程表示，在强腿耦合的情况下制备的自旋纳米管去强元格耦合极限（弱相互作用元格）。随后，在弱相互作用的格子的限制下，该模型被映射到一个1D自旋1/2 XXZ链在纵向磁场下的QRG变换。此外，自旋纳米管的有效哈密顿激发了伴随分数磁化平台的一阶和二阶相变。结果表明，各向异性显著地改变了磁化曲线和相变点。最后，我们报告了数值精确对角化的结果比较基态相图与我们的分析视野。
2019-06-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el quant-ph
The effect of the size of the system, aspect ratio and impurities concentration on the dynamic of emergent magnetic monopoles in artificial spin ice systems
Facultad de Ingeniería, Universidad Diego Portales（迭戈帕拉莱斯大学工程学院）
本研究通过FCA模型探讨了系统大小、长宽比和杂质浓度对人工自旋冰系统中磁单极子动态的影响。
2012-08-16 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
Field-Induced Magnetic Monopole Plasma in Artificial Spin Ice
人工自旋冰（ASIs）是光刻定义的纳米磁体的相互作用阵列，其中可以有意地设计新颖的受抑磁相。对ASI中基本激发的一个关键描述是磁单极子--携带有效磁荷的移动准粒子。在这里，我们表明，原型方形ASI晶格可以主机，在其磁相图的特定区域，高密度的移动磁单极等离子体状制度。通过被动地“听”自发的热噪声在热平衡，我们揭示了它们的内在动力学，并表明，热动力学是最小的相关性（即最扩散）在等离子体阶段。这些结果打开了大门，按需的磁共振制度，具有现场可调的密度和动态特性，从而提供了一个新的范例，探测合成物质中的有效磁荷的物理。
2020-08-19 cond-mat.mes-hall
Modal frustration and periodicity breaking in artificial spin ice
在这里，一个人工自旋冰（ASI）晶格的介绍，表现出独特的伊辛和非伊辛行为下的特定的场切换协议，因为耦合纳米磁体的单元格中包含。在伊辛制度，磁开关机制，产生一个单或双峰分布的状态依赖于该领域的对齐证明相对于晶格晶胞。此外，通过磁力显微镜和微磁建模的一种方法，用于产生大量的随机分布的能量状态的晶格，包括伊辛和朗道状态，调查。我们表明，分散的能量分布在整个晶格的内在设计的结果，并可以通过控制临界场的入射角进行微调。本手稿探讨了一个复杂的挫折环境以外的16顶点伊辛模型的发展，新的逻辑为基础的技术。
2020-09-28 cond-mat.mes-hall
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
Selective and Fast Plasmon-Assisted Photo-Heating of Nanomagnets; A New Route for Opto-Activated Nanomagnetic Logic and Artificial Spin Systems
模拟Ising巨自旋的纳米磁性岛的热弛豫对于研究几何受挫的人工自旋系统和低能纳米磁性计算是不可或缺的。然而，目前使用的基于与热储层接触的加热方案缺乏在技术应用中实施所需的速度和空间选择性。应用一种混合的方法，通过将等离子体纳米加热器与磁性元件相结合，在这项工作中，我们建立了非接触式光学装置的纳米磁性阵列中的局部温度的鲁棒性和可靠性控制。等离子体辅助的光加热允许温度升高高达几百开尔文，这导致热激活的磁矩反转和磁矫顽场的显著降低。此外，细长等离子体激元元件的偏振相关吸收截面使得能够在亚纳秒时间尺度上进行亚晶格特定加热。使用光学自由度，即焦点位置，偏振，功率和脉冲长度，纳米磁体的热等离子体激元加热提供了其本身用于功能磁性超材料的灵活，快速，空间选择性和元素选择性热化。
2019-02-11 cond-mat.mes-hall
Ice-rule made manifold: phase transitions, topological defects and manifold restoration in two-dimensional artificial spin systems
人工自旋冰是相关的纳米级磁岛阵列，证明是研究拓扑结构在临界现象中的作用的绝佳场所。在这里，我们调查了一个连续的自旋冰的几何形状，参数化旋转的岛屿。在这样做的过程中，我们从经典的方形冰变形到最近研究的风车几何形状，旋转角度作为控制岛屿间相互作用的代理。我们实验观察到的变化，在基态磁顺序从反铁磁到铁磁在这一类的几何形状使用洛伦兹透射电子显微镜热退火钴阵列。有序的变化导致支持的缺陷的性质发生了明显的变化：从反铁磁相的一维弦到铁磁相的二维涡旋状结构，与Kibble-Zurek机制预测的尺度一致。我们的研究结果表明，人工自旋冰的磁序可以通过几何形状的变化来调整，从而使二维系统中真正受挫折的冰规则相成为可能。此外，我们证明了这个系统作为一个测试平台，调查跨阶段的平衡动力学。
2019-08-23 cond-mat.mes-hall
Controlled creation and annihilation of stringless robust emergent magnetic monopoles in artificial spin ice
孤立自由电荷的磁模拟，即，具有单一北极或南极的磁体是一种长期以来一直在寻找的粒子，但迄今为止仍然难以捉摸。在磁阻挫烧绿石固体，一个经典的类似物，观察到作为一个结果的自旋冰顶点的激发。这种激励的直接可视化被提出，后来证实在类似的人工自旋冰（ASI）系统的正方形以及戈薇几何形状。然而，这些带电顶点是随机产生的，因为它们是热驱动的，并且总是与相应的由可观察的弦连接的相等和相反电荷的新兴反单极子相关联。在这里，我们证明了一个强大的孤立的紧急状态的控制稳定在个人广场ASI顶点通过应用程序的外部磁场。这种激励作用使磁荷保持不变，而不涉及相应的反磁荷。我们的实验结果得到了蒙特卡罗模拟的很好的支持，在没有真正的元素磁共振的情况下，在固态环境中存在磁共振场的情况下，能够产生电子涡旋并研究电动力学。
