基于ruby人工磁旋积中的托尔罗定矩实现Blume-Capel模型的自由度

实现超越 Ising 模型的 exotic Hamiltonian 是实验统计物理中的关键任务之一。Blume-Capel 模型是一种三态自旋模型，其相图特征包含一个三临界点，其中二级相变线与一级相变线相遇，导致 paramagnetic、ferromagnetic 和 disordered 相共存。本文实现了一个由单域纳米磁体构成的人工晶体，这些纳米磁体沿 ruby 晶格的链条排列，使我们能够在实空间中观察 Blume-Capel 自由度的存在。这些 Blume-Capel 自由度由纳米磁体在 ruby 人工磁旋积中晶格单元中形成的托尔罗定矩的存在、符号和相互作用所表示。通过精确调节 ruby 人工磁旋积的晶格参数，我们展示了对托尔罗定矩两阶段有序过程的控制，即在高温下从 paramagnetic 相过渡到中间的 paratoroidic 相，然后发生二级相变进入 ferrotoroidic 基态。这种托尔罗相和相变序列被准确地捕获在 Blume-Capel 框架中，提供了该模型相图的一个直接实现。这为探索以人工磁旋积超结构实现非惯性哈密顿量提供了新平台，这里由若干纳米磁体形成托尔罗定矩。这种映射的成功为人工磁旋积的 entirely new 前沿铺平了道路：有意识地设计晶格设计，其有效哈密顿量介导非惯性磁有序形式，具有新行为和功能。