spin glass
简介
自旋玻璃最初主要是在合金中发现的，它是指在 一种非磁性金属基体中，无序地分布着少量磁性杂质原子的稀释合金系统. 这种稀释合金系统往往在某特定温度Tf以下， 其杂质磁矩将混乱地被冻结起来，宏观磁矩等于零，系统的这一状态称之为自旋玻璃态. 在Tf温度以上，系统为顺磁性. 冻结温度Tf与磁性杂质浓度成正比. 自旋玻璃这一名词是Coles于1970年首先提出用来描述具有弱磁矩的稀释合金AuCo强磁行为的.
自旋玻璃的磁特性有两个重要特征，1.低场磁化率在冻结温度时出现一尖峰，峰值的尖锐度随磁场的减低而愈加显著; 2.在冻结温度以下，自旋玻璃不具有自发磁化，其磁化过程是不可逆的，且存在剩磁影响及时间效应. 磁性杂质的浓度是决定系统状态的重要因素. 在杂质原子浓度极小时，原子间距极大，杂质原子可认为彼此孤立，其自旋混乱排列在基体金属中，这时只有孤立的杂质原子与巡游电子间的耦合作用，这是Kondo效应的特征. 当浓度提高时，各杂质自旋间开始发生相互作用，这是以巡游电子为媒介的间接交换作用，并且周期性地改变符号，这是RKKY交换作用. 在外磁场为零，温度降到Tf时，各杂质磁矩将冻结在各个不同方向，其宏观磁矩等于零，这就是系统将处于自旋玻璃态. 当杂质浓度再增加时，某些磁性原子之间出现短程关联作用，而形成磁性杂质团，称“自旋团”(spin cluster)或混磁性团(mictomagnetic cluster). 在冻结温度以下，孤立杂质原子自旋和团的磁矩都被混乱无序地冻结起来，而使宏观磁矩等于零. 这种系统称混磁体(mictomagnet).当杂质浓度超过某个临界值时，合金系统出现长程非均匀的磁有序态，这时合金称为铁磁性或反铁磁性. 这一临界浓度称为沟通极限(percolation limit). 超过该极限值，合金不可能出现自旋玻璃态. 要形成好的自旋玻璃态，杂质在母相中必须要有较好的固溶度，使杂质原子均匀混乱地分布在母相中，而不出现化学结团. 另外，合金必须是好的磁矩系统，即其Kondo温度TK很低，在杂质浓度很小时就可有Tf>TK，因为在TK以下，由于传导电子的作用，磁性杂质原子将失去磁性. Tf>TK是自旋玻璃态存在的必要条件.
现在已经发现有多种材料具有自旋玻璃的性质，这些材料大体可以分为四类： 第一类如上所述是含3d过渡族磁性杂质原子的稀释合金系统，例如AuFe，AuCr，CuMn，AgMn等;第二类是含稀土原子的三元化合物，如(La1-x Gdx)Al2，(GdxCe1-x)Ru2等;这时稀土原子的4f电子起着与过渡族3d电子相同的作用. 第三类是稀释磁性半导体，如Cd1-x Mnx Se，Hg1-x MnxTe ，Zn1-x MnxSe等，这时Mn原子的3d电子之间产生类RKKY交换作用;第四类是绝缘体自旋玻璃，如(EuxSr1-x)S，当0.13<x<0.65时为自旋玻璃态，这是由于近邻和次近邻的Eu2+离子的短程铁磁和反铁磁交换作用同时存在，二者对抗的结果改变了磁有序态.