利用Wang-Landau蒙特卡罗方法研究了[111]方向磁场中最近邻自旋冰模型的剩余熵，特别考虑了稀释效应.对于稀释模型，我们观察到作为磁场函数的剩余熵逐步减小，这与Peretyatko { \it et al.}在先前的复制交换蒙特卡罗研究中发现的五个磁化平台一致。[Phys. Rev. B { \bf 95}，144410（2017）]。我们发现大峰值的剩余熵由于在交叉磁场，$h_c/J$ = 0，3，6，9，和12，其中$h$和$J$的磁场和交换耦合，分别简并。此外，我们还研究了kagome晶格和三角晶格上的稀释反铁磁伊辛模型在磁场中的剩余熵。我们再次观察到剩余熵的大峰值，这与多个磁化平台的稀释模型。最后，我们讨论了稀释和磁场的剩余熵的相互作用。
英文摘要：
We study the residual entropy of the nearest-neighbor spin-ice model in a magnetic field along the [111] direction using the Wang-Landau Monte Carlo method, with a special attention to dilution effects. For a diluted model, we observe a stepwise decrease of the residual entropy as a function of the magnetic field, which is consistent with the finding of the five magnetization plateaus in a previous replica-exchange Monte Carlo study by Peretyatko {\it et al.} [Phys. Rev. B {\bf 95}, 144410 (2017)]. We find large peaks of the residual entropy due to the degeneracy at the crossover magnetic fields, $h_c/J$ = 0, 3, 6, 9, and 12, where $h$ and $J$ are the magnetic field and the exchange coupling, respectively. In addition, we also study the residual entropy of the diluted antiferromagnetic Ising models in a magnetic field on the kagome and triangular lattices. We again observe large peaks of the residual entropy, which are associated with multiple magnetization plateaus for the diluted model. Finally, we discuss the interplay of dilution and magnetic fields in terms of the residual entropy.
Ising pyrochlore magnets: Low temperature properties, ice rules and beyond
烧绿石磁铁是自旋冰行为的候选者。我们提出了相关的烧绿石家族R2 Ti 2 O 7（R=稀土）的理论模拟支持选定的系统上的磁热测量。通过考虑长程偶极-偶极以及短程超交换相互作用，我们得到了三种不同的行为：（i）有序的双简并态，（ii）高度无序的状态与广泛的过渡到顺磁性，（iii）部分有序的状态与急剧过渡到顺磁性。因此，这些相互竞争的相互作用可以引起与传统的“自旋冰”非常不同的行为。在实际化合物中可以看到密切对应的行为-特别是Ho 2 Ti 2 O 7对应于以前没有讨论过的情况（iii），而不是前面建议的情况（ii）。
Non-monotonic residual entropy in diluted spin ice: a comparison between Monte Carlo simulations of diluted dipolar spin ice models and experimental results
