自旋玻璃
物理的十六中态
物理的十六中态物理学是研究物质及其相互作用的一门学科，其中有许多重要的中态。
这些中态是物质在特定条件下的状态，具有独特的物理性质和行为。
本文将介绍物理学中的十六种中态，分别是：固态、液态、气态、等离子态、玻璃态、凝胶态、胶体态、溶胶态、胶溶体、超临界流体、超导态、超流态、自旋玻璃态、自旋液态、量子液态、布洛赫态。
固态是物质最常见的状态之一，其特点是分子或原子紧密排列，相互之间有很强的结合力。
固态具有固定的形状和体积，而且能够承受外力而不易变形。
固体的性质和行为受到晶体结构和晶体缺陷的影响。
液态是物质在一定温度范围内的状态，具有自由流动的特性。
液体的分子或原子之间的结合力较弱，可以自由运动，但仍保持一定的接触。
液体的形状由容器决定，但体积可改变。
液体的性质受温度和压力的影响。
气态是物质最自由的状态之一，其分子或原子之间几乎没有结合力。
气体分子自由运动，具有较高的速度和能量。
气体的形状和体积都可以随外界条件改变。
气体的性质受温度和压力的影响，遵循气体状态方程。
等离子态是物质在高温或高能量条件下的状态，其中原子或分子被电离，形成带正电荷和带负电荷的粒子。
等离子体具有良好的导电性和磁性，是太阳和星际空间中存在的主要状态之一。
玻璃态是物质在迅速冷却时形成的非晶体结构。
与晶体不同，玻璃没有明确的晶格结构，具有无序的排列。
玻璃具有高度的透明性和硬度，但缺乏晶体的定向性。
凝胶态是一种介于固态和液态之间的状态，具有固体的弹性和液体的流动性。
凝胶由固态的颗粒或分子组成，悬浮在液体中。
凝胶的形状和体积可变，具有较高的吸水性和胶凝性。
胶体态是一种分散系统，由微小的颗粒或液滴悬浮在介质中形成。
胶体具有较大的表面积和较强的散射能力，表现出浑浊、乳白或半透明的性质。
胶体广泛存在于自然界和工业生产中。
溶胶态是一种溶解度较高的液体溶液，其中溶质以分子或离子形式均匀分散在溶剂中。
溶胶具有透明的性质，不会沉淀或分层。
溶胶的浓度可以通过调整溶质和溶剂的比例来改变。
块体物理学中的磁性与自旋玻璃
块体物理学中的磁性与自旋玻璃磁性与自旋玻璃是块体物理学领域中的重要研究课题。
在这个领域中，科学家们通过研究材料中电子自旋的性质，探索了不同物质中的磁性行为以及自旋玻璃现象，并为新材料的设计和应用提供了理论基础和实验依据。
磁性是物质最常见的特性之一。
一般来说，物质中的磁性是由于电子自旋的存在所导致的。
电子自旋具有磁矩，当一个物质中存在多个自旋相互作用的时候，就会出现磁性现象。
磁性行为可以分为顺磁性、反磁性和铁磁性。
在顺磁性中，外加磁场使物质中的自旋沿场方向排列；在反磁性中，外加磁场使物质中的自旋沿相反方向排列；而在铁磁性中，自旋沿着同一方向排列，并且在外磁场下呈现出具有明显磁性的行为。
自旋玻璃是一种特殊的自旋有序状态。
与传统的磁性材料不同，自旋玻璃中的自旋没有明确的有序排列规律，而是形成一种形状复杂且具有无规则性的自旋结构。
这种无规则的自旋结构导致自旋玻璃在外磁场的影响下表现出各种奇特的行为，例如磁可能会出现畸变、熵会迅速增加等。
自旋玻璃不仅在基础物理研究中具有重要意义，还有可能应用于新型计算机和存储设备等领域。
在理解和研究自旋玻璃的行为时，科学家们发现，物质中的晶格结构对于自旋玻璃的形成起到了重要的作用。
例如，当晶格结构具有一定的无序性时，自旋玻璃往往更容易形成。
此外，材料中存在的缺陷、杂质等也可以促使自旋玻璃的形成。
这些因素的综合作用使得自旋玻璃在不同的材料和条件下表现出丰富多样的行为。
过去的研究中，科学家们通过实验和模型推导，对于自旋玻璃的形成机制有了一定的认识。
然而，自旋玻璃的行为依然具有很大的复杂性和挑战性，尤其是在多维材料和低温条件下。
因此，进一步研究自旋玻璃现象的机理和性质仍然是块体物理学中的一个重要课题。
随着实验技术的不断发展和进步，科学家们对自旋玻璃现象的理解也在逐步加深。
例如，最近的研究发现，通过调控材料的晶格结构和化学成分，可以实现自旋玻璃的控制和调控，为实现新型自旋电子器件提供了新方向。
第二讲 自旋玻璃
非磁性杂质 2, LaCe合金中的Ce在常压下为磁性，但在高压下失去磁
性 3, CuNi合金中的Ni含量小于25％时,Ni原子不具有磁性
用Anderson模型来解释以上现象
何为准束缚态？ (VBS)
（定域电子与巡游电子杂 化，杂化越强则 越大）
在时间坐标上有序
