人工磁性方形冰中元激发的热力学

我们研究了人工方形自旋冰系统的热力学，假设构成阵列的岛之间仅存在偶极相互作用。重点考察了温度对元激发（磁单极子及其狄拉克弦）的影响。通过使用蒙特卡洛技术，我们计算了比热、极点密度及其平均间距随温度的变化。比热和单极子与反单极子之间的平均间距在同一温度 $T_{p}\approx 7.2D/k_{B}$（其中 $D$ 为偶极相互作用强度，$k_{B}$ 为玻尔兹曼常数）下分别呈现尖锐的峰值和局部最大值。随着晶格尺寸的增加，这些特征的幅度也增加，但非常缓慢。实际上，比热和带相反电荷单极子间平均间距的最大值 $d_{max}$ 随系统尺寸呈对数增长，表明完全孤立的电荷只能在热力学极限下找到。总的来说，这里得到的结果表明，对于温度 $T \geq T_{p}$，这些系统可能表现出单极子分离的相，尽管对于可行的人工材料，$d_{max}$ 这个量不应大于几个晶格间距。