自旋冻结

自旋冻结[编辑]

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[1]:3。达到峰值时的温度也称为“冻结温度”（表示之后开始“冻结”）。

亚稳态[编辑]

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”（frustration，或称受挫现象）。

阻挫[编辑]

第三个自旋该取何种状态？

阻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[2]:89。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[2]:90。因此，这两种状态出现的可能性是一样大的，这就是阻挫。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[3]:12-13。

磁化弛豫[编辑]

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。