比较：顺磁系统在空间和时间上都无序
自旋玻璃的发现（20世纪70年代）
磁化率尖峰温度 为自旋冻结温度
与反铁磁相变的区别
磁化率尖峰被直流磁场抹低 冻结温度随频率增加而上升
自旋玻璃为什麽会“冻结” ？
无序－磁杂质无序分布 受挫－不能让所有磁矩都处于能量有利的状态 铁磁相互作用与反铁磁相互作用的竞争
lim
N
<Si(t0)•Si(t0+t)>
，
取 i从1到N的平均值
自旋玻璃的种类
• RKKY型自旋玻璃（有巡游电子） • 非金合金自旋玻璃（巡游电子局域化） • 半导体自旋玻璃（基本上没有巡游电子）
类自旋玻璃行为和复杂体系
神经系统 计算机原理
思考题续：
10，叙述自旋冻结的物理机制。 11，为什麽零磁场冷却和磁场中冷却的磁化率－温度
杂质周围的电子云“晕” 和 Friedel振 荡
类似形 成驻波
磁性杂质周围的Friedel 振荡
极化电子云
RKKY相互作用
局域磁矩之间通过极化电子云产生间接交换相互作用
RKKY相互作用的特点
交换常数的符号随着两磁矩的距离而周期振荡； 相互作用能大小与两磁矩距离的3次方成反比
自旋玻璃：
一种新的磁矩系统有序状态 在空间坐标上无序，
自旋玻璃与超顺磁的区别
问：自选玻璃(SG)和超顺磁(SPM)的区别答：物质的磁性来自于电子自旋磁矩、电子轨道磁矩、核磁矩，磁性的，可将其分为顺磁性、抗磁性、自旋玻璃、铁磁性、反铁磁性等。
其中，自旋玻璃(SG)从字面上看是自旋组成的“玻璃”，即一种取向无序的自选系统。
玻璃二字形容自旋方向的无规分布，在某种意义上讲是“无序体系”的代名词。
自旋玻璃状态中的磁矩方向是随机冻结的，其分布呈现出长程无序性，这里的冻结过程与融熔玻璃固化的过程类似，它没有严格的凝固温度。
也可以这样讲，从空间坐标看，其各个磁矩的冻结方向是无序的；从时间坐标看，其每个此举冻结在固定的方向而失去转动的自由度。
一般将自旋冻结温度T f定义为磁化率的尖峰温度，不是热力学意义上的相变温度，其磁矩在这个温度以下开始冻结。
当温度较高时，热运动破坏了相互作用，各杂质磁矩仍然转动自由，基本上呈现顺磁状态。
随着温度降低，相互作用逐渐压过热运动，磁矩转动开始不自由，最后趋于各自的择优方向上，即“冻结”起来。
因每个磁矩与其周围其它磁矩的相互作用有铁磁的，也有反铁磁的，它的冻结方向取决于周围所有磁矩对它作用的“合力”，又因为各个磁矩周围的环境不可能一样，所以它的冻结方向无序。
随着温度的降低，整个磁矩系统的取向状态经历一个较为复杂的过程，最终冻结为自旋玻璃态。
自旋玻璃有两大特点：受挫和无序。
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。
因此，这两种状态出现的可能性是一样大的，这就是受挫。
当这类三自选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。
固体物理：第十一章 自旋玻璃
从很高温度到绝对零度，系统磁熵的变化可以测比热得到
S(T ) S(T 0) CM dT cR ln(2S 1) 0T
基于测得的磁比热值通过作图法可求得自旋系统的熵 即：以C(T)/T为纵坐标、以Ｔ为横坐标重新画实验曲线
由曲线下面的面积确定出自旋系统熵的变化 可以发现：远在Tg以上自旋系统的熵已有很大的变化
如 由局域磁矩组成的磁系统如铁磁体：高于居里温度时磁矩取向 无序，无论在空间上还是时间上，对称性很高。在居里温度以 下，磁矩间的交换相互作用超过了热运动，磁矩有序地排列起 来，这时系统的对称性就非常低了。
统计物理中的各态遍历假说
只要时间足够长，系统可以历经所有可能存在的微观态
所谓“系统”是由大量微观粒子组成，系统的微观态就是在 某一微观瞬间各个微观粒子的位置、运动状态的总和，只要 有一个微观粒子改变状态，整个系统的微观态也就发生变化， 系统无时无刻不在变化着它的微观态，是真正的瞬息万变。
始明显起来，它们之间
的相对取向对系统的能
量有影响，导致系统不
同的组态具有不同的自 由能，即“地形图”上 T<Tf
kBT
kBT 出 现 高 低 不 平 的 “ 丘 陵”。
相空间
温度愈低磁矩间相互作
用愈强，“丘陵”变成
“山峰”和“低谷”。
自由能
自由能
当自旋玻璃系统从高温降到Tf以下，它可
kBT 能随机地落入某一个“低谷”，再升温后
比热曲线虽呈现极大值现
Tg
象，但极大值出现在远高
于Tg的温度
