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
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
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
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
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
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
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
A model for the Mediated Artificial Square Ice phenomenology
在这封信中，我们讨论了在人工方形冰中实验观察到的顶点粒子数反转的起源。相互作用修饰剂是一个圆盘形的磁性纳米岛（一个点），它被放置在顶点的中心，以调解附近岛屿之间的相互作用。我们发现，反转是熵的起源，并可以解释通过重整化的顶点配置的能量由于纳米岛和点之间的局部相互作用。我们在一个混合海森堡和伊辛自旋（自旋点相互作用）的模型中表明，作为岛大小的函数，熵效应变得重要。由于能量的重整化，我们观察到\textrm{Type I}和\textrm{Type II}顶点之间的能级交叉，这与实验结果定性相似。我们还讨论了自旋点相互作用在八顶点和十六顶点模型相图中的可能影响，在前一种情况下使用精确的序参量，在后者中使用数值推导的序参量。
2020-02-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech
Emergent Magnetic Monopole in Artificial Polariton Spin Ice
Moscow Center for Advanced Studies（莫斯科高级研究中心）；Westlake University（西湖大学）；St. Petersburg State University（圣彼得堡国立大学）
本文提出了一种驱动耗散极子实现的人工极子冰，通过环形极化作用实现Ising自由度，并通过辅助损耗顶点模式动态约束冰规则。极化翻转生成单极子-反单极子缺陷，其动态可被极化分辨实空间成像重构。
2026-03-30 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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
Chiral nature of magnetic monopoles in artificial spin ice
利用数值模拟方法研究了人工可果美自旋冰系统中磁单极子的微磁学性质。我们表明，微磁学带来了额外的复杂性，这些磁单极子的物理本质上是不存在的自旋模型：除了一个细分的经典磁荷，磁单极子在人工戈薇冰手征剩磁。我们的模拟预测，这些单极子的手性可以控制，而不改变其电荷状态。这种手征性破坏了顶点对称性，并在施加的磁场下触发了顶点的定向运动。我们的研究结果还表明，晶格的几何特征的选择可以用来打开和关闭这种手性，从而允许调查的手征和非手性单极子。
2014-01-21 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
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
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
Accessing low-energy magnetic microstates in symmetry-broken isolated square artificial spin ice vertices with magnetic field
在人工自旋冰系统中，缺陷和偶极相互作用的相互作用预计将在稳定不同的集体磁态中发挥重要作用。在这项工作中，我们研究了单个缺陷方形人工自旋冰顶点的磁化反转，其中缺陷破坏了系统的四重旋转对称性。通过改变所施加的磁场和顶点的几何轴之间的角度，我们观察到系统的能量景观的变化，导致集体低能磁态的稳定。我们还观察到，通过改变角度，可以访问不同的顶点配置。对不同角度和外场下的微磁学模拟结果与实验数据相吻合。
2020-06-08 cond-mat.mes-hall
Quantifying ground state degeneracy in planar artificial spin ices: the magnetic structure factor approach
本文利用磁结构因子方法量化矩形人工自旋冰的基态简并性，通过哑铃模型和偶极-偶极相互作用揭示收缩点、残余熵及涌现规范场，比较两种模型的预测。
2023-10-14 cond-mat.mes-hall
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
Disorder regimes and equivalence of disorder types in artificial spin ice
人工自旋冰的场致动力学部分取决于磁岛之间的相互作用以及每个岛的开关特性。这两种情况中的任何一种的紊乱都会影响对所施加磁场的反应。数值模拟表明，无序的影响主要是由无序的强度相对于岛间的相互作用，而不是由类型的障碍。弱无序和强无序状态是存在的，并且可以用定量的方式来定义。
2011-10-07 cond-mat.mes-hall
Topological geometric frustration in a cube-surface artificial spin ice
本文提出在三维立方体表面构建人工自旋冰，通过拓扑保护畴壁介导产生区别于平面结构的几何阻挫，并利用Monte Carlo模拟证实本征拓扑缺陷间存在稳健的拓扑保护相关性，揭示了三维表面独有的涌现性质。
2024-11-15 cond-mat.mes-hall
Thermal excitations within and among mesospins in artificial spin ice
我们提供了实验和数值证据的热激发内和磁mesospins之间，形成人工自旋冰结构。在低温下，随着温度的升高，观察到磁化强度的降低和磁化率的增加，解释为中自旋内的磁织构的热波动的开始。在升高的温度下，观察到一个明显的磁化率峰，与热诱导翻转的mesospins和崩溃的recrystallization状态。的波动，而发生在不同的长度和能量尺度，被证明是可调的中自旋的相互作用强度。
2022-05-02 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
Textured heterogeneity in square artificial spin ice
我们报告的证据自发形成的异质网络的超畴在二维正方形人工自旋冰纳米结构在外部施加的磁场。磁不均匀性是局部无序的，但在较长的长度尺度上具有锯齿形纹理。共振相干软X射线散射离开这样的纹理引起布拉格峰中的独特的内部结构。我们的结果表明，宏观磁织构是由狄拉克弦的微观结构导出的。
2017-11-01 cond-mat.mes-hall
Direct Visualization of Memory Effects in Artificial Spin Ice
我们的实验表明，阵列的相互作用纳米级铁磁岛，被称为人工自旋冰，开发可重复的微观循环时施加的磁场。这种记忆效应的开始由相对于阵列介电性的施加场的强度确定。具体地，当施加的场强几乎完全等于阵列的双折射率时，在阵列实现几乎完全可重复的微状态之前需要几个训练周期，而当施加的场强比阵列的双折射率强或弱时，在第一次小循环之后实现可重复的微状态。我们通过实验和模拟表明，人工自旋冰所表现出的这种记忆是由于棘轮效应的相互作用，磁荷缺陷的岛屿时刻配置和网络的复杂性的字符串的反转的时刻，在磁化反转过程中形成。
2015-08-25 cond-mat.mes-hall
Gænice: a general model for magnon band structure of artificial spin ices
本文提出Gaenice框架，利用紧束缚半解析方法高效计算任意人工自旋冰构型的磁振子能带和铁磁共振，支持灵活控制多种相互作用项，适用于大参数空间探索。
2023-09-09 cond-mat.mes-hall
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
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
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
Diversity enabling equilibration: disorder and the ground state in artificial spin ice
我们报告了一种新的方法，以是否和如何基态可以实现在方形人工自旋冰的挫折是不完整的问题。我们确定了两种类型的障碍：淬火无序的岛屿响应领域和驱动领域的顺序中的障碍。数值模拟表明，淬火无序可以导致能量较低的最终态，而驱动场的无序总是会降低系统获得的最终能量。我们使用一个网络图来理解这两种效应：岛反应的紊乱会产生新的动力学路径，而驱动场的紊乱会允许更多的路径被遵循。
2011-11-16 cond-mat.mes-hall
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
Enhancement of dynamical coupling in artificial spin-ice systems by incorporating perpendicularly magnetized ferromagnetic matrix
本文通过数值模拟研究了置于垂直磁化铁磁基体中的方形人工自旋冰系统，发现界面交换作用与偶极耦合共同导致强磁振子-磁振子耦合，且顶点磁化重构可使耦合强度增强近40%，为可重构磁振子学应用提供了新途径。
2024-11-22 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