2020-11-13 cond-mat.mes-hall
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
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
Continuous magnetic phase transition in artificial square ice
临界行为在许多科学领域中是非常普遍的，并且各种各样的多体系统都表现出涌现的临界现象。临界相变的美妙之处在于它们的无标度特性，使得在微观尺度上不同的系统的物理参数的温度依赖性可以由相同的通用幂律来描述。在这项工作中，我们建立了反铁磁相变在人工方形冰的临界特性，表明它属于二维伊辛普适类，这扩展了适用性的概念，从原子到介观磁铁。结合软X射线共振磁散射实验和蒙特卡罗模拟，我们描述了过渡到低温长程序预期的人工方形冰系统。通过测量临界散射，我们提供了直接的定量证据的连续磁相变，获得临界指数是兼容的二维伊辛普适类。此外，通过改变阻塞温度相对于相变温度，我们证明了它的影响，由于在相变临界减速的平衡动力学。
2019-06-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Disorder strength and field-driven ground state domain formation in artificial spin ice: experiment, simulation and theory
淬火无序会影响非平衡系统对驾驶的反应。在人工自旋冰的背景下，一个无热系统的几何挫折经典伊辛自旋与两重简并基态，我们给出了实验和数值证据，这种混乱如何洗出边缘效应，并提供在实验系统中的无序强度的估计。我们分析证明了一个序列的应用领域与固定的振幅是无法驱动系统的基态从饱和状态。这些结果应该是相关的其他系统中的无序不改变的性质的基态。
2012-07-02 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall
Chiral switching and dynamic barrier reductions in artificial square ice
集体动力学光刻定义的人工自旋冰提供了深刻的见解新兴的相关性和相变的几何挫折伊辛自旋系统。它们的时间和空间演变经常使用动力学蒙特卡罗模拟来模拟，该模拟依赖于开关势垒的精确知识来获得与实验观察一致的预测结果。然而，在许多情况下，势垒仅来自简化的假设，并且没有考虑纳米磁性开关的完整物理图像。在这里，我们描述了如何通过准相干旋转逆转的纳米磁体的即时磁环境可以诱导顺时针和逆时针开关通道具有不同的势垒能量。这种障碍分裂手性反转通道可以是相当大的，作为字符串方法的微磁模拟显示，是相关的人工自旋冰系统的交换-以及静磁-占主导地位的单位。由于势垒分裂（以及由于非均匀反转而进一步减少），与平均场预测相比，跃迁速率可以指数地增强几个数量级，特别是在热激发不太可能发生的罕见开关事件的限制下。这导致显著更快的弛豫时间尺度和修改的空间相关性。因此，我们的研究结果是不可或缺的重要性，以实现现实的动力学蒙特卡罗模拟新兴的相关性在人工自旋系统，磁振子晶体，或纳米磁逻辑电路的演变。
2020-10-21 cond-mat.mes-hall
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
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
High frequency dynamics modulated by collective magnetization reversal in artificial spin ice
在重金属/铁磁体异质结构中，当交变电流通过双层叠层时，会产生自旋力矩铁磁共振（ST-FMR）。检测谐振的方法基于各向异性磁阻，其是由于磁化的不同取向而引起的电阻的变化。在被称为人工自旋冰的铁磁纳米线的连接网络中，由于几何受抑磁畴结构的潜在集体行为，磁阻相当复杂。在这里，我们展示了ST-FMR调查在一个正方形的人工自旋冰系统和相关的磁输运测量我们的意见。使用模拟方法，突出了相关的磁系统的动力学响应的重要性的实验结果进行了描述。我们的研究结果打开了设计可重构的微波振荡器和磁阻器件的基础上连接网络的纳米磁体的可能性。
2017-10-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.other
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
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
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
Local spin ice order induced planar Hall effect in Nd-Sn artificial honeycomb lattice
几何阻挫材料，如自旋冰或kagome晶格，由于自旋手征性而表现出奇异的霍尔效应现象。本文用霍尔探针和极化中子反射率测量方法探讨了Nd-Sn蜂窝状自旋冰中的霍尔效应机理。在一个有趣的观察中，在$T$ $\sim$ 20 K的相对较高温度下检测到霍尔信号的强烈增强。在低场条件下，这种效应归因于自旋冰态的磁矩组态引起的平面霍尔效应。在低温反铁磁状态下，外加场诱导的Nd原子磁矩与晶格中导电电子之间的耦合，在$H$ $\sim$ 0.015 T的很小磁场下，引起了霍尔电阻率的显著增加。实验结果为研究人工自旋冰的平面和场致霍尔效应开辟了新的研究前景。
