二元稀锆磁体中的偶极相互作用与自旋 ice 的起源

最近的实验表明，Ising 稀锆磁体 ${\rm Ho_{2}Ti_{2}O_{7}}$ 和 ${\rm Dy_{2}Ti_{2}O_{7}}$ 显示出Harris 等人提出的自旋 ice 模型 ${\it prl}$ ${\bf 79}$, 2554 (1997) 的定性特征。我们讨论了这两种材料中存在的偶极能尺度，并考虑它们如何在存在远程相互作用的情况下显示自旋 ice 行为。具体而言，我们对 pyrochlore Ising 系统进行数值模拟和均场分析，考虑最近邻交换和远程偶极相互作用的存在。我们发现可以出现两种相：一种是长程有序的反铁磁相，另一种以自旋 ice 特征为主。我们的定量理论与 ${\rm Ho_{2}Ti_{2}O_{7}}$ 和 ${\rm Dy_{2}Ti_{2}O_{7}}$ 的实验数据高度吻合。我们建议 ${\rm Dy_{2}Ti_{2}O_{7}}$ 中的最近邻交换是反铁磁的，而自旋 ice 行为是由远程偶极相互作用诱导的。