Field-tunable interactions and frustration in underlayer-mediated artificial spin ice
人工自旋冰系统通过控制纳米磁体矩之间的相互作用，为一系列模型磁系统打开了实验窗口。这种控制先前已经通过改变纳米磁体的尺寸和它们的放置的几何形状来实现。在这里，我们证明了人工自旋冰的相互作用可以进一步控制，包括下面的时刻的软铁磁底层。这样的基底在磁化时也破坏了阵列中的对称性，从而向相关性引入了方向分量。利用空间分辨磁光克尔效应显微镜对退磁后的基态进行成像，发现退磁态的相关性依赖于底层磁化方向。此外，最近邻和次最近邻的相对相互作用强度随阵列几何形状而显著变化。我们利用这一功能，诱导挫折在一个固有的未受挫的正方形晶格几何形状，展示了新的可能性，在二维纳米磁性系统的有效几何形状。
2021-03-31 cond-mat.mes-hall
Magnetic diffuse scattering in artificial kagome spin ice
在偶极耦合纳米磁体系统与同步加速器x射线散射的磁相关性的研究提供了一种手段，揭示紧急的现象和奇异的阶段，特别是在系统中的热活性磁矩。根据软X射线共振磁散射的漫射信号，我们测量了具有亚70纳米坡莫合金纳米磁体的高度动态人造可果美自旋冰中的磁相关性。比较实验散射图案与蒙特卡罗模拟的基础上的针偶极子模型，我们得出结论，可果美冰I相关联存在于我们的实验系统中，即使在存在的时刻波动，这是类似于散装自旋冰和自旋液体的行为。此外，我们描述了出现准夹点的磁漫散射在戈薇冰I相。这些准夹点与磁库仑相的奇点夹点有相似之处，并随着温度的降低而不断演化为后者。用软x射线测量磁漫散射的可能性为研究各种纳米磁性系统中的磁相关性开辟了道路。
2016-07-22 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
Attaining the Ground State of Kagome Artificial Spin Ice via Ultrafast Site-Specific Laser Annealing
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缪子科学中心）
通过超快位特异性激光退火实现kagome人工自旋冰的基态，无需修改结构或材料，为磁态控制提供了重要工具。
2025-10-20 cond-mat.mes-hall
Characterizing nanomagnetic arrays using restricted Boltzmann machines
本文利用受限玻尔兹曼机学习方形与风车形人工自旋冰在不同温度下的自旋构型分布，实现热力学量重现、样本快速生成及含缺陷几何结构识别。
2024-12-06 cond-mat.mes-hall
Clocked dynamics in artificial spin ice
针对人工自旋冰状态演化缺乏高效调控方案的问题，提出利用纳米磁体本征特性的星形线时钟全局场方法，经实验与仿真验证可实现自旋态的精准调控，拓展了纳米磁性超材料的研究与应用边界。
2023-06-23 cond-mat.mes-hall
Perpendicular-anisotropy artificial spin ice with spontaneous ordering: a platform for neuromorphic computing with flexible timescales
ETH Zurich（苏黎世联邦理工学院）；Paul Scherrer Institute（保罗谢费尔研究所）；Ghent University（根特大学）
该研究提出了一种具有垂直磁各向异性的人工自旋冰平台，通过设计能量景观实现了室温下自发有序的二维自旋晶格，为神经形态计算提供了具有灵活时间尺度的新型计算平台。
2024-08-22 cond-mat.mes-hall physics.comp-ph
Engineering Relaxation Pathways in Building Blocks of Artificial Spin Ice for Computation
纳米磁逻辑，它利用偶极耦合的单域纳米磁体的阵列进行计算，有望作为一种低功耗的替代传统的CMOS计算。除了将纳米磁体用于布尔逻辑之外，纳米磁体还可以用于非确定性计算方案，例如图像中的边缘检测和解决旅行商问题。在这里，我们展示了基于人工自旋冰的热活性纳米磁体的安排的确定性和概率计算的潜力。这是通过遵循特定热弛豫路径的工程结构来实现的，该热弛豫路径由从初始场设置状态到最终低能量输出状态的磁矩的一系列重新取向组成。此外，我们证明，它是可能的，以调整达到一个特定的最终低能量状态的概率，因此，一个给定的输出的可能性，通过修改intermagnet距离。最后，我们通过实验证明了一个方案，连接几个计算构建块进行复杂的计算。
