自旋冰材料Dy2Ti2O7在中等磁场下的反常非平衡动力学

我们通过实验与数值模拟研究了自旋冰材料Dy$_2$Ti$_2$O$_7$在低温($T$)与中等磁场($\mathbf{B}$)区间($T\in[0.1,1.7]K$, $B\in[0,0.3]T$)的动力学。我们的目标是理解在两个不同区间塑造非平衡磁化-温度曲线的主要物理。在远离平衡时，先在零场冷却系统(ZFC)再开启磁场会增加磁单极子浓度，从而加速动力学。类似于电解质，这通过束缚单极子对的离解发生。然而对自旋冰而言，产生单极子对的真空极化是塑造磁化曲线的关键因素，且无类比。我们观察到此快速动力学发生的阈值场近$0.2T$，与吸引对间最大磁力相关。令人惊讶的是，在低温与中等场区间，扩展的欧姆定律可用于描述由偶极自旋冰模型得到的ZFC磁化曲线。但在真实样品中，动力学加速似乎比模拟中更急剧，可能源于雪崩的存在。另一方面，在更接近平衡时场的作用可能与极低温时恰恰相反。单晶如同先前对粉末所指出的，在阻塞温度$T_B$脱离平衡，且$T_B$随场增大。有趣的是，即便在最近邻相互作用模型内，数值模拟也呈现此行为。模拟与实验表明，$T_B$的上升趋势对$\mathbf{B}\parallel[100]$更强。这意味着场通过单极子抑制参与了动力学冻结，且该场取向下尤为明显。