温度
表明 自旋玻璃的冻结不同于一般意义的相变 可基于熵的变
化得以理解
自旋玻璃在很高温度时各磁矩完全自由转动，磁系统的总熵 应为cRln(2S+1)。其中c为磁矩浓度，R为气体常数，S为磁 矩的自旋值。
高温超导体中的自旋玻璃态
高温超导体中的自旋玻璃态摘要：近年来，随着高温超导材料的发展，特别是在铜氧化物高温超导材料方面的研究进展，使得自旋玻璃态逐渐成为科学家研究的一个方向。
自旋玻璃是一种非晶态磁性材料，对它的研究具有极大的科学意义和不可估量的潜在应用价值，自旋玻璃的应用非常广泛，在绝大多数科研项目中都发挥了极其重要的作用，高温超导就是其应用之一。
该文从自旋玻璃态的一系列现象出发，研究分析了最近几年来科学家们对自旋玻璃态的研究成果。
关键词：自旋玻璃态高温超导体铜氧化物自旋玻璃系统不同于其他系统，它包含着自旋，但是自旋取向却是很复杂的，在自旋玻璃中存在着竞争，这种竞争发生在铁磁性和反铁磁性的磁矩之间，人们在研究合金的过程中发现了自旋玻璃现象，这就是自旋玻璃最初的起源，因此自旋玻璃原来是指一些金属或者合金，这些金属或者合金中含有大量局域磁矩，竞争的存在是此系统的特点，其间的竞争是发生在铁磁相互作用与反铁磁相互作用之间的。
这种磁系统最后会冻结，从而成为自旋玻璃态，其原因是温度下降，使得磁系统内部发生了一系列复杂的变化，磁矩的取向发生了很大的变化。
若从时间的观点上看，所有磁矩转动自由度消失，被冻结固定在一个方向上；若从空间观点上看，这种冻结是杂乱无章的，磁矩分布的方向是无序的。
1 自旋玻璃态研究现状自从20世纪80年代初发现铜氧化物高温超导体以来，越来越多的实验表明该体系从反铁磁绝缘体向超导体过渡过程中，出现了明显的电子自旋玻璃态，甚至持续到超导的铜氧化物之中，因此人们对自旋玻璃从实验上和理论上都进行了大量的研究。
1.1 自旋玻璃态相图的研究金属到氧化物的转变看起来像是一个自然的场，这个场中存在着自旋、电荷和自由分布的晶格度之间的相互作用[1]，在金属到氧化物的转变像图中，自旋玻璃态的相是很常见的，并且可以在其他情况下观察到，这可以看成是一个自然的结果，这个结果是由于在这样复杂的系统中具有化学掺杂而产生的无序状态引起[2]。
磁性受挫可以理解为是局域反铁磁改变的结果，这种改变是发生在三维反铁磁长程序连接的铜离子之间，早期用掺杂的方法对自旋运动和其演变进行的观察显示出，完整的自旋玻璃态转变过程发生在一个有限的反铁磁领域，在不对称但是磁性有序的相中发生联合冻结。
自旋玻璃态的自由能帕里西公式
自旋玻璃态的自由能帕里西公式一、自旋玻璃态简介。
1. 定义与概念。
- 自旋玻璃态是一种特殊的物质状态，它出现在某些磁性系统中。
在这些系统里，存在着自旋（磁矩）之间复杂的相互作用。
与普通的铁磁体或顺磁体不同，自旋玻璃态中的自旋相互作用是无序的且包含竞争关系。
- 例如，在一些合金系统中，如铜 - 锰合金，锰原子的自旋之间既有铁磁相互作用的倾向，又有反铁磁相互作用的倾向，这种相互作用的竞争导致了自旋玻璃态的形成。
2. 物理特性。
- 自旋玻璃态在低温下表现出独特的磁性行为。
它没有长程磁有序，但是在短距离内自旋之间存在一定的关联。
- 从热力学角度看，其比热、磁化率等热力学量表现出与普通磁性材料不同的温度依赖关系。
二、自由能概念。
1. 热力学中的自由能。
- 在热力学中，自由能是一个非常重要的概念。
对于一个系统，自由能（F）定义为F = U - TS，其中U是内能，T是温度，S是熵。
- 自由能可以看作是在等温过程中系统可对外做的最大有用功。
在平衡态时，系统的自由能达到最小值。
2. 自旋玻璃态中的自由能。
- 在自旋玻璃态中，自由能的计算和理解变得更加复杂。
由于自旋之间复杂的相互作用，不能简单地用传统的方法来计算其自由能。
三、帕里西公式的推导。
1. 基本假设与出发点。
- 帕里西公式的推导基于一些假设。
其中一个重要假设是关于自旋玻璃态中自旋相互作用的层次结构。
- 假设自旋之间的相互作用可以按照一定的层次进行划分，这种层次结构反映了系统的无序性和复杂性。
2. 推导过程中的关键步骤。
- 推导过程涉及到复杂的统计物理方法。
要对自旋系统的配分函数进行处理。
配分函数Z是统计物理中一个核心概念，它与系统的自由能通过F=-kTlnZ相关联（其中k是玻尔兹曼常数）。
- 在处理自旋玻璃态的配分函数时，需要考虑到自旋相互作用的随机性。