2018-12-17 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Tailoring magnetization reversal of a single-domain bar nanomagnet via its end geometry
纳米级单畴条形磁体是各种基础和应用介观磁系统的构建块，例如人工自旋冰，磁性形状变形微型机器人以及磁性多数逻辑门。棒状纳米磁体的磁化反转转换场是决定其构成的人工系统的物理性质和功能的关键参数。以前的方法在调整的条形纳米磁体的磁化反转开关场通常依赖于修改其纵横比，如其长度，宽度和/或厚度。在这里，我们表明，一个酒吧纳米磁体的开关场饱和时，延长其长度超过一定的值，防止通过纵横比的磁化反转的进一步定制。我们展示了高度可调的开关场的酒吧nanomagent通过剪裁其端部的几何形状，而不改变其大小。这提供了一种简单的方法来控制单畴条形纳米磁体的磁化反转。这将使新的研究和/或应用，如设计人工自旋冰与额外的调谐参数，工程磁性微型机器人具有更大的灵活性，以及开发磁量子点元胞自动机系统的低功耗计算。
2021-04-08 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
Tuning magnetic charge population and mobility in unidirectional array of nanomagnets as a function of lattice parameters
纳米磁体的集合经常被用于在纳米磁逻辑器件的设计中模拟元胞自动机，或者在人工自旋冰系统中模拟磁荷的挫败和出现。在以前的工作中，我们表明纳米磁体的单向排列可以表现为人工自旋冰，具有由第二相邻偶极相互作用引起的挫折，并且由于电荷之间的低弦张力而呈现出良好的磁电荷迁移率。在这里，我们提出了一个实验研究的磁电荷人口和流动性的横向和纵向的纳米磁体之间的距离的函数。我们的研究结果证实了部分的理论预测，在其他地方进行的紧急相互作用模型，可能是有用的纳米磁体逻辑器件的设计，并带来了新的见解最佳设计的磁荷弹道输运在低外部磁场与磁荷迁移率调谐应用在磁性。
2018-09-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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
String Phase in an Artificial Spin Ice
一维局域激发弦是强关联拓扑量子物质物理行为的一个迷人特征。在这里，我们研究字符串的本地激发相互作用的纳米磁体的经典系统，人工自旋冰的圣达菲冰几何。我们测量的时刻配置的纳米磁体，退火后的铁磁居里点附近，并在热动力学状态。虽然圣达菲冰晶格结构是复杂的，我们证明，它的无序磁状态自然描述的框架内出现字符串。我们的实验表明，字符串长度遵循一个简单的玻尔兹曼分布与能量尺度，是与系统的磁相互作用，并与理论预测相一致。结果表明，弦的描述和相关的拓扑特征不是唯一的量子模型，但也可以提供一个简化的描述复杂的经典系统与非平凡的挫折。
2021-10-20 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
Realizing Blume-Capel Degrees of Freedom with Toroidal Moments in a Ruby Artificial Spin Ice
ETH Zurich（苏黎世联邦理工学院）；Paul Scherrer Institut（保罗谢尔研究所）
本研究在Ruby晶格上构建单畴纳米磁体人工自旋冰，利用其中自然涌现的环形矩实现Blume-Capel自由度，观测到两步有序化过程并验证其符合Blume-Capel模型相图，为探索新奇哈密顿量和非常规磁序提供了新平台。
2025-09-01 cond-mat.mes-hall
Toroidic phase transitions in a direct-kagome artificial spin ice
本文设计了一种直接-kagome人工自旋冰纳米磁体阵列，利用磁力显微镜和蒙特卡洛模拟揭示了铁环形性与顺环形性之间的相变及向非环形顺磁相的过渡，为研究天然材料中难以实现的环形磁态和相变提供了模型系统。
