Emergent spin dynamics enabled by lattice interactions in a bicomponent artificial spin ice
人造自旋冰（ASI）是纳米级磁体上的阵列，既可以作为原子自旋冰中的挫折模型，也可以用于探索新的基于自旋波的传输，处理和存储信息的策略。在这里，我们利用两个不同的铁磁金属排列在一个正方形ASI的互补晶格位置上的磁化动力学的复杂相互作用，以有效地调制自旋波特性。我们发现，两个子晶格之间的相互作用的结果在独特的光谱归因于每个子晶格，我们观察到的两种材料的不同的磁化性质促进了晶格间和晶格内的动力学。系统地研究了动态特性的角度相关的宽带铁磁共振和微磁学模拟证实。我们表明，具有不同磁性能的材料的组合，使实现广泛的二维结构可能打开大门，在纳米磁学的新概念。
2020-10-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Magnetic anisotropy of elongated thin ferromagnetic nano-islands for artifical spin ice arrays
薄细长铁磁纳米岛的能量被认为是一些不同的形状，纵横比，和施加的磁场方向。这些纳米岛颗粒对于人工自旋冰材料是重要的。对于低温，单个颗粒的磁内能的数值评估作为一个粒子的净磁化方向的函数。这导致对（1）沿着颗粒的长方向的易轴和（2）沿着颗粒的薄方向的难轴的有效各向异性常数的估计。采用自旋弛豫算法和退磁场的快速傅立叶变换，求解薄系统的微磁学问题。结果表明，利用不同的岛结构可以控制自旋冰材料的平衡和动力学。
2012-02-14 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
Control of spin dynamics in artificial honeycomb spin-ice-based nanodisks
我们报告的角度相关的自旋动力学的实验和理论表征的铁磁纳米盘阵列排列在蜂窝晶格。宽带铁磁共振测量的磁场和微波频率依赖性，揭示了丰富的频谱模式，强烈影响的微观网络状态。基于相对于外场的对称性参数，我们表明，铁磁网络的某些部分有助于检测到的信号。微磁模拟的实验数据的比较表明，不同的子部分的晶格主要有助于阵列的高频响应。这是证实了使用微聚焦布里渊光散射的光学特性。此外，我们发现的迹象表明，在低场范围内的涡旋状磁化配置的成核和湮灭的影响的动力学，这是不同的铁磁纳米椭圆簇。我们的工作为磁振子器件的设计开辟了新的前景，磁振子器件将低频下的回旋涡旋晶体中的几何挫折与高频下的磁振子晶体相结合。
2020-02-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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
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
Spin-ice behavior of three-dimensional inverse opal-like magnetic structures: micromagnetic simulations
我们进行微磁学模拟的磁化分布在反蛋白石结构（IOLS）由铁磁材料（镍和钴）。它示出，这些复杂的结构，其特征长度约为700 nm的单位细胞，可以分为一组的结构元素，其中一些行为像伊辛类对象。在较宽的外磁场范围内观察到了旋冰行为。数值结果成功地描述了实验的磁滞曲线在Ni和Co基IOLS的磁化。我们的结论是，铁磁IOLS可以被认为是三维人工自旋冰的第一个实现。
2016-02-23 cond-mat.mes-hall
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
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
Coupling-dependent antiferromagnetic-ferromagnetic ordering in a pinwheel artificial spin ice
本研究探讨了方形晶格人工自旋冰中磁性元件旋转至“pinwheel”构型时反铁磁到铁磁长程有序的转变，通过同步辐射X射线谱显微技术实验和哑铃偶极模型模拟，揭示了转变角度的耦合依赖性，解决了理论与实验间的差异。
2025-09-15 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
Field-driven Reversal Models in Artificial Spin Ice
我们研究了一组拓扑安排的个别铁磁岛屿在理想和无序的人工自旋冰（ASI）阵列，以评估如何方面的场驱动反转所使用的模型的影响。该集包含风车和方形冰瓷砖，因此测试了一系列磁有序和反转特性。我们发现，一个简单的点偶极子模型执行相对较好的方冰，但它没有复制在最近的实验中观察到的属性与风车冰。参数化的逆转障碍在斯通-Wohlfarth模型改进了这一点，但未能捕捉到的物理方面的铁磁耦合观察到的风车结构已被归因于非伊辛性质的岛屿。特别是，自旋倾斜被认为是重要的风车阵列，但不是在广场上，由于它们不同的对称性。我们的研究结果将改善ASI结构的基础研究和应用程序中的建模依赖于使用外部施加的场获得和切换已知状态的能力。
2021-05-10 cond-mat.mes-hall
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