帕里西通过引入复制技巧（replica trick）来处理这种随机性。
复制技巧是一种数学上的处理方法，它假设存在多个相同的系统副本（replicas），然后通过对这些副本的平均来得到系统的物理量。
自旋玻璃模型简介和空腔法
自旋玻璃模型简介和空腔法
自旋玻璃模型是一种用来描述自旋系统行为的理论模型。
自旋
系统是由一系列自旋相互作用的粒子组成的系统，比如磁性材料中
的自旋。
自旋玻璃模型最早由Paul Young提出，用来描述具有自旋
-自旋相互作用的无序系统的行为。
在自旋玻璃模型中，自旋相互作
用的不规则性导致了系统的自旋冻结在一种无序的状态，类似于玻
璃的无序结构。
这种冻结状态在低温下会导致系统呈现出复杂的动
力学行为，如自旋玻璃转变和自旋玻璃相变等现象。
空腔法是一种用来研究自旋系统的实验方法。
它利用光学腔来
调控和探测自旋系统的行为。
在空腔法实验中，自旋系统通常被置
于光学腔中，通过光子与自旋之间的相互作用来实现对自旋系统的
控制和测量。
这种方法可以用来研究自旋系统的量子行为，比如自
旋的量子纠缠和自旋的量子相干等现象。
空腔法实验为研究自旋系
统的量子特性提供了重要的实验手段，对于理解自旋系统的量子行
为具有重要意义。
综上所述，自旋玻璃模型是用来描述自旋系统行为的理论模型，空腔法是一种用来研究自旋系统的实验方法。
两者结合可以帮助我
们更全面地理解自旋系统的行为特性，从而推动自旋系统领域的研究和应用。
自旋玻璃简介
自旋玻璃的物理特性
直流磁化率
零场冷却ZFC和带场冷却FC的磁化率有明显的差别： 在冻结温度以上, 两种磁化率随温度的变化曲线是重合的； 但从冻结温度开始，随着温度的降低，ZFC磁化率逐步减 小，而FC磁化率几乎保持不变 即,在冻结温度处ZFC的磁化率和FC的磁化率发生了分叉
超顺磁性
超顺磁性(superparamagnetisim, SPM)：
自旋玻璃有不少奇特的性质与它在微观组态上的特征密 切相关，如磁化过程受样品历史的影响，磁弛豫现象等
自旋玻璃的物理特性
对于自旋玻璃，其磁矩是在某个温度以下开始பைடு நூலகம்结 ——这个温度被称为冻结温度Tf
自
冻结温度以上:遵循居里外斯定律
旋
玻 璃
冻结温度附近:直/交流磁化率变化
行
为
远低于冻结温度:交换偏置现象
自旋玻璃的物理特性
超顺磁特性
自旋玻璃的物理特性
LaSr1-xCoxO3的ZFC/FC曲线
此二样品规律：
低于TC时ZFC出现尖峰，且随Sr含 量减少而降低
但不同于经典SG，分叉/不可逆温度 Tirr＞＞Tf
——氧化物中的自旋玻璃
自旋玻璃的物理特性
❖FC曲线符合Brillouin型 ❖ZFC曲线M值较低，低于TC5~20K左右 峰值TA下单调变化
超顺磁性与自旋玻璃区别
经典SPM与SG差别：
❖ FCM与ZFCM间差别远在TP(峰值温度)以下，而SG的差别在Tg 以下就开始
❖ FCM随温度降低单调增加，而SG的在Tg以下几乎保持不变 ❖ FC与ZFC的磁化率随磁场增大而减小，且TP移向低温处，而
SG的ZFC磁化率在Tg附近仅有轻微的减小
LaBa1-xCoxO3的ZFC/FC曲线
自旋玻璃模型简介和空腔法
自旋玻璃模型简介和空腔法全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：自旋玻璃模型是一种用来描述自旋玻璃行为的理论模型，它在凝聚态物理领域有着重要的应用。
自旋玻璃是一种具有局域有序但整体无序的状态，它在很多强关联系统中都可以观察到，这种状态对于理解凝聚态物质的性质和行为具有重要意义。
自旋玻璃模型可以帮助我们理解自旋玻璃的产生机制以及其在物质性质中的作用。
自旋玻璃模型最早由波冲尔和安德森在1975年提出，在这个模型中，自旋系统中的自由度之间具有一种无序的相互作用，这种相互作用会导致自旋自发地形成局域的有序结构，但整体上呈现出无序状态。
这种局域有序的结构可以通过自旋玻璃模型来描述，而这种状态对于很多凝聚态系统的性质和行为具有重要的影响。
自旋玻璃模型在研究自旋液体、自旋玻璃等系统时起着至关重要的作用，它可以帮助我们理解物质在不同温度和磁场下的性质变化，以及局域对称性破缺和无序性等问题。
通过研究自旋玻璃模型，我们可以揭示强关联系统中的玻璃转变行为，为我们理解和探索凝聚态物理中的新现象和新物理提供重要参考。
空腔法是一种用来研究自旋玻璃现象的实验方法，它通过在腔中放置不同形状和尺寸的自旋液体样品来观察其自旋动力学行为。