2024-04-30 cond-mat.mes-hall
Pinning of thermal excitations at defects in artificial spin-ice dipolar arrays: A theoretical investigation
在这个理论研究中，我们解决了正方形晶格偶极阵列中的缺陷对热激发的影响。从最近的实验中采用的纳米磁体的几何形状[A. Farhan \textit{et al.}，《自然物理学》\textbf{9}（2013）375]，允许在室温下热活化。事实证明，激发可以有效地钉扎在缺陷。此外，可以产生连接一对缺陷的纳米磁体的铁磁串;它们的长度与缺陷的距离和磁基态配置的拓扑结构密切相关。我们讨论了各种类型的缺陷，所有这些都可以通过微结构技术产生。
2014-02-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Proposal to recover an extensive ground state degeneracy in a two-dimensional square array of nanomagnets
我们数值研究了一个人工正方形自旋系统的微磁学性质和低能物理，在这个系统中，纳米磁体在晶格顶点处物理连接。微磁学模拟表明，存储在顶点位置的能量强烈依赖于由四个连接的纳米磁体形成的磁畴壁的类型。因此，顶点类型之间的能隙可以通过改变纳米磁体的几何参数（例如它们的宽度和厚度）来部分地修改。基于微磁学模拟给出的能级，我们用蒙特卡罗模拟计算了相应自旋模型的热力学性质。我们发现了两个制度，其特征在于由一个广泛的基态歧管，与类似的晶格与断开的纳米磁体形成鲜明对比。对于窄而薄的纳米磁体，低能自旋配置由穿过整个晶格的独立铁磁直线组成。因此，基态流形是高度简并的，尽管这种简并是次显性的。在厚而宽的纳米磁体的限制下，我们的研究结果表明，著名的方形冰模型可以通过实验从一个简单的方形晶格的连接元素制造。这些结果表明，人工自旋系统的微磁性质涉及另一个自由度，可以微调，以探索物质的强相关无序磁态。
2019-02-01 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
Five-stage ordering to a topological-defect-mediated ground state in a buckyball artificial spin ice
ETH Zurich（苏黎世联邦理工学院）；Paul Scherrer Institute（保罗谢尔研究所）
研究通过数值模拟揭示了有限三维自旋晶格（buckyball 人工自旋冰）的低温磁行为，发现其复杂的热力学特性及拓扑缺陷介导的基态结构。
2024-07-08 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
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
Magnetic vortex writing and local reversal seeding in artificial spin-vortex ice via all-optical and surface-probe control
本研究提出全光学和表面探针方法实现人工自旋涡冰中无场磁涡旋写入，支持单/双涡旋态，并用于可编程播种雪崩反转，拓展纳米磁性控制与应用。
2025-05-22 cond-mat.dis-nn 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
Imaging the stochastic microstructure and dynamic development of correlations in perpendicular artificial spin ice
我们使用空间分辨的磁光克尔显微镜跟踪完整的微观状态阵列的垂直各向异性纳米磁体在磁滞循环。这些测量使我们能够解开最近邻相互作用，无序和随机性对磁化切换的相互交织的影响。我们发现最近邻关联依赖于相互作用强度和无序度。我们还发现，虽然滞后切换的全局特性是可重复的，精确的微观采样是随机的，与nonminally相同的运行之间变化的个别岛屿的行为。
2019-04-16 cond-mat.mes-hall
Modelling nanomagnet vertex dynamics through Coulomb charges