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
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
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
Angular-Dependent Dynamic Response and Magnetization Reversal in Fibonacci-Distorted, Kagome Artificial Spin Ice
我们测量了费波那奇畸变的Kagome人工自旋冰（ASI）的铁磁共振（FMR）谱的角度依赖性。铁磁共振谱中强模的数目取决于外加直流磁场的方向。此外，在FMR场频率色散曲线中观察到的不连续性也取决于DC场取向，并且信号是多步DC磁化反转，这是由斐波那契扭曲顶点的能量简并降低引起的。结果表明，施加的磁场的方向和斐波那契失真的严重程度构成控制变量的FMR模式和多步反转在未来的磁振子器件和磁开关系统。
2021-02-15 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Voltage Control of Magnetic Monopoles in Artificial Spin Ice
目前对人工自旋冰（ASI）系统的研究揭示了独特的滞后记忆效应和受外加磁场控制的可移动准粒子单极子。在这里，我们数值模拟了应变介导的多铁性方法来局部控制ASI单极子。通过向压电层施加电压脉冲来控制各个晶格元件的磁化，从而导致定时为180度重新取向的应变诱导的磁旋进。该模型演示了局部电压控制移动磁单极子在晶格位置，在CoFeB，Ni和FeGa的ASI $'$的。开关在铁磁共振附近的频率下实现，并且需要低于620 aJ的能量。结果表明，ASI单极子可以有效地和本地控制的应变介导的多铁性方法。
2018-03-22 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
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
Vertex corrections of impurity scattering at a ferromagnetic quantum critical point
研究了在铁磁量子临界点处由于无质量集体自旋模的存在而引起的非磁性杂质散射势的重整化。为此，我们计算在二维和三维系统的最低阶顶点校正，任意散射角和频率的散射费米子，以及带曲率。我们表明，只有在D=2的后向散射的最低阶顶点校正发散几何在零频率的限制。在所有其他情况下，顶点校正接近零频率极限中的有限（尽管可能很大）值。我们表明，顶点修正强烈抑制与费米带的曲率增加。此外，我们还展示了顶点修正的频率依赖性如何随散射角的变化而变化。我们还讨论了高阶梯形顶点修正的形式，并表明它们可以根据最低阶顶点修正的零频率极限进行分类。我们表明，即使在这些情况下，后者是有限的，总结了一个无限系列的梯形顶点图可以导致一个强大的增强（或发散）的杂质的散射潜力。最后，我们建议，组合的频率和角度依赖的顶点校正可能是实验观察到的频率相关的和本地的测量，如扫描隧道光谱有序杂质结构，或测量的频率相关的光学电导率的组合。
2009-04-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Observation of mode splitting in artificial spin ice
本文报道了正方形人工自旋冰晶格中磁化动力学与面内磁场角的关系。使用两种互补的测量技术-宽带铁磁共振和微聚焦布里渊光散射光谱-我们系统地研究了晶格动力学的演变，无论是相干射频激发和非相干热激发的自旋动力学。我们观察到分裂的模式促进元件间的相互作用，可以控制的外部场的角度和幅度。详细的随时间变化的微磁模拟表明，分裂模式被定位在不同区域的正方形网络。这一观察结果表明，它是可能的解纠缠模式与不同的空间分布，通过调整外场配置。
2021-02-20 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Superferromagnetism and domain-wall topologies in artificial 'pinwheel' spin ice
十多年来，相互作用的单畴纳米磁体阵列，被称为人工自旋冰，已经被设计用于研究模型自旋系统中的挫折。在这里，我们使用菲涅尔成像研究反转过程中的“风车”人工自旋冰，一个修改后的正方形ASI结构，通过旋转每个岛屿的中点，通过一定的角度获得。我们的研究结果表明，一个简单的45°旋转改变的磁序从反铁磁到铁磁，创造一个超铁磁体，表现出介导的畴壁成核和相干畴传播介导的介观畴生长。我们观察到几个畴壁配置，其中大多数是直接类似于连续铁磁薄膜中看到的。然而，由于系统的几何约束，也出现了新颖的带电壁。改变外部磁场的方向可以控制自旋反转的性质，从而出现1-D或2-D雪崩。风车ASI的这种独特性质可以用于调谐基于磁输运现象的器件，例如霍尔电路。
2018-08-30 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall
Magnetic-Field Control of Emergent Order in a 3D Dipolar Pyramid Artificial Spin Ice
本研究制备了基于方金字塔结构的三维Pyramid人工自旋冰，通过模拟揭示其丰富相图与涌现方冰态，结合实验实现低能态调控，为三维人工自旋冰研究提供新平台。
