Three-dimensional artificial spin ice in nanostructured Co on an inverse opal-like lattice

Мистонов, А. А.; Grigoryeva, N. A.; Chumakova, A. V.; Eckerlebe, H.; Sapoletova, N. A.; Napolskii, K. S.; Eliseev, A. A.; Menzel, D.; Grigoriev, S. V.

doi:10.1103/physrevb.87.220408

Cited by 36 publications

(48 citation statements)

References 23 publications

(39 reference statements)

Supporting

Mentioning

Contrasting

Unclassified

Order By: Relevance

“…Recently an interesting realization of a 3D artificial spin ice on a opal-like lattice was realized via self-assembly techniques [30,31], which unfortunately do not allow for control over the lattice geometry and connectivity.…”

mentioning

confidence: 99%

Realizing three-dimensional artificial spin ice by stacking planar nano-arrays

2014

View full text Add to dashboard Cite

Artificial spin ice is a frustrated magnetic two-dimensional nano-material, recently employed to study variety of tailor-designed unusual collective behaviours. Recently proposed extensions to three dimensions are based on self-assembly techniques and allow little control over geometry and disorder. We present a viable design for the realization of a three-dimensional artificial spin ice with the same level of precision and control allowed by lithographic nano-fabrication of the popular two-dimensional case. Our geometry is based on layering already available two-dimensional artificial spin ice and leads to an arrangement of ice-rule-frustrated units which is topologically equivalent to that of the tetrahedra in a pyrochlore lattice. Consequently, we show, it exhibits a genuine ice phase and its excitations are, as in natural spin ice materials, magnetic monopoles interacting via Coulomb law. PACS numbers:Spin ice materials, such as rare-earth pyrochlores and artificial spin ice, are magnetic systems in which frustrated interactions lead to complex (partial) orderings and unusual collective behaviours [1][2][3]. Magnetic ions in pyrochlore spin ice form a network of corner-sharing tetrahedra whose classical magnetic macro-spins minimize the local interaction energy by obeying the twoin-two-out ice rule proposed by Pauling for the proton orderings in water ice [4]: hence the name, spin ice. It has recently been demonstrated that elementary excitations over the disordered ice manifold of spin ice materials are emergent magnetic monopoles that fractionalize from local dipole excitations [5,6].The artificial counterparts of these natural materials, artificial spin ices [3,7], are nanostructured twodimensional (2D) arrays of single-domain ferromagnetic bars that behave like giant Ising spins. Collective behaviour of the nanomagnets can be controlled through appropriate choices of material, geometry and array topology. Because of their nano-scale interaction energies (∼ 10 3 − 10 5 K depending on the size of the nanomagnet and mutual spacing) they reveal, at accessible temperatures, emergent features which in natural materials are seen only at very low temperature. Following the pioneering work of Wang et al. on the two-dimensional square-ice array [7,8], artificial spin ices have been proposed and studied in diverse types of physical systems [9][10][11][12] and geometries such as honeycomb (kagome ice) [13][14][15][16][17][18][19][20], brickwork [21], triangular [22][23][24], and pentagonal lattices [25]. A systematic approach for designing 2D arrays with emergent ice-type frustration has also been proposed [26,27], and recently realized experimentally [29].Most of the experimental efforts in such artificial frustrated magnets has understandably focused on twodimensional systems: even with mature nanolithography, it remains a great challenge to integrate a full three-dimensional (3D) structure with oblique angles between nanobars such as the pyrochlore lattice. Recently an interesting realization of a 3D artificial s...

show abstract

mentioning

confidence: 99%

Realizing three-dimensional artificial spin ice by stacking planar nano-arrays

2014

View full text Add to dashboard Cite

show abstract

“…При этом последняя обусловлена выделенными кристаллографическими осями типа {111}, вдоль кото-рых соединяются и последовательно чередуются тетра-эдры и октаэдры [9,26,27] …”

Section: Introductionunclassified

Исследование Квазидвумерных И Квазитрехмерных Упорядоченных Пористых Структур Методами Малоугловой Дифракции В Скользящей Геометрии

