人工自旋冰-超导体异质系统中可切换的几何阻挫

当有序晶格结构中的局域相互作用能无法同时取最小时，便会出现几何阻挫，导致大量简并态。众多的简并构型可能在微电子学中带来实际应用，例如数据存储、记忆与逻辑。然而，实现广泛的简并性十分困难，尤其在二维系统中。在此，我们展示了一个二维磁通量子系统中具有大规模简并性的原位可控几何阻挫。我们在可重构人工自旋冰结构下方放置超导薄膜来实现此系统。人工自旋冰中可调的磁荷与超导体中的磁通量子强烈相互作用，实现了阻挫态与结晶态磁通量子之间的切换。不同态对超导临界电流分布具有可测量的影响，可通过施加外磁场精确选择自旋冰磁态来重新配置。我们通过实现一个可重编程磁通量子二极管展示了这些效应的适用性。利用人工自旋冰裁剪相互作用“粒子”的能量景观，为几何阻挫的设计提供了新范式，使我们能够控制其他材料系统中的新功能，如磁性 skyrmion、二维材料中的电子/空穴与拓扑绝缘体，以及软物质中的胶体。