在空腔法中，研究人员可以通过调控腔体和样品之间的相互作用来探索自旋玻璃的形成机制和性质。
空腔法可以提供一个高度可控的实验环境，使得研究人员可以精确地测量自旋玻璃的特性，并对其进行深入的研究。
自旋玻璃模型是研究自旋系统中局域有序和整体无序状态的重要理论工具，而空腔法则是一种研究自旋玻璃现象的实验方法。
通过结合理论模型和实验方法，我们可以更全面地了解自旋玻璃的产生机制和性质，为我们理解和探索凝聚态物理中的新现象和新物理提供重要的参考。
希望未来能够进一步深入研究自旋玻璃领域，为我们揭示未知的物质世界带来新的突破和发现。
第二篇示例：自旋玻璃模型简介和空腔法是两种常用于研究材料性质的方法。
自旋玻璃模型是一种数学模型，用来描述当温度趋近绝对零度时的自旋玻璃材料的行为。
铁磁体的自旋玻璃态
铁磁体的自旋玻璃态铁磁体是物理学中的一类重要材料，其具有磁性，在现代电子技术中广泛应用。
在铁磁体中，自旋的方向会受到相邻自旋的影响，从而出现磁性。
而在某些情况下，铁磁体的自旋会出现混沌状态，这种状态被称为自旋玻璃态。
什么是自旋玻璃态？自旋玻璃态是指铁磁体在特定温度下出现自旋混沌现象，自旋方向不再有规律而是呈现出无序分布的状态。
这种状态下磁矩随时间变化的方式类似于晶体中的玻璃转变，因此被称为自旋玻璃态。
自旋玻璃态的研究是理论物理学家们的一大热点。
它的性质既具有铁磁性也具有非晶态的特点，因此被称为“自旋非晶态”，这种态具有一定的应用价值。
自旋玻璃态的研究不仅拓展了我们对磁性材料的认识，也为今后的工业应用提供了新的可能。
自旋玻璃态的形成机理铁磁体的自旋玻璃态形成通常是因为存在多种相互竞争的相邻自旋相互作用。
这种竞争可能来源于材料自身的结构，也可能来自外界的干扰。
这种相互竞争使得自旋的方向无法确定，最终导致出现自旋混沌的状态。
此外，自旋玻璃态的形成还与材料温度有关。
如果材料温度较高，那么相邻自旋的相互作用将逐渐减弱，自旋的方向将逐渐趋于稳定，自旋玻璃态将逐渐消失。
因此，自旋玻璃态是一种相对温度比较低的特殊状态。
自旋玻璃态的应用自旋玻璃态由于其特殊的物理性质，在一些应用领域具有重要价值。
比如在数据存储方面，自旋玻璃态的可读写性能比传统存储介质更加优越，其磁介质的磁场稳定性也更高，因此被广泛用于硬盘等设备中。
此外，在传感器、级联反应器等领域也有应用。
自旋玻璃态所具有的非线性响应、记忆效应等特性能够促进传感器的敏感度和响应速度，使得传感器能够更加精准地检测到周围环境的微小变化。
总之，自旋玻璃态作为铁磁体的特殊状态，在物理学和工业应用中都具有一定的研究和应用价值。
这种状态不能简单地归纳为铁磁性或非晶性，而是一种独特的状态。
未来，随着物理学和材料科学的发展，我们对自旋玻璃态所具有的特殊性质还将有更深刻的认识。
磁学理论中的自旋玻璃现象
磁学理论中的自旋玻璃现象自旋玻璃现象是指在某些磁性材料中，自旋在低温下呈现出随机排列的状态。
这种现象首先由日本学者在1986年发现，并引起了广泛的关注。
自旋玻璃现象的研究对于理解磁性材料的性质以及开发新型的磁性材料具有重要意义。
自旋玻璃现象的出现是由于磁性材料中的自旋之间的相互作用的复杂性。
在一般的磁性材料中，自旋往往会在低温下呈现出有序的排列，形成磁性的长程有序态。
而在自旋玻璃材料中，由于材料的结构或者自旋之间的相互作用的特殊性，自旋无法形成长程有序的排列，而呈现出一种类似于玻璃的无序态。
自旋玻璃现象的研究涉及到多个学科的知识，包括磁学、凝聚态物理以及统计力学等。
通过对自旋玻璃材料的实验研究，科学家们发现了一些有趣的现象。
例如，自旋玻璃材料在低温下呈现出弱磁性，而在一定温度范围内，磁化率会发生奇异的变化，这被称为“自旋冻结”。
此外，自旋玻璃材料还表现出一些非常规的磁性行为，如自旋玻璃转变、自旋涡旋转等。
研究自旋玻璃现象不仅可以增进我们对磁性材料的理解，而且还有助于开发新型的磁性材料。
自旋玻璃现象的存在使得科学家们可以通过调控材料的结构或者自旋之间的相互作用来实现对磁性材料性质的调控。
这对于磁存储、磁传感器等领域的应用具有重要意义。
在自旋玻璃材料的研究中，人们也发现了一些有趣的现象。
例如，自旋玻璃材料在受到外界磁场的作用下，会表现出一种类似于“记忆效应”的行为。
这种现象被称为“自旋玻璃记忆效应”。
这种记忆效应的出现使得自旋玻璃材料在信息存储领域具有潜在的应用价值。
