一个国际研究小组已经成功地创造了人工自旋冰，他们是在一个热平衡状态中创造的，这还是第一次，这使他们可以监测这种重要纳米材料的精确配置，从而极大地提高磁存储装置的容量。

　　这些科学家来自利兹大学（University of Leeds）美国能源部布鲁克海文国家实验室（Brookhaven National Laboratory）和英国科技设施委员会卢瑟福顿实验室（Rutherford Appleton Laboratory），他们说，这项突破，将使他们可以非常详细地研究一种科学现象，就是所谓的“磁单极子（magnetic monopoles）”，人们认为，这种极子就存在于这样的结构中。他们的发现发表在今天的《自然物理学》杂志上。

　　人工自旋冰的制备是采用纳米技术，并且它的构成，需要几百万个微小磁粒，每个磁粒比一粒沙子小几千倍。这些磁粒存在于一种格栅中，就是所谓的“沮丧的”结构。就像水冰，它的几何结构意味着，原子间的所有相互作用不可能同时满足。

　　“这就像试图交替排列男性和女性就餐者的座位，是围着一张桌，但座位数是奇数，无论你怎样安排他们，永远无法成功，”克里斯托弗•马娄（Christopher Marrows）博士说，他就是利兹大学的，也是论文的合著者。

　　在自旋冰中，磁偶极子（magnetic dipoles）具有北极和南极，排列成四面体结构。每个偶极子都有磁偶极矩（magnetic moments），类似于质子在水冰中的水分子上，互相吸引也互相排斥。因此，偶极子就会排列自身，进入尽可能低的能态，就是两个极子朝内，两个朝外。

　　马娄博士说：“自旋冰创造了许多令人兴奋的成果，近年来，都已经意识到，它们是一个竞赛的领域，物理学家都在研究磁偶极子激发和狄拉克线性物理学（Dirac string physics）在固体状态的情形。然而，直到现在，所有这些人造结构的样品，都是在实验室里创造的，但却都已经，就像我们所说的，“堵塞了”。

　　“我们所做的，就是找到一种方法，打通这些自旋冰，让它们进入一种秩序井然的基态，就是所谓的热平衡态。我们可以冻结样品，使它进入这种状态，并使用显微镜，观察哪个方向是所有小磁体所指向的。这就相当于能够拍摄一间屋子里的每一个原子，从而让我们可以精确审视，它们的结构是如何构成的。”

　　贾森•摩根（Jason Morgan）是利兹大学的博士生，也是论文的首席作者，是小组的第一个成员，他观察了样品的平衡态。他说：“使样品自成秩序，采用的是这样一种方式，这在以前的实验中从未达到，而且被认为，在一段时间内是不可能的。但是，我们观察样品使用了磁场力显微镜，就看见这种美丽的周期性结构，我们立刻就意识到，我们已经实现了有序基态。”

　　研究人员们还能观察到，个别的激发出自这种基态，就在它们的样品内，他们认为,这就证明，单极子动力学存在于晶格内。

　　磁单极子就是指磁粒只有一个单一的北极或南极，这种磁单极子是以前假设的微粒，现在被认为存在于自旋冰中。科学家中，有的希望，了解这些单极子要更为详细，这就可以推进一个新的技术领域，这个领域就是所谓的“磁电”（magnetricity），就是磁性相当于电力。

　　合著者塞恩•兰格利基（Sean Langridge）是科技设施委员会(STFC)院士和利兹大学客座教授，他补充说：“在自然发生的自旋冰系统中，这种基态曾被预言，但未被实验观察到。

　　“现在已经观察到了，只是在一个人工系统中观察到的，下一步是动态观察激发态，就从种基态中观察。我们要这样做，只能控制与最先进平板印刷技术的相互作用。这一水平的控制，就可以在更大程度上理解这一迷人的系统。”

　　这个小组创造了“人工”自旋冰样品，在布鲁克海文国家实验室使用的是一种最先进的纳米技术工具，被称为电子束编写器。类似的400万英镑的设施不久即将开放，就在利兹大学，这一设施在英国是独一无二的，这样就可以继续同布鲁克海文实验室研究人员合作。