该研究针对人工自旋冰中纳米磁体顶点的磁化动力学问题，构建了用磁荷描述边缘磁化的简化模型，揭示了以零模为标志的磁振子区域与磁化态转变，且经微磁模拟验证模型一致性良好。
2024-04-22 cond-mat.mes-hall physics.comp-ph
Non-universality of artificial frustrated spin systems
利用磁力显微镜和蒙特卡罗模拟研究了具有面外磁化的纳米磁体人工Kagome阵列中的磁阻挫效应。实验和理论结果进行比较，人工戈薇自旋冰，其中的纳米磁体具有面内磁化。与最近报道的相比，我们证明了纳米磁体之间的长程（即超越最近邻）偶极相互作用在描述使用场协议对阵列消磁后观察到的磁配置时不能被忽略。因此，在这两个人工受抑自旋系统的行为中，任何普遍性都有明显的限制。我们提供的参数来解释为什么这两个系统显示惊人的相似之处，在第一眼的发展成对自旋相关性。
2014-07-28 cond-mat.mes-hall
Ferromagnetic resonance response in square artificial spin ice: roles of geometry in vertex dynamics and magnetic configurations
本文通过微磁学模拟研究方形人工自旋冰中纳米磁体纵横比对铁磁共振和振荡模式的影响，揭示不同顶点能量态具有独特的FMR响应，为利用FMR技术识别ASI能量态提供了新方法。
2024-06-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Electrically programmable magnetic coupling in an Ising network exploiting solid-state ionic gating
通过固态离子门控电压调控磁各向异性，实现Ising纳米磁体间耦合的可逆切换，并在人工自旋冰中展示电压控制相变，构建电可编程Ising网络，为纳米磁体逻辑器件和神经形态计算开辟新途径。
2023-05-05 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
Experimental Realization of the 1D Random Field Ising Model
我们已经测量了磁场感应雪崩在一个正方形的人工自旋冰阵列的相互作用的纳米磁体。从基态有序配置开始，我们成像后，每个连续的应用程序的增量增加的字段的个人纳米磁体时刻。矩位形演化的统计结果与正则一维随机场伊辛模型的结果吻合得很好。我们提取信息的微观结构的阵列从我们的宏观测量其集体行为，展示了一个过程，可以应用到其他系统表现出雪崩。
2021-10-26 cond-mat.mes-hall
Spectral-fingerprinting: Microstate readout via remanence ferromagnetic resonance in artificial spin systems
人工自旋冰是磁性超材料，包括几何平铺的相互作用纳米磁体。由于其广阔的微观景观，这些系统的可重构磁振子有显着的兴趣。迄今为止的研究主要集中在现场GHz自旋波响应，卷积效应从应用领域，纳米制造缺陷（“淬火无序”）和微观状态依赖的偶极场景观。在这里，我们研究人工自旋冰在纯和无序微观状态，并评估其零场谱。去除外加场使我们能够对反转动力学和自旋波谱进行去卷积，直接测量偶极场的形貌和淬火无序。模式振幅提供纳米磁体磁化方向的群体读出，并且因此提供净磁化以及局部顶点群体。我们通过模拟支持的具有相同（零）磁化强度的三个微观状态的不同光谱读出来展示微观状态指纹。这些结果建立剩磁“光谱指纹”作为一个快速的，可扩展的芯片上读出的磁状态和纳米级偶极场纹理，在实现下一代功能磁振子器件的关键一步。
2021-10-21 cond-mat.mes-hall
Switchable Magnetic Frustration in Buckyball Nanoarchitectures
纳米纤维的最新进展使得三维磁性纳米结构成为一个充满活力的研究领域。这包括研究具有可调人工自旋冰特性的互连磁性纳米线的三维阵列。这种结构的突出例子是磁性巴基球纳米结构，它由铁磁纳米线连接在对应于C60分子的顶点位置。这些结构可以被视为从二维到三维自旋冰晶格的过渡研究的原型。尽管巴基球纳米结构对三维纳米磁性具有重要意义，但人们对巴基球纳米结构的微磁性知之甚少。通过有限元微磁学模拟，我们研究了几种亚微米尺寸的磁性巴基球的磁化结构和磁滞特性。类似于普通的人工自旋冰晶格，该阵列可以在各种零场状态下磁化，顶点表现出不同程度的磁阻挫。值得注意的是，与平面几何形状不同，磁阻挫状态可以通过施加外部磁场可逆地产生和溶解。这种容易插入和去除缺陷样的磁荷，使之成为可能的角度选择性的场感应开关的个别纳米线，展示了一个潜在的显着优势的三维纳米磁性相比，平面几何形状。在遵守冰规则和磁阻挫结构之间切换的能力所提供的控制可能是未来应用的一个重要特征，包括利用这些配置的基频差异的磁振子设备。
