Letter
材料科学：人工スピンアイスにおける磁荷の結晶子
Nature 500, 7464 doi: 10.1038/nature12399
人工スピンアイスは、リソグラフィー法で作製された、相互作用するナノメートルスケールの強磁性アイランドのアレイの一種である。人工スピンアイスは、精密な仕様に合わせて作製でき、しかも直接画像化できる材料におけるフラストレーションと無秩序に関する多体現象を調べるために導入された。こうしたナノスケールのアイランドの磁気エネルギースケールが大きいため、人工スピンアイスを熱的にアニールして適切な熱力学的集団にすることはこれまで不可能で、人工スピンアイスに関する研究はほぼ全て、交番磁場によって活性化された粉粒体として扱うか、アレイの成長直後の状態に注目するかのどちらかであった。こうした制約によって、フラストレートした格子のノミナルな基底状態から生じ得る新たな相の実験的研究が妨げられてきた。例えば、アイランドが六角網の辺の位置に配列した人工カゴメスピンアイスは、過去に観測された擬アイスマニホールドのエントロピー以下でモノポール磁荷秩序を持つ状態を維持すると予測されている。今回我々は、正方格子およびカゴメ格子を持つ人工スピンアイスを、構成材料のキュリー温度以上に加熱することによって熱化する方法を実証している。このような方法で、人工正方スピンアイスは、磁気モーメントのこれまでにない熱的秩序化を実現している。人工カゴメスピンアイスでは、擬アイスに組み込まれた磁荷の初期結晶化と、格子定数の調節によって大きさを制御できる磁荷の結晶子を観測している。さらに、創発的磁荷–磁荷相互作用の実験データとモンテカルロシミュレーションがよく一致することを見いだしている。