2025-09-01 cond-mat.mes-hall
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
The dipolar Aleppo lattice: Ground state ordering and ergodic dynamics in the absence of vertex frustration
本文提出无顶点阻挫的阿勒颇自旋冰几何结构，通过同步辐射光电子显微镜观测证实其基态有序且无遍历性破缺，表明顶点阻挫是遍历性转变的关键条件。
2025-01-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
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
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
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
Engineering nonlinear magnon scattering in artificial spin ice via vertex dipolar control
School of Physics and State Key Laboratory of Electronics Thin Films and Integrated Devices, University of Electronics and Science and Technology of China（电子科技大学物理学院与电子薄膜与集成器件国家重点实验室）
研究在人工自旋冰中通过顶点偶极控制设计非线性磁振子散射，利用微磁模拟，确定边缘曲率可分离非线性磁振子散射与岛面积，找到次谐波起始阈值及相关特征，确立尖端曲率为设计参数，对可重构磁振子器件有意义。
2026-07-08 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
Magneto-optical Kerr Effect Studies of Square Artificial Spin Ice
我们报告了一个磁光克尔效应研究的集体磁响应的人工方形自旋冰，光刻定义的阵列的单域铁磁岛。我们发现，各向异性岛间相互作用导致的阵列矫顽场的非单调的角度依赖性。与微磁学模拟的比较表明，两个垂直的子晶格表现出不同的响应岛边缘粗糙度，这显然会影响磁化反转过程。此外，这样的比较表明，与岛边缘的粗糙度相关的无序在这些系统的集体行为中起着迄今未被认识到的但必不可少的作用。
2011-11-15 cond-mat.mes-hall
Magnetization Dynamics of Fibonacci-Distorted Kagome Artificial Spin Ice
我们目前的铁磁共振（FMR）的实验和微磁模拟的扭曲，2D戈薇人工自旋冰的结果。扭曲的结构是通过连续调制周期性蜂窝晶格的2D原始晶格平移矢量，根据用于生成1D准晶的非周期性斐波那契序列来创建的。实验数据和微磁模拟表明，斐波那契失真导致FMR模式扩展和分裂成多个分支，这伴随着随着失真的增加而发展的段长度和方向的数量增加。当所施加的场在与片段的净磁化相反的方向上增加时，自旋波模式出现、消失或突然移位，以信号化片段磁化反转事件。这些结果表明，反转事件的复杂行为，以及定义明确的频率和频率场斜率的FMR模式，可以通过改变非周期性晶格畸变的严重程度进行精确调谐。这种畸变结构为复杂磁振子系统的设计提供了一种新的工具。
2020-12-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Vortex-crystal pattern in an anti-artificial spin ice system
在这项工作中，我们提出了一个原始的系统组成的反点纳米图案的铁磁薄膜，模仿负面的结构，一个artificial自旋冰。在磁滞回线中，我们注意到磁化饱和和微磁学模拟中各向异性的紧急情况，在磁滞回线（弛豫）的开始，形成具有随机极化和手性的不同位置的涡旋的涡旋晶体阵列。对于由电流切换的电流驱动或磁涡旋，在这种电连接的样品中的涡旋的晶体可以比在非连接的纳米盘中观察到的那些涡旋的晶体最有效。
2013-12-05 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
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
Magnetic structure of the promising candidate for three-dimensional artificial spin ice: small angle neutron diffraction and micromagnetic simulations
自旋冰中出现的几何挫折导致了迷人的涌现物理性质。如今，人工结构种类繁多，在纳米级上模仿自旋冰，并展示了一些新的效果。大多数纳米尺度的自旋冰是二维的。铁磁反蛋白石结构（IOLS）是三维系统表现出自旋冰行为的鼓舞人心的例子之一。然而，对其属性的详细检查并不简单。缺乏能够明确恢复三维介观结构中磁化强度分布的实验技术。在这项工作中，我们使用的方法的基础上互补开发的小角中子衍射技术和微磁学模拟。外部磁场沿IOLS介观结构的三个主要方向施加。计算和测量数据的比较使我们能够确定IOLS的磁状态。计算结果与自旋冰模型符合得很好。揭示了退磁场和涡流状态对磁化过程的影响。此外，我们推测，这种方法也可以应用到其他三维磁性介观结构。