2021-05-10 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
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
Magnetization Dynamics of Nanoscale Magnetic Materials: A Perspective
纳米磁体构成了一系列小型化节能设备的基石，包括数据存储、存储器、波基计算、传感器和生物医学设备。它们还提供了一系列奇特的现象和严峻的挑战。介绍了单纳米磁体和一维和二维纳米结构阵列的磁化动力学研究进展，这些纳米结构阵列的形式包括点、反点、纳米颗粒、二元和双组分结构以及图案化多层膜。介绍了人工自旋冰、三维纳米磁体等非常规新结构以及畴壁、涡旋和skyrmions等自旋织构的研究进展。此外，在磁性纳米结构的磁化动力学的各种各样的新课题正在迅速出现。综述了纳米结构快速动力学的时空成像、自旋织构动力学、人工自旋冰等不断发展的课题。此外，还介绍了当代和新出现的磁性结构的动力学，如具有复杂基和对称性的纳米磁体阵列、磁子准晶、分形、缺陷结构、新型三维结构等。各种自旋-轨道耦合效应和随之而来的自旋织构以及由磁振子-光子、磁振子-声子和磁振子-磁振子耦合组成的量子混合系统，反铁磁纳米结构正在迅速发展，并有望在未来几年主导这一研究领域。最后，相关的主题，如章动动力学和纳米磁体天线进行了简要讨论。尽管取得了很大的进展，但迄今为止，只有一小部分纳米磁性及其辅助主题得到了探索，并且设想在未来几代人中在这个不断增长的研究领域中做出巨大努力。
2020-08-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
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
Heavy and Light Monopoles in Magnetic Reversion in Artificial Spin Ice
Facultad de Ingeniería, Universidad Diego Portales（迭戈·帕塔尔斯大学工程学院）
研究揭示了人工自旋冰中磁反演的两种机制，分别由不移动的重单极子和长距离移动的轻单极子主导。
2012-08-30 cond-mat.mes-hall
Spin wave excitation and directional propagation in presence of magnetic charges in square artificial spin ice
人工自旋冰是一类特殊的具有高度形状各向异性的单畴磁性纳米结构的工程化晶格，它被用作研究烧绿石氧化物中自旋冰行为的模型体系之一。纳米磁体通过偶极相互作用相互作用，这导致表现出宏观自旋配置状态的相关磁化动力学。在这里，我们利用底层的磁状态和外部偏置场方向的相互作用进行详细的微磁学模拟研究控制自旋波传播在方形人工自旋冰（sASI）。我们报告说，仔细选择的顶点与当地的磁荷可以有效地指导各向异性自旋波在存在的外场。此外，我们还研究了偶配位顶点的激发态引起的局域电荷以及奇配位顶点的未补偿电荷对自旋波行为的影响。我们的研究表明，在sASI中，由于局域磁荷的起源，自旋波动力学行为没有明显的差异。我们的研究结果的控制和定向自旋波在sASI系统中的传播可能是有用的低功耗为基础的所有磁振子片上器件。
2022-03-19 cond-mat.mes-hall
Frequency comb in a macroscopic mechano-magnetic artificial spin ice
本研究构建了宏观机械磁人工自旋冰系统，实验观测到由Hopf分岔引发的频率梳非线性现象，验证了跨尺度物理相似性，为纳米尺度非线性磁动力学研究提供了新思路。
2024-09-27 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
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
