人工自旋冰中的不快乐顶点：源自顶点挫简的简并度
统计力学
2015-06-11 v1 介观与纳米尺度物理
材料科学
摘要
1935 年，Pauling 通过仅考虑顶点层面的冰规则简并度，以惊人的精度估算了水冰的剩余熵。事实上，他的估计既适用于三维烧绿石晶格，也适用于 Lieb 于 1967 年求解的二维六顶点模型。蜂窝状人工自旋冰的情况类似：其伪冰规则如同 Pauling 和 Lieb 系统中的冰规则一样，只是将已存在于顶点中的简并度扩展到了全局基态。磁相互作用的各向异性限制了人工自旋冰中固有简并顶点的设计，而蜂窝状是迄今为止产生的唯一简并阵列。在本文中，我们展示了如何由非简并顶点构建出几乎无限多样的简并几何结构，从而设计出人工自旋冰。在这类新的顶点模型中，剩余熵并非源于顶点层面的选择自由，而是源于顶点本身非平凡的相对排列。在这样的阵列中，存在某些环路，其上的所有顶点无法同时被选为最低能量构型：因此这些环路是顶点挫简的，因为它们包含不快乐顶点。剩余熵在这些晶格中表现为分配基态不快乐顶点的构型自由度。这些新几何结构最终将允许制造许多新颖的、具有广泛简并度的人工自旋冰。
引用
@article{arxiv.1210.7843,
title = {Unhappy Vertices in Artificial Spin Ice: Degeneracy from Vertex-Frustration},
author = {Muir J. Morrison and Tammie R. Nelson and Cristiano Nisoli},
journal= {arXiv preprint arXiv:1210.7843},
year = {2015}
}