2020-12-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
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
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
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
Artificial out-of-plane Ising antiferromagnet on the kagome lattice with very small further neighbour couplings
尽管它们的简单公式，短程经典反铁磁伊辛模型的挫折晶格引起的奇异相的物质，特别是由于其宏观基态简并。包括手性耦合纳米磁体阵列的人工自旋系统的最新实验提供了与偶极耦合纳米磁体的系统相比最近邻耦合的显著加强。这开辟了一条道路，设计仿真伊辛模型与最近邻耦合的人工自旋系统。在本文中，我们比较了广泛的调查结果与张量网络和蒙特卡罗模拟的最近邻和远邻（$J_1-J_2-J_{3||}$）kagome伊辛反铁磁体与实验自旋自旋相关的kagome晶格的手性耦合纳米磁体。即使从微磁模拟估计的进一步的邻居耦合和最近的邻居耦合之间的比率比偶极耦合的纳米磁体小得多，我们表明，它们仍然发挥重要作用的相关性的选择。
2021-07-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech
Qubit spin ice
人工自旋冰是可以被设计的受抑自旋系统，其中几何和拓扑的微调允许在组分水平上设计和表征奇异的涌现现象。在这里，我们报告的超导量子比特晶格中的自旋冰的实现。与传统的人工自旋冰不同，我们的系统是由量子和热涨落无序的。的基态是经典的冰规则描述，我们实现了控制一个脆弱的简并点，导致库仑相位。钉扎单个自旋的能力使我们能够证明高斯定律在二维中出现的有效单极子。所展示的量子位控制为未来拓扑保护的人工量子自旋液体的潜在研究奠定了基础。
2021-07-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el quant-ph
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
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
Magnetic charge's relaxation propelled electricity in two-dimensional magnetic honeycomb lattice
新兴的新概念，如二维磁性材料中的磁荷动力学，可以提供新的机制，在宏观长度的自旋为基础的电输运。在单畴元素的人工自旋冰中，磁荷的弛豫可以通过产生与传导电子自旋耦合的局部磁场的波动来创建用于传导的有效电路径。在第一个演示中，我们表明，在室温下，由于人工磁性蜂窝晶格中的磁荷缺陷亚皮秒弛豫，电导率被推进了一个数量级以上。二维受抑磁体中提出的导电机制的直接证据表明该系统中自旋电子应用的未开发潜力。
2021-02-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.other
Quenched Dynamics of Artificial Spin Ice: Coarsening versus Kibble-Zurek
人工自旋冰是理想的挫折模型系统，在其中探索或设计涌现现象与前所未有的特征的组成自由度。在正方形自旋冰，违反冰规则的拓扑激发必不可少的动力学系统，提供了一个理想的测试平台，研究动态变化的淬火速率下的这种缺陷。在这项工作中，我们描述了第一次测试的Kibble-Zurek机制和临界粗化的胶体方形和胶体六角形冰淬火下从一个弱相互作用的液体状态到一个强相互作用的制度。正如预期的那样，对于无限慢的淬火，该系统是无缺陷的，而对于增加淬火速率，增加数量的缺陷留在样品中。对于方形冰，我们发现制度中的缺陷人口减少的幂律随着淬火速率的降低。一个详细的缩放分析表明，对于广泛的参数，包括淬火速率，是通过实验获得的，该行为所描述的临界粗化，而不是由Kibble-Zurek机制，因为缺陷-缺陷的相互作用是长程的。然而，对于更接近临界点的猝灭，两种机制之间可能存在竞争。
2019-08-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft
Nanostructured complex oxides as a route towards thermal behavior in artificial spin ice systems
我们已经使用软X射线光电子显微镜图像的磁化单域La $_{0.7}$ Sr $_{0.3}$ MnO $_{3}$纳米岛排列在几何挫折配置，如方形冰和戈薇冰的几何形状。热随机化后，具有强岛间磁耦合的纳米岛系综向低能配置弛豫。统计分析表明，合奏落入低能量配置的可能性强烈依赖于退火温度。与高于居里温度的退火相比，退火到刚好低于铁磁膜的居里温度（T $_{C}$ = 338 K）允许实现低能量配置的大得多的可能性。在325 K的热活性温度下，铁磁纳米岛的集合随着时间的推移探索它们的能量景观，并最终过渡到较低的能量状态，与从居里温度以上冷却时获得的冻结配置相比。因此，该材料系统允许一种简便的方法来系统地研究在略高于室温的温度下纳米岛的人工自旋冰阵列的热演化。
2017-05-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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
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
