Equilibrium Configurations and Energetics of Point Defects in Two-Dimensional Colloidal Crystals
我们展示了一种新的方法引入点缺陷（单和双空位）在一个封闭的单层胶体晶体通过操纵单个粒子与光镊。数字视频显微镜用于研究真实空间和时间中的缺陷动力学。我们分析了缺陷核中粒子的拓扑排列，并建立了它们与系统能量学的联系。发现热涨落激发点缺陷形成\textit{dislocation multipole}组态。我们提取了位错对势在近场，核心重叠和线弹性是不适用的。
2000-12-20 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
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
Effective interactions and melting of a one dimensional defect lattice within a two-dimensional confined colloidal solid
我们报告的Monte Carlo研究的二维软胶体晶体限制在一个带的几何形状由平行的墙壁。壁-颗粒相互作用沿着条的长度具有波纹。通过减小壁之间的距离来压缩晶体引起结构转变，其特征在于突然出现扩展缺陷的一维阵列，每个扩展缺陷跨越几个晶格参数，即“孤子阶梯”。我们得到了这些缺陷之间的有效相互作用。林德曼准则表明，维数的减少导致这些缺陷的有限周期链容易熔化的温度升高。我们讨论了可能的实验实现和推测潜在的应用。
2009-11-20 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Diffusion of Point Defects in Two-Dimensional Colloidal Crystals
我们报告的第一个研究点缺陷，单和双空位，在一个有限的2-D胶体晶体在真实的空间和时间，使用数字视频显微镜的动态。缺陷是通过操纵单个粒子与光镊。单空位的扩散速率为$D_{mono}/a^{2}\cong3.27\pm0.03$ Hz，双空位的扩散速率为$D_{di}/a^{2}\cong3.71\pm0.03$ Hz。确定了元素扩散过程，发现双空位的扩散由\textit{dislocation dissociation-recombination}机制增强。此外，缺陷不遵循简单的随机行走，但它们的跳跃表现出记忆效应，这是由于它们的稳定配置的对称性降低（与三角形晶格相比），以及晶格模式的缓慢弛豫速率。
2001-03-11 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Emergence of Periodic Potential for Point Defects in a 2D Hexagonal Colloidal Lattice
Shanghai University（上海大学）；Sichuan University（四川大学）；Beijing Institute of Technology（北京理工大学）；Shenzhen International Quantum Academy (IQASZ)（深圳国际量子高等研究院）
研究通过分析实验轨迹揭示了二维六边形胶体晶体中点缺陷的布朗运动，发现其周期性势能结构及扩散矩阵的时空变化特性，结合理论分析揭示了有效能量景观。
2026-05-13 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
A Landau-de Gennes theory for hard colloidal rods: defects and tactoids
通过对与化学势相关的巨势进行序参量展开，构造了硬胶体棒的唯象Landau-de Gennes理论.通过将这些系数与Onsager理论的已知结果拟合，我们不仅能够描述各向同性-均质相变随密度的变化，包括众所周知的密度跳跃，而且还能描述各向同性-均质平面界面。由此产生的理论应用于计算的各向同性核心大小在径向刺猬缺陷，密度依赖性的线性缺陷的硬棒在正方形的限制，和形成的一个droplet在各向同性的背景。
2016-05-18 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