2018-07-20 cond-mat.mes-hall
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
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
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
Topology Restricts Quasidegeneracy in Sheared Square Colloidal Ice
二维方形冰基态简并的恢复是几何挫挫领域的一个重大挑战，具有深远的基础意义，如顶点模型的实现和理解降维的效果。我们结合实验，理论和数值模拟来证明，剪切方形胶体冰部分恢复的基态简并为广泛的场强和晶格剪切角。我们的方法开辟了一条途径，工程一类新的挫折的微观和纳米结构的基础上剪切磁晶格在广泛的软和凝聚态物质系统。
2020-02-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
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
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
Heisenberg pseudo-exchange and emergent anisotropies in field-driven pinwheel artificial spin ice
旋转所有的岛屿在方形人工自旋冰（ASI）均匀地围绕他们的中心产生了最近报道的风车ASI。在大约45 $^\mathrm{o}$的角度，反铁磁有序的铁磁和系统的磁配置的变化表现出近简并，使其特别敏感的小扰动。我们调查通过微磁建模的物理扩展的岛屿在风车阵列的磁场驱动磁化过程中产生的偶极场的影响，并比较结果的磁滞实验进行原位使用洛伦兹透射电子显微镜。我们发现，磁化端态诱导海森堡伪交换相互作用，支配岛间耦合和由此产生的阵列反转过程。对称性降低引起各向异性和阵列角介导的雪崩反转通过级联的最近邻（NN）的岛屿。各向异性轴的对称性与几何阵列的对称性有关，但由于相邻岛屿之间的相关相互作用而与阵列轴不对准。NN偶极耦合通过减小岛的尺寸而减少，并且使用此属性，我们跟踪从强耦合制度向纯点偶极的过渡，并且观察铁磁阵列反转过程的修改。我们的研究结果揭示了风车ASI中相互作用的重要方面，并展示了一种机制，通过这种机制，它们的性质可以被调整用于一系列基础研究和自旋电子学应用。
2019-10-20 cond-mat.mes-hall
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
Reconfigurable magnonic mode-hybridisation and spectral control in a bicomponent artificial spin ice
强相互作用的纳米磁性阵列越来越多地用作可重构磁振子的模型主机系统。强的元件间耦合允许由于偶极场景观中的移位而在宽的微观状态空间上产生明显的光谱差异。虽然这些系统已经取得了令人印象深刻的初步成果，开发快速，可扩展的手段来访问国外范围内的光谱不同的microstates是一个开放的研究problem.We提出了一个计划，即方形人工自旋冰是通过扩大一个“楼梯”子集的酒吧相对于阵列的其余部分修改，允许通过简单的全球准备任何有序的顶点状态场协议。可用的微观状态范围从系统的基态到高能量的“π”态，观察到丰富而独特的微观特定的磁振子谱。微观状态依赖的模式杂交和反交叉观察到在剩磁和现场动态耦合强度可调通过微观选择。实验耦合强度高达g / 2 $π$ = 0.15 GHz。微态控制允许精细的模式频率偏移、间隙创建和关闭以及活动模式数选择。
2021-03-18 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Exploring the phases of 3D artificial spin ice: From Coulomb phase to magnetic monopole crystal
本文探索了金刚石键合晶格中三维人工自旋冰的相图，发现双电荷磁单极晶体、单电荷磁单极晶体和库仑相，并揭示表面铁磁条纹抑制双电荷晶体而促使单磁荷微晶形成，表明可通过表面能量工程调控基态。
2022-11-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Sculpting the Spin-Wave Response of Artificial Spin Ice via Microstate Selection
被称为人工自旋冰（ASI）的铁磁纳米阵列的自旋波动力学已知根据其磁性微观状态而变化。然而，几乎没有做什么工作来证明这种关系。ASI磁结构控制的最新进展带来了利用自旋波本征模和微态之间相互作用的设计，提供了多种应用，包括可重构的磁振子晶体，微波滤波器和微态读出探针。这些设计取决于对潜在的自旋波-微观态对应关系的深刻理解。在这里，我们分析的影响，通过微磁学模拟蜂窝ASI系统的自旋波谱的磁性微观状态。我们发现的自旋波光谱是高度可调的，通过微态相对于现有的磁振子晶体的增强程度，与模式转换和（去）激活实现反转个别nanoislands。ASI系统的对称性和磁缺陷的手征性被发现在确定高频响应中起着重要的作用。
2020-01-09 cond-mat.mes-hall