虽然自旋玻璃现象已经被发现多年，但对于其机理的理解仍然存在一定的挑战。
目前，科学家们提出了多种可能的机理来解释自旋玻璃现象的发生，如自旋涡旋转、自旋玻璃转变等。
然而，这些机理仍然需要进一步的实验验证和理论研究。
总之，自旋玻璃现象是磁学理论中一个重要而有趣的现象。
通过研究自旋玻璃现象，我们可以更好地理解磁性材料的性质，并为开发新型的磁性材料提供理论指导。
强磁场下的自旋玻璃相变研究
强磁场下的自旋玻璃相变研究自旋玻璃是一种与普通固体不同的奇特物态，其特征是自旋自由度的冻结。
自旋玻璃相变则是指自旋玻璃状态和其他有序相之间的相变过程。
而在强磁场下的自旋玻璃相变研究中，人们发现了一些有趣而具有挑战性的现象和问题。
在强磁场下，自旋玻璃相变的研究可以被看作是一种探索自旋杂质相互作用强度对物质性质的影响的方式之一。
磁场可以对材料中的自旋排序施加强大的影响力，从而使材料的性质发生变化。
强磁场所施加的作用会导致既往未知的相变，从而引发了研究人员的浓厚兴趣。
相比于其他材料的研究，强磁场下的自旋玻璃相变具有一些独特的挑战。
首先，磁场所施加的作用往往需要非常高的能量，只有具有足够强大自旋-磁场耦合的材料才能够承受得住。
其次，由于自旋玻璃状态的复杂性，材料中的自旋排序难以准确、精细地控制。
因此，实验中常需要针对不同磁场强度和温度的参数范围进行广泛的研究。
在过去的几十年里，人们采用了许多不同的实验技术和理论模型，以便更好地理解强磁场下的自旋玻璃相变。
其中一种主要的实验技术是磁力显微镜技术，通过观察材料中的自旋排列，可以揭示自旋玻璃状态和相变的性质。
而理论模型则主要包括自旋玻璃模型和自旋杂质模型，通过这些理论模型的计算和模拟，可以得到关于自旋玻璃相变的定量预测和描述。
然而，强磁场下的自旋玻璃相变的研究仍然面临着许多的未解之谜和困境。
一方面，由于磁场对自旋的强大影响力，材料中的自旋排列通常非常复杂，研究人员往往难以准确地描述和控制。
另一方面，由于自旋玻璃态的复杂性，目前的理论模型和计算方法仍然不能完全解释和预测实验观测到的现象。
因此，研究人员需要进一步深入地探索自旋玻璃相变的本质和机制。
为了解决这些问题，研究人员可以从多个方向入手。
首先，通过发展更加精确和准确的实验技术，例如利用超冷原子和自旋-动量耦合等新兴技术，可以更好地观测和探测自旋玻璃相变的微观细节。
其次，通过构建更加细致和精确的理论模型，例如基于拓扑理论和凝聚态场论的模型，可以更好地解释和预测自旋玻璃相变的行为和性质。
自旋体系的高温超导
自旋体系的高温超导自旋是指物质中带有角动量的微观粒子所表现出的一种性质。
自旋体系是指物质中自旋相互作用所形成的集体现象。
在物理学中，自旋体系是研究超导现象的重要领域之一。
高温超导是指在相对较高的温度下出现超导现象。
在传统的超导材料中，超导温度很低，通常在几个开尔文以下。
但是，在1986年，高温超导材料的发现引起了科学界的震动。
这些新材料的超导温度高达几十开尔文，甚至更高。
高温超导引起了科学家对超导现象的新理解，并有望在电力和电子设备领域有着广泛的应用前景。
自旋玻璃体和高温超导自旋玻璃是一种自旋体系，其中自旋随机排列，形成一个“旋涡”状的结构。
这种自旋玻璃体的自由能被认为是由两个贡献组成的：一是“铁磁”项，二是“经典自旋涡”项。
经典自旋涡，是指自旋玻璃体内部存在着一些微观细节，这些微观细节形成了一些相对稳定的自旋涡。
高温超导材料中存在着自旋涡的结构。
这种结构被认为是高温超导的一个重要机制。
自旋涡可以创建一些局域电荷不均衡的地方，这些局域电荷可以与超导体中的空穴形成“配对”状态，从而使电荷在超导体内几乎无阻碍地流动。
研究表明，自旋玻璃体和高温超导材料可能存在相同的物理机制。
自旋玻璃体能够提高高温超导的超导温度，甚至可能引发新型的高温超导效应。
自旋波与高温超导除了自旋涡，自旋波也是自旋体系中的一种重要结构。
自旋波是指自旋体系中的自旋波动。
这些自旋波可以传递能量，例如磁激子。
当自旋波的频率达到一定的范围时，磁激子可以与电子和空穴发生作用，从而影响高温超导现象。
自旋波在高温超导材料中也起着重要的作用。
科学家发现，在某些高温超导材料中，自旋波的频率与高温超导现象有密切关系。
例如，某些高温超导材料的磁性等离子体中发现了一个特殊频率的自旋波，这个自旋波的频率正好与材料的超导温度有着密切的关系。