自旋冰材料，如Dy_2Ti_2O_7和Ho_2Ti_2O_7，在过去的15年里一直是人们非常感兴趣的主题。它们的低温强关联态可以映射到普通水冰的质子无序态上，因此，自旋冰显示出与水冰相同的低温剩余鲍林熵。有趣的是，它是在以前的研究中发现的[X。Ke { \it et. al.}物理修订版信函{ \bf 99}，137203（2007）]，在磁性稀土离子（Dy^{3+}和Ho^{3+}）被非磁性钇（Y^{3+}）离子稀释时，剩余熵{ \it非单调地}依赖于Y^{3+}离子的浓度。在目前的工作中，我们报告的结果从蒙特卡罗模拟的网站稀释微观偶极自旋冰模型（DSIM），占定量的实验比热测量，因此也为剩余熵，作为稀释的函数，为Dy 2 Ti 2 O 7和Ho 2 Ti 2 O 7。稀释物理显示的磁比热数据的主要特点是定量捕获的稀释DSIM高达，并包括，85%的磁性离子稀释（x=1.7）。先前报道的偏离Dy 2 Ti 2 O 7与Ho 2 Ti 2 O 7之间的剩余熵，以及与一个网站稀释变量的鲍林近似，从而合理化，通过网站稀释的DSIM。对于90%（x=1.8）和95%（x=1.9）的磁性离子稀释，我们发现实验和Monte Carlo比热结果之间的显着差异。我们讨论了这种分歧的一些可能原因。
Comment on `Ising Pyrochlore Magnets: Low Temperature Properties, ``Ice Rules,'' and Beyond' by R. Siddharthan et al., Phys. Rev. Lett. 83, 1854 (1999)
在这篇评论中，我们认为Ho $_2$ Ti $_2$ O $_7$没有表现出向部分有序态的转变，这与PRL 83，1854（1999）中所讨论的不同，它表现出自旋冰行为，Siddharthan等人的实验比热数据可以用“偶极自旋冰”来解释。模型包括一个预期的贡献从核何自旋适当的长程治疗的偶极-偶极相互作用。
Soft dipolar spin ice physics and the ordered phase of the frustrated Tb2Sn2O7 pyrochlore magnet
从一个微观模型的烧绿石反铁磁体Tb 2Sn 2 O 7，包括晶体场的哈密顿量和角动量之间的相互作用，我们计算了一个有效的赝自旋-1/2哈密顿量Heff$，纳入微扰的有效相互作用的激发晶体场水平的影响。我们得到的半经典基态的Heff和找到一个区域的参数空间与两个在/两个出自旋冰配置上的每个四面体与有序波矢量q=0和自旋倾斜远离当地伊辛轴中发现Tb 2 Sn 2 O 7。这种基态也可以从偶极自旋冰模型中得到，其中伊辛约束被软化。后一种模型的蒙特卡罗模拟揭示了一个区域的相图与自旋冰状冻结和另一个过渡到Tb 2Sn 2 O 7型长程序。我们评论Tb_2Sn_2O_7和令人困惑的自旋液体Tb_2Ti_2O_7之间的差异。
我们使用数值关联团簇（NLC）展开计算比热，C（T），和熵，S（T）的量子自旋冰模型的Yb 2 Ti 2 O 7使用各向异性交换相互作用最近确定的非弹性中子散射测量，并找到良好的协议与实验量热数据。在微扰弱量子区，该模型具有亚铁磁有序基态，在C（T）中具有两个峰：肖特基异常信号顺磁到自旋冰交叉，随后在较低温度下由尖锐峰伴随一阶相变到亚铁磁态。我们认为，在Yb_2Ti_2O_7中观察到的两个C（T）特征与相同的物理相关联。在这种情况下，自旋激发由弱限制的自旋-反自旋对组成。我们认为，具有奇异量子动力学的常规基态将被证明是许多真实量子自旋冰材料的普遍特征。
在过去20年左右的时间里，人们对$A_{2}^{3+}$ $B_{2}^{4+}$ O $_{7}$型烧绿石氧化物的磁行为的兴趣激增，其中$A$是稀土离子，而$B$通常是过渡金属。$A$和$B$位点形成角共享四面体网络，这是几何阻挫磁体的典型框架。在这些体系中，形成符合第三定律的长程有序基态的自然趋势受到抑制，产生了一些新的短程有序替代物，如自旋玻璃、自旋冰和自旋液体，以及许多新的物理现象。本文试图回顾烧绿石氧化物中发现的无数特性，主要是从材料的角度，但有一个适当的理论背景。
Short-range Magnetic interactions in the Spin-Ice compound Ho$_{2}$Ti$_{2}$O$_{7}$
