一般外加磁场下的自旋冰:Kasteleyn 转变、磁力矩与旋转磁热效应

自旋冰是一个典型的阻挫系统,以在低温度下涌现磁单极子与巨大磁熵而闻名。由于自旋冰熵与塞曼能之间的竞争,其在外磁场下表现出反常行为。对此的研究通常集中于沿高对称方向([111]、[001] 与 [110])施加的场。此处我们考虑外场沿任意方向的自旋冰模型。我们发现已知存在于 $[001]$ 场下的 Kasteleyn 转变,也出现于一般场方向,并计算出作为场方向函数的关联 Kasteleyn 温度 $T_K$。发现 $T_K$ 在逼近某些特殊场方向直线时,随场角呈对数依赖而趋于零。我们利用 Husimi 仙人掌近似进一步研究了 $T>T_K$ 时自旋冰的热力学性质。当系统冷却趋近 $T_K$ 时,出现巨大磁力矩,倾向于使 $[001]$ 晶轴与外场对齐。该模型还展现出旋转磁热效应:通过相对于固定场绝热旋转晶体可获得显著温度变化。