结语自旋体系的研究为高温超导的研究提供了新的方向。
自旋涡和自旋波等自旋结构在高温超导现象中的作用日益被认识到。
随着高温超导材料性质的深入研究，我们相信自旋体系的研究将会创造更多的工程和科学上的可能性。
自旋玻璃
材料
最早被研究的自旋玻璃材料是一些稀磁合金，即将少量磁性金属掺杂到非磁性金属中得到的合金，比如铜掺 锰合金Cu1-xMnx与金掺铁合金Au1-xFex。其中是表示掺杂金属的比例。
物理特性
自旋冻结 亚稳态
阻挫 磁化弛豫
相互作用产生有序，热运动产生无序。当物质的温度升高时，原子自身的热运动逐渐超过原子之间的相互作 用，于是物质宏观上变为顺磁性。而当温度重新降低时，物质将恢复独自的磁性特质。铁磁体材料在高温状态下 的磁性特征遵从居里-外斯定律。而当温度降至一定水平（称为相变温度或居里点）后，将快速回复铁磁性性质。 而自旋玻璃材料在高温时虽然也呈现顺磁性，但当温度下降时，复杂的相互作用使得长程有序状态无法形成，各 个磁矩被随机地冻结在某个方向，最后呈现无规则的长程无序状态。而这个转变过程是缓和的，就磁化率（测量 宏观上磁性到底有多大的量）来说，自旋玻璃材料在温度下降时磁化率先缓慢增高，经过一个峰值后再缓慢下降。 达到峰值时的温度也称为“冻结温度”（表示之后开始“冻结”）。
铁磁性材料和反铁磁性材料的磁矩在相变温度以下只有一种排列状态。比如铁磁性材料在低温时所有的磁矩 都按着同一个方向排列。这个状态下系统的能量是最低的。要改变这种状态需要较大的能量。而自旋玻璃材料在 低温时可能出现很多种不同的状态，这些状态下系统的能量都差不多（差距极微小），被称为亚稳态。这种情况 的出现是由于所谓的“阻挫现象”（frustrat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。
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准束缚态的半宽度 (反映杂化程度）
准束缚态中心能量 与费米能的差值d
解释实验现象
磁合金内有哪些交换相互作用？
局域磁矩与巡游电子自旋磁矩之间的交换作用 局域磁矩与局域磁矩：1，直接交换作用 2，RKKY间接交换作用
1，直接交换－－相邻磁矩的电子波函数有叠加
2， RKKY间接交换作用－－需要巡游电子做媒介
第二讲 自旋玻璃
关键词
局域磁矩 自旋玻璃、自旋冻结 无序、阻错 遍历破缺、亚稳态 弛豫现象、记忆效应
类自旋玻璃行为
物质的磁性有哪些来源？
组成物质的微观粒子：
原子核－质子，中子 （核磁矩很小） 电子－ 定域电子（自旋磁矩，轨道运动磁矩） 巡游电子（自旋磁矩）
（定域电子）
电子自旋 磁矩
电子轨道磁矩
在时间坐标上有序
比较：顺磁系统在空间和时间上都无序
自旋玻璃的发现（20世纪70年代）
磁化率尖峰温度 为自旋冻结温度
与反铁磁相变的区别
磁化率尖峰被直流磁场抹低 冻结温度随频率增加而上升
自旋玻璃为什麽会“冻结” ？
无序－磁杂质无序分布 受挫－不能让所有磁矩都处于能量有利的状态 铁磁相互作用与反铁磁相互作用的竞争
几个实验事实： 1, Fe或Mn原子固溶在Au,Cu中为磁性杂质，而在Al中为 非磁性杂质 2, LaCe合金中的Ce在常压下为磁性，但在高压下失去磁 性 3, CuNi合金中的Ni含量小于25％时,Ni原子不具有磁性
用Anderson模型来解释以上现象
何为准束缚态？ (VBS)
（定域电子与巡游电子杂 化，杂化越强则 越大）
4，何谓准束缚态？准束缚态的半宽度说明什麽现象？
5，简述Anderson模型的基本物理思想？ 6，什麽是Friedel振荡？磁性杂质与非磁性杂质周围的Friedel振
荡有何异同，为什麽？
7，RKKY相互作用是如何产生的？它有什麽特点？ 8，自旋玻璃最明显的特性是什麽？它与反铁磁有何区别？
9，什麽是自旋玻璃特征温度？它反映什麽物理过程？
？ ？
自旋玻璃系统的重要特征－亚稳态
自旋玻璃系统的组态自由能地形图
configurations
Landscape
温度越低，相互作用越强，地形越“陡峭”
各态遍历
遍历破缺
磁化率测量中场冷和零场冷的区别
场冷 零场冷
磁场中降温 时逐渐极化
CuMn合金
遍历破缺 • 驰豫过程 • 记忆效应
平衡系统的各态遍历假说：若系统的微观状态数为
30分钟
30分钟
交流磁化率（虚部） 的时效和记忆