Confined samples of liquid crystals are characterized by a variety of topological defects and can be exposed to external constraints such as extreme confinements with nontrivial topology. Here we explore the intrinsic structure of smectic colloidal layers dictated by the interplay between entropy and an imposed external topology. Considering an annular confinement as a basic example, a plethora of competing states is found with nontrivial defect structures ranging from laminar states to multiple smectic domains and arrays of edge dislocations which we refer to as Shubnikov states in formal ana…
2021-02-02 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Geometric Frustration in Buckled Colloidal Monolayers
当晶格结构阻止局部相互作用的同时最小化时，几何挫折就会出现。它导致高度简并的基态，随后，复杂的物质相，如水冰，自旋冰和受挫的磁性材料。在这里，我们报告了一个简单的几何挫折系统组成的紧密包装的胶体球之间的平行壁。直径可调的微凝胶球自组装成一个屈曲的三角形晶格与向上或向下的位移类似于反铁磁伊辛模型的三角形晶格。实验和理论揭示了单粒子动力学受面内晶格畸变的控制，这种畸变部分地缓解了挫折，并产生了具有条纹和次广熵的基态，而不是反铁磁伊辛模型的更随机的配置和广熵。这种可调的软物质系统提供了一个未知的领域，在其中挫折，热激发和缺陷的动力学可以直接可视化。
2008-07-24 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Measuring nonlinear stresses generated by defects in 3D colloidal crystals
晶体的机械、结构和功能特性由其缺陷决定，这些缺陷周围的应力分布对于理解输运现象具有广泛的意义。当缺陷密度上升到现实世界材料中常见的水平时，传输由主要是非线性的局部应力控制。然而，这样的应力场不能使用常规的整体和局部测量技术来测量。在这里，我们报告直接和空间分辨的实验测量周围的胶体晶体缺陷核心的非线性应力，并表明，在空位核心的应力产生有吸引力的相互作用。我们还直接可视化周围的位错核心的结晶区域的软化，并发现在静态多晶体的应力波动是均匀分布的，而不是本地化的晶界，是在应变原子多晶体的情况下。非线性应力测量对应变硬化、屈服和疲劳具有重要意义。
2016-09-01 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Experimental identification of topological defects in 2D colloidal glass
本研究通过二维胶体玻璃实验，在振动本征空间中识别出拓扑缺陷，并发现其与振动特征和结构软点密切相关，从而实验证实了无序系统中拓扑缺陷的存在及其与动力学的复杂关联。
2025-01-03 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Topological defects and bulk melting of hexagonal ice
我们使用经典的分子动力学结合最近发展的元吸附方法[A. Laio和M.帕里内洛，Procs. Natl. Acad. Sci. USA 99，20（2002）]，以研究六边形冰的整体融化过程。我们的模拟结果表明，批量熔化介导的拓扑缺陷，保持协调的四面体网络的形成。这样的缺陷聚集以形成涉及约50个具有令人惊讶的长寿命的分子的缺陷区域。随后形成的配位缺陷触发了向液态的转变。
2005-02-02 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
Nonequilibrium generation of charge defects in kagome spin ice under slow cooling
本文通过大规模 Glauber 动力学模拟研究 kagome 自旋冰在缓慢冷却下的非平衡电荷缺陷生成，发现残余缺陷密度对淬火速率呈幂律依赖，并基于反应动力学速率方程解释其来源于冷却后期代数衰减的热激发，而非 Kibble-Zurek 型动力学冻结。
2023-07-04 cond-mat.stat-mech
Enhancing the formation of ionic defects to study the ice Ih/XI transition with molecular dynamics simulations
本研究提出在分子动力学模拟中用偏置势增强离子缺陷形成以模拟KOH掺杂效应，结合可模拟分子解离的机器学习势，加速质子构型扩散，研究冰Ih/XI有序-无序相变，计算得到的相变熵在误差范围内与实验一致。
2024-05-14 cond-mat.stat-mech