Ultrafast Laser-Induced Magnetic Relaxation in Artificial Spin Ice Driven by Dipolar Interactions
ETH Zurich（苏黎世联邦理工学院）；Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid, CSIC（马德里材料科学研究所，西班牙国家研究委员会）；Physik funktioneller Materialien, Universität Wien（维也纳大学功能物理研究所）；NEST Research Group, Department of Computer Science, The University of Manchester（曼彻斯特大学计算机学院NEST研究组）
通过飞秒激光诱导超快磁弛豫，实现人工自旋冰中低能态的快速访问，揭示偶极相互作用驱动的集体磁重构机制。
2025-08-22 cond-mat.mes-hall
Spin Ice Thin Film: Surface Ordering, Partial Magnetic Wetting and Emergent Square Ice
受Dy $_{2}$ Ti $_{2}$ O $_{7}$和Ho $_{2}$ Ti $_{2}$ O $_{7}$自旋冰薄膜最近实现的启发，以及更普遍的受限规范场物理，我们研究了表面垂直于$[001]$立方轴的自旋冰薄膜模型。由此产生的开放边界使界面上的一半键不相等。通过调整这些不等价的“孤儿”键的强度，偶极相互作用诱导了一种表面有序化，相当于磁性表面电荷的二维结晶。这种表面有序化也可以在大块晶体的表面上预期。与软物质中的部分润湿类似，表面下的自旋比本体中的自旋更相关，但\emph{not}有序。对于由一个立方晶胞制成的冰膜，一旦表面有序，则方形冰相在有限的温度窗口内稳定，正如其熵和结构因子中存在夹点所证实的那样。最终，在较低的温度下，方冰的简并度被解除，并且系统的顺序类似于众所周知的$6$ -顶点模型的$F$ -转变。
2016-08-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech
Reconfigurable Training and Reservoir Computing in an Artificial Spin-Vortex Ice via Spin-Wave Fingerprinting
强相互作用的人工自旋系统正在超越模仿自然发生的材料，成为从可重构磁振子到神经形态计算的多功能平台。典型的人工自旋系统包括具有单一磁化织构的纳米磁体：共线宏观自旋或手性涡旋。通过调整纳米阵列的尺寸，我们实现了宏观自旋/涡旋双稳态，并展示了一个四态的超材料自旋系统“人工自旋涡旋冰”（ASVI）。ASVI可以容纳具有强冰状顶点相互作用的Ising类宏自旋，以及具有低杂散偶极场的弱耦合涡旋。涡旋和宏自旋表现出截然不同的自旋波谱与模拟风格的模式振幅控制和模式频率偏移的df = 3.8 GHz。增强的双纹理微观状态空间产生了紧急的物理记忆现象，棘轮式的旋涡训练和历史依赖的非线性衰减记忆时，通过全球的字段周期驱动。我们采用自旋波microstate指纹快速，可缩放读出的涡旋和macrospin人口和利用这一自旋波水库计算。ASVI执行不同的输入信号的线性和非线性映射变换以及混沌时间序列预测。机器学习的能源成本正在以不可持续的方式螺旋式上升，开发ASVI等低能耗神经形态计算硬件对于实现零碳计算未来至关重要。
2022-01-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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
Realization of Artificial Ice Systems for Magnetic Vortices in a Superconducting MoGe Thin-film with Patterned Nanostructures
我们报告了一种反常的匹配效应在钼锗薄膜包含对圆孔安排在这样一种方式，其中四对满足在每个顶点的一个正方形晶格。在电阻和临界电流的磁场依赖性中观察到显著的分数匹配。在半匹配场处，临界电流甚至可以高于零场处的临界电流。这是以前从未观察到的超导体与钉扎阵列的旋涡。非线性Ginzburg-Landau理论的数值模拟揭示了在半匹配场的基态中的方涡冰结构，并在临界电流的场依赖性中表现出类似的特征，首次证实了人工冰系统的实验实现。
2013-07-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Transition from Antiferromagnetic to Quadrupole Order in a Modified Square Artificial Spin Ice
本文给出了人工自旋冰单胞中双段有序置换的数值研究结果。每个图案顶点具有三个磁矩配置，其在零施加磁场中竞争形成磁性基态，包括最近邻和次最近邻相互作用对总静磁能的贡献。基态取决于所考虑的晶格位置的数量和构成双段的两个膜段之间的间距。蒙特卡罗模拟结果表明，在垂直于双段亚晶格易磁化轴的面内磁场作用下，双段亚晶格的长程反铁磁序可以被磁四极序所取代.四极有序态由具有反平行极化的双链段的弱相关链的子晶格组成，其允许许多不同的基态，这些基态反映了非常高的阻挫程度。
2021-08-28 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