Дубицкий¹,

Григорьева²,

Мистонов³

et al. 2017

Физика Твердого Тела

View full text Add to dashboard Cite

Метод малоуглового рассеяния синхротронного излучения в скользящей геометрии (GISAXS) впервые применен для исследования структуры приповерхностных слоев тонких металлических инвертированных опалов. На основании численной модели процесса рассеяния выделены вклады форм-фактора и структурного фактора в картину малоугловой дифракции. Взаимодополняющее использование SAXS-и GISAXS-методик позволило получить независимую информацию об объемных и поверхностных свойствах образцов, опреде-лить тип дефектов исследуемых структур. Результаты измерений были верифицированы с помощью атомно-силовой микроскопии. ВведениеВ последнее время активно исследуются метамате-риалы, физические свойства которых в значительной степени определяются искусственно созданной перио-дической структурой составляющих их элементов [1,2]. Важным направлением исследований является изуче-ние двумерных метаматериалов -метаповерхностей. В то же время быстрое развитие методов синтеза делает возможным создание трехмерно-упорядоченных наноструктур [3-7] -так называемых кластерных ре-шеток. В частности, большой интерес представляют инвертированные опалоподобные структуры (ИОПС), состоящие из кластеров субмикронных размеров ок-таэдрической и тетраэдрической формы, соединенных друг с другом вершинами и образующих гранецентри-рованную кубическую (ГЦК) решетку. Такие структуры получают заполнением пустот между монодисперсными сферическими частицами полистирола или оксида крем-ния диаметром D от 150 nm до 2.5 µm, образующими искусственные опалы (коллоидные кристаллы) [8][9][10]. Известно несколько способов заполнения пустот -золь-гель метод [11], полимеризация [12], ионное рас-пыление, импульсное лазерное напыление, электрохи-мическое осаждение [13], но только последний из них позволяет контролировать толщину (число монослоев) инвертированных опалов.При осаждении материала-заполнителя на один слой гексагонально-упакованных сферических частиц можно получить двумерные (2М) ИОПС, которые после уда-ления сфер представляют собой разновидность пле-ночных структур с упорядоченными порами (antidot arrays). Периодичность пор определяется размером сфе-рических частиц, а латеральный размер пор зависит от степени заполнения пустот слоя сферических ча-стиц. Двумерные ИОПС проявляют необычные плазмон-ные [14][15][16][17][18][19][20], магнонные [21,22], магниторезистив-ные [23-25] и другие свойства.При заполнении пустот нескольких слоев сфериче-ских частиц (коллоидного кристалла) получаются трех-мерные (3М) ИОПС, наследующие не только физиче-ские свойства материала внедрения, но и характеризую-щиеся пространственной анизотропией проявления этих свойств. При этом последняя обусловлена выделенными кристаллографическими осями типа {111}, вдоль кото-рых соединяются и последовательно чередуются тетра-эдры и октаэдры [9,26,27]

show abstract

“…4(a) with dark circles. According to our previous papers [5,11,[17][18][19][20], these rods can be related either to the finite thickness of the colloidal crystal or to increased amount of planar defects and mechanical stress in the crystal. Apart from this, the paper [21] demonstrates surface truncation to be a probable reason for the appearance of the rods.…”

Section: A Mesoscopic Structurementioning

confidence: 99%

“…Another interpretation is still to consider such a structure as fcc, while with a considerable amount of stacking faults [16]. Also, our previous works [5,11,[17][18][19][20] on this issue demonstrated effectiveness of the mesostructure determination using small-angle neutron and synchrotron diffraction.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

“…Among them, frustrated magnetism and giant magnetoresistance are of special interest, being actively investigated in ordered magnetic micro-and nanostructures in recent years [8][9][10]. The latest research on magnetic behavior in IOLCs based on cobalt has provided a description of the remagnetization under an applied magnetic field showing that the local configuration of magnetization is inhomogeneous and strongly depends on the IOLC structure [11]. In order to construct the most objective model of magnetization distribution it is important to understand how macroscopic properties arise from the interplay of mesoscopic parameters such as crystal lattice type of IOLC.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

See 1 more Smart Citation

Periodic order and defects in Ni-based inverse opal-like crystals on the mesoscopic and atomic scale

et al. 2014

Self Cite

View full text Add to dashboard Cite

The structure of inverse opal crystals based on nickel was probed on the mesoscopic and atomic levels by a set of complementary techniques such as scanning electron microscopy and synchrotron microradian and wide-angle diffraction. The microradian diffraction revealed the mesoscopic-scale face-centered-cubic (fcc) ordering of spherical voids in the inverse opal-like structure with unit cell dimension of 750 ± 10 nm. The diffuse scattering data were used to map defects in the fcc structure as a function of the number of layers in the Ni inverse opal-like structure. The average lateral size of mesoscopic domains is found to be independent of the number of layers. 3D reconstruction of the reciprocal space for the inverse opal crystals with different thickness provided an indirect study of original opal templates in a depth-resolved way. The microstructure and thermal response of the framework of the porous inverse opal crystal was examined using wide-angle powder x-ray diffraction. This artificial porous structure is built from nickel crystallites possessing stacking faults and dislocations peculiar for the nickel thin films.

show abstract

Three-dimensional artificial spin ice in nanostructured Co on an inverse opal-like lattice

Cited by 36 publications

References 23 publications

Realizing three-dimensional artificial spin ice by stacking planar nano-arrays

Realizing three-dimensional artificial spin ice by stacking planar nano-arrays

Исследование Квазидвумерных И Квазитрехмерных Упорядоченных Пористых Структур Методами Малоугловой Дифракции В Скользящей Геометрии

Periodic order and defects in Ni-based inverse opal-like crystals on the mesoscopic and atomic scale

Contact Info

Product

Resources

About