Ice on curved surfaces: defect rings and differential local dynamics
本文研究了曲面冰系统中缺陷环的局部动力学，发现三角形缺陷比其他多边形更易翻转，且可翻转性随环大小单调递减，为spin ice和artificial ice实验及分层动力学材料研究提供了理论依据。
2024-06-27 cond-mat.stat-mech cond-mat.str-el
Hysteresis and Return Point Memory in Artificial Spin Ice Systems
我们研究人工方形和戈薇自旋冰系统的磁滞回线和返回点记忆通过循环施加的偏置力和比较整个磁滞循环的微观有效自旋配置。返回点记忆丧失是由戈薇冰中单个缺陷的运动或方形冰中晶界的运动引起的。在连续的循环中，返回点记忆在戈薇冰中迅速恢复。由于晶界的延伸性质，记忆在方冰中更逐渐地恢复。增加淬火无序的量增加了缺陷密度，但也增强了返回点记忆，因为缺陷变得更容易被捕获。
2011-08-17 cond-mat.dis-nn cond-mat.stat-mech
Vortex Dynamics and Entropic Coulomb Forces in Ising and Potts Antiferromagnets and Ice Models
本文研究了三角形Ising反铁磁系统、与六顶点冰模型等价的正方形晶格上的一个相关模型以及正方形晶格上的三态反铁磁Potts模型中拓扑缺陷的动力学行为。由于这些模型中的每一个都有一个高度表示，其中缺陷是螺旋位错，我们希望它们被吸引或排斥的熵驱动的库仑力。在每一种情况下，我们都明确地表明这种力是如何通过局部场感受到的。我们测量力的数值，无论是淬火系统到零温度，并通过测量涡对的运动。对于三态Potts模型，我们计算了力和缺陷迁移率，并找到合理的协议与理论。
1999-02-20 cond-mat.stat-mech
Nature of excitations and defects in structural glasses
类似于晶体中的空位和位错，非晶材料中缺陷的性质仍然难以捉摸。在这里，我们探索他们的性质，在一个三维的微观模型玻璃形成描述颗粒，胶体，原子和分子玻璃通过改变温度和密度。我们发现，所有的玻璃演变在一个非常粗糙的能源景观，与层次的障碍大小对应的本地化和离域激发。集体激发占主导地位的干扰制度有关的颗粒和胶体玻璃。通过逐渐向描述原子和分子玻璃的更大密度移动，系统跨越到由局部缺陷和相对简单的景观主导的区域。我们量化的能量和温度尺度与这些缺陷和它们的演化与密度。我们的研究结果铺平了道路，在广泛的物理条件和玻璃材料的低温物理的系统研究。
2019-10-10 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
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
Creating Artificial Ice States Using Vortices in Nanostructured Superconductors
我们证明，它是可能实现的涡冰状态，类似于广场和戈薇冰。通过数值模拟，我们表明，该系统可以通过施加外部电流根据退火协议进入一个状态，遵守全球或当地的冰规则。我们探讨了由于纳米结构阵列中的无序而导致的冰规则的崩溃，并表明在方形冰中，沿着晶界出现拓扑缺陷，而在戈薇冰中，出现个别缺陷。我们认为，涡流系统提供了显着的优势，比其他人工冰系统。
2009-05-15 cond-mat.stat-mech cond-mat.supr-con
When opposites repel: from metastability to extended chiral spin textures in spin ice with short-range topological-defect interactions
我们研究了库仑自旋液体中平衡的拓扑瓶颈和能量障碍的相互作用，其中在紧急规范场下充电的缺陷之间的短程能量耦合补充了它们的熵长程库仑相互作用。这项工作的动机是在广泛的几何挫折磁性材料，可能包括在Pr2Ir2O7中观察到的自发霍尔效应观察到的记忆效应的流行。我们的模型是烧绿石晶格上的正则自旋冰模型，其中远邻自旋耦合引起拓扑缺陷之间的最近邻相互作用，该拓扑缺陷可以很容易地选择为非自然的或不自然的，即相等规范电荷的缺陷之间的吸引力或排斥力。该模型的新特性如下。在施加场淬灭后，出现了一种丰富的动态平衡方法，主要是由负责长寿命磁化平台的多尺度能量势垒。这些甚至允许“碎片化”自旋液体的亚稳性，这是一种难以捉摸的状态，其中部分有序与自旋液体共存。也许最引人注目的是，吸引力产生的缺陷集群，其稳定性是由于他们的分裂和接近相反的电荷以及熵的障碍所产生的拓扑要求湮灭的缺陷只与一个带相反电荷的对应物的能量障碍的组合。这些团簇可能采取“水母”自旋结构的形式，包括以具有任意长度分支的六边形环为中心的相同符号规范电荷的排列。该环承载顺时针或逆时针的磁化循环流。这种紧急的环形自由度提供了一种可能性，时间反演对称性破缺与可能的相关性，观察到的自发霍尔效应Pr2Ir2O7。
