狄拉克弦自旋冰

“Crucially, these monopoles are deconfined , they can separate and move essentially independently.” “As the two monopoles of opposite sign separate, they leave a tensionless string of reversed spins connecting them.”--- Dirac Strings
研究人员也在热容量测量中发现了由这些 单极子组成的气体的特征，也表明它们和 电荷一样以同样的方式相互作用。



“Where these tubes end, the resulting defect looks like a magnetic monopole. We demonstrate, by diffuse neutron scattering, the presence of such strings in the spin ice Dy2Ti2O7.” 自旋冰中的磁单极子是由偶极子的特殊排 列促成的，是一种 “准粒子”。
Dirac Strings and Magnetic Monopoles in Spin Ice Dy2Ti2O7


研究材料：钛酸镝单晶体Dy2TiO7 自旋冰结构 如果四面体里的某个磁性离子发生了转向, 那么情况可能就变成,这个四面体里有三个 离子指向内部,与它相邻的四面体里则只有 一个离子指向内部。这样一来,这两个失去 平衡的四面体就像是磁铁的南极和北极了。
Magnetic Monopoles
谷颖宏 07300190065



1）Dirac Strings 狄拉克弦 Spin Ice 自旋冰 2） Dirac Strings and Magnetic Monopoles in Spin Ice Dy2Ti2O7
Dirac Strings


英国物理学家保罗· 狄拉克早在1931年利用 数学公式预言了磁单极子存在于携带磁场 的管（所谓的狄拉克弦）的末端。当时他 认为既然带有基本电荷的电子在宇宙中存 在，那么理应带有基本“磁荷”的粒子存 在。 狄拉克弦是一条假想的连接两个磁单极子 的一维曲线。

Questions?

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Ice rule

低温下，自旋冰每个四面体顶点上的四个 spin，都遵循两个向内、两个向外的排列规 则。

德国亥姆霍兹联合会研究中心的研究人员 在德国德累斯顿大学、圣安德鲁斯大学、 拉普拉塔大学及英国牛津大学同事的协作 下，首次观测到了磁单极子的存在，以及 这些磁单极子在一种实际材料中出现的过 程。该研究成果发表在9月3日出版的《科 学》杂志上。
Dirac Strings

电荷
磁荷
For more:《电动力学》1.9磁单极的奇异势
Spin ice

Spin ice－“自旋冰”的概念是1997年英国的 M.J.Harris于1997年提出。自旋冰的原子排 布的方式和水分子结冰时非常相似。在正 四面体结构中，由于晶体场的作用，处于 四面体顶点的spin是指向或背离该四面体的 中心，因此改用"in" "out"来定义spin方向。 具有该spin结构的材料称为spin ice material。目前实验上 Ho2Ti2O7,Ho2Sn2O7,Dy2TiO7这三种材料 被发现具有spin ice性质。

如果邻近的四面体中的离子也发生转向,那 么这种不平衡性就会传递下去,这样的话,就 相当于南极和北极只由一条离子构成的弦 连接,弦中的离子一个指着一个。这样就形 成了类似磁单极子的人造物。

观测方法：neutron scattering 利用自身携带磁矩的中子进行散射，可 以观察到Dirac Strings ，并在其两端出现了 磁单极子。