本文首次报道了烧绿石Ho $_{2}$ Ti $_{2}$ O $_{7}$单晶的磁化率和磁化率的研究。磁化等温线被证明是定性的最近邻自旋冰模型预测的相似。在锁定温度$T^{\ast }\simeq 1.97$ K以下，磁化强度与特定的双旋进双旋出排列中沿[111]方向的自旋锁定一致。在$T^{\ast}$下方，$B||[111]$的磁化显示了两步行为，表明打破了冰规则。
Thermodynamic properties of the Yb2Ti2O7 pyrochlore as a function of temperature and magnetic field: validation of a quantum spin ice exchange Hamiltonian
用数值链团计算方法计算了烧绿石型Yb 2 Ti 2 O 7材料的热力学性质，计算的有效各向异性交换自旋1/2哈密顿量的参数是最近通过拟合高磁场h下的中子散射自旋波数据确定的.磁化强度，M（T，h），作为温度T的函数，并沿三个高对称方向施加不同的磁场h [100]，[110]和[111]，与温度T>1.8K的材料的实验测量进行比较。在整个温度和磁场范围内，实验测量和计算的M（T，h）之间的良好一致性提供了有效哈密顿量的强有力的定量验证。这也证实了在极化顺磁状态下拟合高场中子自旋波谱是确定由有效自旋1/2哈密顿量描述的稀土绝缘磁体微观交换常数的一种很好的方法。最后，我们提出的结果表明，最近使用随机相位近似（RPA）方法[Chang等人，Nature Communications {3}，992（2012）]没有提供对$T\lesssim 10$ K的M（T，h）的良好描述，即在相关性变得不可忽略的整个温度状态中。
当阻挫烧绿石晶格上的自旋遵循著名的2- $in$-2- $out$冰规则时，它们保持在相关的无序相，并打破热力学第三定律。类似地，如果烧绿石晶格上的原子离子在四面体内外移动，它们可能会遵守类似冰规则的约束。我们发现，在考虑Jahn-Teller（JT）效应的情况下，烧绿石双金属离子$A_2$ Mo $_2$ O $_7$（$A=$ Y，Dy，Tb）模型中Mo $^{4+}$离子的位移自由度呈现“过冷冰”态.当晶格畸变降低了局域晶场的对称性，导致轨道能量分裂，导致局域能量增益时，就会发生JT效应。与导致周期性长程有序的标准JT效应不同，Mo $^{4+}$离子的位移是无序的，遵循类冰规则。我们从微观上推导出一个模型，该模型描述了这种情况，通过使第二和第三邻居之间的相互作用，在晶格位移的最接近的邻居之间的相互作用的标准冰一样强。在那里，众所周知的几乎平坦的能量景观的冰状态被改变为一个亚稳态的高度准简并的冰状液体状态共存的结晶状基态。我们的蒙特卡罗模拟表明，这种液体保持显着的稳定，以避免假定的一级转变到低温。在过冷JT冰态的弛豫表现出平台结构的玻璃动力学。它们符合在分子液体中经常发现的“良好玻璃形成剂”的特征，但在材料固体中从未观察到。相互作用晶格自由度的高玻璃形成能力将在材料的自旋玻璃转变中起关键作用。
研究了均匀电场对呼吸烧绿石晶格三维U（1）自旋液相基态和激发态的影响，这些基态和激发态是由于常规（Maxwell）电场与量子自旋冰材料的涌现电动力学之间的耦合而产生的.这是对Phys. Rev. B 96，125145（2017）中各向同性火辉石研究的扩展，因为晶格反转对称性在呼吸火辉石中被破坏。出射光子表现出双折射，类似于各向同性的情况。然而，该系统具有非零极化，即使在没有外部电场，不同于各向同性烧绿石。我们还发现，一个足够强的电场触发量子相变到新的U（1）量子自旋液体捕获$π$ -通量的出射电场。即使当施加的电场沿着在各向同性极限中不显示出相变的方向时，也可以看到这样的转变发生。
自旋冰化合物Ho $_2$ Ti $_2$ O $_7$和Dy $_2$ Ti $_2$ O $_7$的低温熵可用最近邻反铁磁伊辛模型来描述，即“冰规则”。这是令人惊讶的，因为自旋之间的主要耦合是它们的长程偶极相互作用。我们发现，这种现象可以理解，而优雅：一个可以构建一个模型偶极相互作用，通过添加较短的范围，这产生{ \it精确}相同的基态，因此T=0熵，作为最近邻相互作用。模型和真实偶极相互作用之间的微小差异的处理再现了Gingras等人的详细数值工作。我们还导致一个更一般的概念之间的相互作用的投影等价。