2016-03-09 cond-mat.stat-mech
A cluster algorithm for Monte Carlo simulations of spin ice
提出了一种基于最近邻自旋冰模型的簇表示的蒙特卡罗模拟算法。为了评估其性能，我们估计的弛豫时间，并发现，相比之下，大都市算法，我们的算法不发展自旋冻结。此外，为了证明效率，我们计算的自旋和电荷结构的因素，并观察夹点在高分辨率的彩色地图。然后，我们发现，德拜屏蔽工程之间的缺陷，并带来了短程相关性，以及解除禁闭转变触发的逸度缺陷$z$是由一个奇异的自由能量密度$f_{\rm s}\propto z$的一部分。
2014-11-14 cond-mat.stat-mech
Direct entropy determination and application to artificial spin ice
从热力学起源，熵的概念已经扩展到一系列不确定性的统计测量，这可能仍然是重要的。然而，熵的实验室测量仍然依赖于对热量的直接测量。可以绘制出无数微观自由度的新技术表明，可以通过计算化学上无法获得的系统来直接确定构型熵，例如颗粒和胶体材料，蛋白质和光刻制造的纳米级阵列。在这里，我们展示了一个条件概率技术来计算熵密度的晶格上使用有限的配置数据的小集群，并将其应用到阵列的相互作用的纳米尺度的磁性岛屿（人工自旋冰）。统计无序系统的模型可以通过将该方法应用于相对熵密度来评估。对于人工自旋冰，这一分析表明，最近邻的相关性驱动较长范围的。
2012-04-22 cond-mat.stat-mech
Magnetization process of spin ice in a [111] magnetic field
在[111]方向的磁场中，自旋冰显示出两个磁化平台，一个处于饱和状态，另一个处于中间状态，熵值有限。我们研究的交叉点之间的不同制度（熵）相互作用的缺陷。我们发展了一个最近邻自旋冰模型的分析理论，它涵盖了大部分的磁化曲线。我们发现，熵是非单调的，表现出巨大的尖峰之间的两个平台。这种制度所描述的可调逸度的单体-二聚体模型。在低场，我们开发了一个RG治疗的扩展字符串缺陷，我们比较我们的结果，广泛的蒙特卡罗模拟。我们解决的影响，我们的结果冷却绝热（去）磁化。
2004-05-14 cond-mat.dis-nn cond-mat.stat-mech cond-mat.str-el
Out of equilibrium dynamics in the bidimensional spin-ice model
我们研究了2d自旋冰从完全无序的初始条件（无限温度下的平衡）猝灭到无序、铁磁和反铁磁相后的动力学。我们分析的拓扑缺陷的密度的演变，我们表明，这些需要有限的密度在很长一段时间内，在各种淬火。我们确定了领先的机制有序相的增长领域，我们评估（各向异性）增长的长度参与动态缩放。
2011-12-24 cond-mat.stat-mech
Decoupling between thermodynamics and dynamics during rejuvenation in colloidal glasses
我们年轻化良好的年龄准2D二元胶体玻璃的热循环，并系统地测量在年轻化的统计响应和粒子级的结构演变。虽然模量和玻色子峰随着循环次数的增加而不断恢复，但均方位移（MSD）在不同组的热循环之间显著波动。晶体演化和动力学演化之间的解耦表明不同的玻璃体性质具有不同的微观起源。我们发现，一小部分的热循环引发的结构重排可以改变整个弹性连续体，并导致显着的热力学再生，而局部缺陷可以激活和失活的位置接近的重排具有显着的高迁移率的变化，从而导致在波动的动力学，即使只有约10%的粒子作为快速区域。我们的研究结果提供了一个全面的图片的微观机制下的散装玻璃复兴，这可以很容易地用来细化玻璃的性能或制定进一步的统计理论在玻璃系统。
2018-11-30 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Theory of the [111] magnetization plateau in spin ice
在自旋冰化合物中沿[111]方向施加磁场会导致两个磁化平台，在第一个平台中，基态熵降低，但仍然保持广泛。我们观察到，在合理的假设下，在低场平台上的剩余自由度生活在解耦的kagome平面，并可以映射到硬核二聚体的蜂窝晶格。得到的二维态是临界态，我们得到了它的剩余熵--与最近的实验很好地吻合--等时自旋关联以及动力学自旋关联的理论。预测小倾斜的字段导致消失的熵和终止的临界相的Kasteleyn过渡特征在于高度各向异性缩放。我们讨论的热激发缺陷，终止高原两端，其中一个异国情调的字符串缺陷，恢复三维。
2003-03-11 cond-mat.dis-nn cond-mat.stat-mech cond-mat.str-el
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
