巴基球人造自旋冰中通向拓扑缺陷介导基态的五阶段有序化

人造自旋冰是由耦合纳米磁体构成的阵列，展现出多种迷人的集体行为，包括涌现磁单极子、电荷屏蔽和新奇相变。然而，由于三维制造和表征固有的挑战，它们主要局限于二维。利用第三维度提供了新的自由度，从而产生例如由曲率引起的拓扑效应。在这里，通过数值模拟，我们揭示了一个有限三维自旋晶格——巴基球人造自旋冰——的低温磁行为，其中自旋位于规则巴基球的棱上。这个受挫系统具有非平凡的结构拓扑，导致丰富的热磁行为谱，始于从顺磁性到自旋冰扇区的交叉，随后形成不完美的电荷晶体，然后在三个独立步骤中建立部分自旋序。最终的基态构型由一对稳健的拓扑磁缺陷描述，这是由于空间-自旋相互作用的有限弯曲性质而产生的。我们的工作揭示了巴基球人造自旋冰复杂的热力学。通过这样做，我们利用结构拓扑与偶极相互作用之间的相互作用，为在其他弯曲三维纳米磁系统中设计不寻常的磁织构铺平了道路。