粒子反磁性 Ice 中的涌现电荷晶体化与扰动

人工自旋 ice 已超越其源自受扰动稀土钇钡矿的 origins，成为工程 exotic 物质状态的多样化平台。无论是纳米磁铁、超导涡旋、珠子、量子退火器、液晶或变材料，都以 ice 规则为统一特征，这往往导致退化性并通过强制 local 拓扑电荷最小化来实现受限扰动。本文报道了第一个实现“反磁性 ice”的案例，其中不仅 ice 规则不成立，而且其相反情况也成立——系统寻求最大化而非最小化 spin ice 电荷。通过使用快速旋转的平面磁场生成 colloidal 粒子之间的各向同化吸引力，我们反转了 colloidal self-spin ice 中受力相互作用的常规范式。结合标准方形和蜂窝晶格以及新型五边七边形晶格的实验和模拟，我们确立了 anti-spin ice 中的秩序与扰动的规则。有了五边七边形晶格，我们演示了 anti-spin ice 系统也会 exhibit 扰动，但属于一种新类型。这种拓扑电荷扰动源于晶格连通性，其中由不相等的奇边形网络所构成的网络抑制了在高相互作用强度下电荷晶体化。