Magnetic field driven dynamics in twisted bilayer artificial spin ice at superlattice angles
本文通过哑铃近似数值模拟研究双层人工自旋冰在层间旋转和间距变化下的磁化动力学，发现特殊超晶格角度可诱导不寻常磁有序。
2022-08-03 cond-mat.mes-hall
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
Ferromagnetic resonance in 3D-tilted square artificial spin ices
本文针对三维人工自旋冰这一新前沿，通过半解析动力学方法和微磁模拟研究倾斜方形人工自旋冰的铁磁共振，揭示两种方法的优劣及共振特性随倾斜角可调的规律，助力理解3D ASI动力学。
2024-06-28 cond-mat.mes-hall
Ultrastrong magnon-magnon coupling and chiral spin-texture control in a dipolar 3D multilayered artificial spin-vortex ice
提出一种由多层人工自旋冰纳米阵列组成的3D磁子超材料，实现了超强磁子-磁子耦合（归一化耦合率0.57）、零场GHz模式频移及手性选择性磁子光谱控制。
2024-05-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Low power continuous-wave all-optical magnetic switching in ferromagnetic nanoarrays
全光磁开关承诺超快，高分辨率的磁化控制与技术的吸引力，需要没有磁场。现有的全光开关方案是由超快瞬态效应驱动的，通常需要高功耗的飞秒脉冲激光器和复杂的磁性材料。在这里，我们证明了确定性，在简单的铁磁纳米磁体（Ni $_{81}$ Fe $_{19}$，Ni $_{50}$ Fe $_{50}$）与子衍射极限尺寸使用聚焦低功率，线性偏振连续波激光器的全光磁开关。隔离的纳米磁体在一系列尺寸、激光波长和功率之间切换。所有的正方形几何人工自旋冰顶点配置写入，包括基态和能量不利的“类抛物面”的国家在功率低至2.74毫瓦。通常，线性偏振光的磁开关是禁止的;然而，这里的激光光斑具有与纳米磁体相似的尺寸，产生依赖于相对纳米岛光斑位移的吸收分布。我们将所观察到的确定性开关归因于这种不对称吸收的瞬态动力学。没有切换中观察到的Co样品，这表明NiFe合金的多物种的性质起着逆转的作用。这里提出的结果带来了廉价，低功耗的光控设备，对数据存储，神经形态计算和可重构磁振子产生了影响。
2022-04-12 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
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
Symmetry-broken magneto-toroidal artificial spin ices: magnetization states and dynamics
该研究通过微磁模拟和半解析计算，探究了对称性破缺的磁环面人工自旋冰的磁化动力学，发现其可通过磁场重构、能带依赖磁化态，且因动态磁耦合弱导致能带拓扑平庸，为磁振子学应用优化提供依据。
2025-05-17 cond-mat.mes-hall
Relaxation pathways and emergence of domains in square artificial spin ice
CIC nanoGUNE BRTA；Department of Physics, School of Science, Loughborough University（拉夫堡大学理学院物理系）；Department of Physics and Astronomy, University of British Columbia（不列颠哥伦比亚大学物理与天文系）；Elettra-Sincrotrone Trieste S.C.p.A.（的里雅斯特电子同步加速器公司）；IKERBASQUE, Basque Foundation for Science（伊卡巴斯基克巴斯克科学基金会）
本研究通过动能蒙特卡洛模拟揭示了正方形人工自旋冰中域结构形成的机制，发现考虑螺旋势垒分裂能支持复杂珊瑚状域的形成。
2025-08-30 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