在冻结温度以下，温 度的突然变化，会引 起的突然增大，然 后再弛豫到某一平衡 值。在弛豫过程中： 负温度循环后可记住 原来的状态 正温度循环后记忆消 失
为什么有记忆效应
自旋玻璃的其它物理性质
AuFe的热电势 CuMn的电阻
磁化率
自旋玻璃磁系统的比热：
t, N
取 i从1到N的平均值
自旋玻璃的种类
• RKKY型自旋玻璃（有巡游电子） • 非金合金自旋玻璃（巡游电子局域化） • 半导体自旋玻璃（基本上没有巡游电子）
类自旋玻璃行为和复杂体系
神经系统
计算机原理
思考题
1，物质的磁性有哪些来源？
2，磁性物质有哪些磁状态？ 3，定性分析金属中杂质具有稳定磁矩的主要决定因素。
18，研究自旋玻璃有没有普遍意义？
参考资料：
1，低温物理学；曹烈兆，阎守胜，陈兆甲；中国科技大 学出版社，1999年
2，凝聚态物理学（上卷）；冯端，金国钧；高等教育出
版社，2003年 3，Spin glasses; K.H.Fischer, & J.A.Hertz; University Press,1991 Cambridge
n=0, n 不为零，有
磁性 C：d能级未满，U较小 , 杂化较强，n和n 不等，有磁性 D： d能级未满，杂化较 强， U＝0， n= n， 非磁
C
D
金属和合金中局域磁矩形成的条件
Anderson模型
先考虑的U=0情况
EF
d
（ d为相对于费米能级的值）
＝d
杂质的磁相图
杂质是否磁性取决 于三个量： 正反自旋之间的库 仑相互作用能 U
孤立原子或离子的磁矩
洪德定则(经验规律）：
1,在满足泡利原理的条件下，电子总自旋取最大值; 2,电子总角动量取最大值; 3,若电子不到半满，则总角动量为J=|L-S | ，若超过 半满, 则J= | L+S |.
本质上取决于：泡里不相容原理和能量最低原理。
磁性原子“埋”在金属中是否一定有稳定磁 矩？
核磁矩
巡游电子自旋
物质的磁性
顺 磁 性
抗 磁 性
自 旋 玻 璃
铁 磁 性
反 铁 磁 性
其 它
各种磁有序状态：
顺磁、抗磁、铁磁、反 铁磁、螺旋排列、自旋 玻璃……
基态或低能激发态
自旋玻璃二维模型
晶态金属 非晶态金属
在自旋玻璃系统中必然有大量稳定磁矩
金属中局域磁矩存在的条件
铁磁物质 Ni的原子为什麽在有的金属 或合金中没有磁矩？ (如Cu80Ni20 )
(N,V,E)，在足够长的时间内，系统可以走遍每一个微观态
磁化弛豫实验
TRM 磁场中降温，等待tw， 去磁场，磁化强度随时 间不断减小 ZFC 零场中降温，等待tw， 加磁场，磁化强度随时 间不断增大
在等待时间内自旋玻璃系统发生演变
反映在去掉磁场后的退磁化弛豫曲线上
பைடு நூலகம்
低于冻结温度
记忆效应
负温度循环后可 记住原来的状态 正温度循环后 记忆消失
思考题续：
10，叙述自旋冻结的物理机制。
11，为什麽零磁场冷却和磁场中冷却的磁化率－温度
曲线不一样？ 12，为什麽自旋玻璃有驰豫现象?
13，如何解释自旋玻璃的记忆效应？
14，试将自旋玻璃系统的内磁场与铁磁或反铁磁系统 的内磁场进行比较，说明它们的内场分布。
15，如何定义自旋玻璃的序参量？
16，没有RKKY作用的磁系统是否会有自旋玻璃特性？ 17，画出一种自旋玻璃的T-x相图。
低温下为温度的线性关系，且与磁杂质浓度无关
在冻结温度附近有一个峰
AuFe合金的 Mossbauer谱
在冻结温度以下， 谱线有六个峰， 表明合金中有局
域的内磁场
自旋玻璃系统与顺磁系统的比较
平均场描述和序参量
Edwards 和 Anderson的定义：
qEA=lim lim <Si(t0)Si(t0+t)> ，
杂质周围的电子云“晕” 和 Friedel 振荡
类似形 成驻波
磁性杂质周围的Friedel 振荡
极化电子云
RKKY相互作用
局域磁矩之间通过极化电子云产生间接交换相互作用
RKKY相互作用的特点
交换常数的符号随着两磁矩的距离而周期振荡；
相互作用能大小与两磁矩距离的3次方成反比
自旋玻璃：
一种新的磁矩系统有序状态 在空间坐标上无序，
实空间分布
在能量坐标上分布
态 密 度 束缚态
准束缚态 束缚态 准束缚态
(U=0 的情况)
A:杂质d能级在费米海中
分为spin 和spin两 分支能级，分别占有
A
B
n和n个电子（未考虑
杂化和相互作用）
n
n
B : 因原子内spin 和spin
电子之间相互作用U较 大, spin 和spin支能 级分开, d能级半满，