自旋玻璃

编辑:縠皱网互动百科 时间:2020-01-27 08:55:37
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自旋玻璃是物体的磁性介于铁磁体与顺磁体之间的一种“自旋短程有序,长程无序”的材料,它是磁性合金材料的一种亚稳定的状态[1]  ,磁性原子的自旋被振荡的RKKY交换相互作用无规地冻结,其分布呈现出长程无序性。这里的“玻璃”实际上是长程无序状态的代名词,指这种无序状态类似于一般所说的玻璃。从实验上,观察到在弱磁场下,磁化率的温度依赖性曲线上出现一个尖锐的最大值。而且在磁场冷却情况下,磁化率的尖锐极大值不再出现。在冻结温度以下,零场时自旋被无规冻结,加场时自旋在磁场方向被冻结。
中文名
自旋玻璃
外文名
spinglass
特    点
受挫和无序
受    挫
无序和混和作用的直接结果

目录

自旋玻璃简介

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磁性材料是由许多具有稳定磁矩的原子或小原子集团构成的,它们的磁矩之间相互作用,构成了宏观上的磁性现象。这样的相互作用基本有两类。一类是铁磁相互作用:两个相邻的磁矩排成同一个方向。另一类是反铁磁相互作用:相邻的磁矩排成相反的方向。如果材料的内部只有铁磁相互作用,所有的磁矩排成了同一个方向,那么材料具有像磁铁一样的性质。如果只有反铁磁相互作用,那么磁矩的方向总是正反相间,相互抵消,磁化率为0。宏观上,材料“没有磁性”。而当材料内部随机存在着铁磁相互作用和反铁磁相互作用时,就会形成自旋玻璃。

自旋玻璃受挫

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受挫现象是对自旋玻璃态系统中亚稳基态众多的解释,其含义是由于几何结构使得不存在一个确定的磁矩(自旋)状态能满足系统能量最小化的要求。最简单的例子是一个由三个自旋组成的系统,每两个自旋之间都是反磁相互作用。当其中两个自旋方向相反(一上一下)的时候,无论第三个自旋处于什么状态(上或者下),都无法满足所有相互作用的要求:两种状态的系统能量相同[1]  。因此,这两种状态出现的可能性是一样大的,这就是受挫。
当这类三自旋系统或类似的系统数量众多的时候,会有很多个不同的状态有着几乎同样的能量,这导致了自旋玻璃材料的基态的复杂性。在自旋玻璃体系中,随机性或无序性是必不可少的,混合相互作用是产生竞争和保证协作性冻结过程的本质。

自旋玻璃磁化弛豫

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自旋玻璃材料由于自旋随机冻结,宏观整体的磁化率是0。然而,自旋玻璃并不像反铁磁性材料一样在低温时对外部磁场产生抵抗,而是像顺磁性材料一样,会被外部磁场磁化。而自旋玻璃不同于顺磁性材料的地方是,它磁化的过程是相对缓慢的。顺磁材料的磁化弛豫时间(从开始到磁化完成的时间)几乎可以忽略不计,但自旋玻璃则需以分钟甚至小时计。同样地,已经磁化后撤除外部磁场,自旋玻璃需要的恢复时间也是缓慢的。
参考资料
  • 1.    Prabodh Shukla.Physics of disordered solids:Mittal Publications,1982
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