Nonmonotonic residual entropy in diluted spin ice: A comparison between Monte Carlo simulations of diluted dipolar spin ice models and experimental results
Notice bibliographique
Résumé
Spin ice materials, such as ${\mathrm{Dy}}_{2}{\mathrm{Ti}}_{2}{\mathrm{O}}_{7}$ and ${\mathrm{Ho}}_{2}{\mathrm{Ti}}_{2}{\mathrm{O}}_{7}$, are highly frustrated magnetic systems. Their low-temperature strongly correlated state can be mapped onto the proton disordered state of common water ice. As a result, spin ices display the same low-temperature residual Pauling entropy as water ice, at least in calorimetric experiments that are equilibrated over moderately long-time scales. It was found in a previous study [X. Ke et al., Phys. Rev. Lett. 99, 137203 (2007)] that, upon dilution of the magnetic rare-earth ions (${\mathrm{Dy}}^{3+}$ and ${\mathrm{Ho}}^{3+}$) by nonmagnetic yttrium (${\mathrm{Y}}^{3+}$) ions, the residual entropy depends nonmonotonically on the concentration of ${\mathrm{Y}}^{3+}$ ions. A quantitative description of the magnetic specific heat of site-diluted spin ice materials can be viewed as a further test aimed at validating the microscopic Hamiltonian description of these systems. In this work, we report results from Monte Carlo simulations of site-diluted microscopic dipolar spin ice models (DSIM) that account quantitatively for the experimental specific-heat measurements, and thus also for the residual entropy, as a function of dilution, for both ${\mathrm{Dy}}_{2\ensuremath{-}x}{\mathrm{Y}}_{x}{\mathrm{Ti}}_{2}{\mathrm{O}}_{7}$ and ${\mathrm{Ho}}_{2\ensuremath{-}x}{\mathrm{Y}}_{x}{\mathrm{Ti}}_{2}{\mathrm{O}}_{7}$. The main features of the dilution physics displayed by the magnetic specific-heat data are quantitatively captured by the diluted DSIM up to 85% of the magnetic ions diluted ($x=1.7$). The previously reported departures in the residual entropy between ${\mathrm{Dy}}_{2\ensuremath{-}x}{\mathrm{Y}}_{x}{\mathrm{Ti}}_{2}{\mathrm{O}}_{7}$ versus ${\mathrm{Ho}}_{2\ensuremath{-}x}{\mathrm{Y}}_{x}{\mathrm{Ti}}_{2}{\mathrm{O}}_{7}$, as well as with a site-dilution variant of Pauling's approximation, are thus rationalized through the site-diluted DSIM. We find for 90% ($x=1.8$) and 95% ($x=1.9$) of the magnetic ions diluted in ${\mathrm{Dy}}_{2\ensuremath{-}x}{\mathrm{Y}}_{x}{\mathrm{Ti}}_{2}{\mathrm{O}}_{7}$ a significant discrepancy between the experimental and Monte Carlo specific-heat results. We discuss possible reasons for this disagreement.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,001 | 0,002 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,001 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».