Спиновые стёкла
Спиновые стёкла — разбавленные магнитные сплавы (например, CuMn, AgMn или AuFe), то есть немагнитные материалы с включением магнитных примесей с относительной концентрацией магнитных ионов от 10−3 до 10−1. Между магнитными ионами существует дальнодействующее РККИ-обменное взаимодействие посредством электронов проводимости. Экспериментально изучались с 1960-х годов, в качестве важной работы часто цитируют Cannella, Mydosh, 1972.
Спиновые стёкла рассматриваются как состояние магнитной системы со случайным распределением спин-спиновых взаимодействий. В системе отсутствует дальний порядок, причем беспорядок в системе замороженный, то есть не меняется со временем. Энергия обменного взаимодействия осциллирует, меняя знак, в зависимости от расстояния между атомами, поэтому в спиновых стёклах конкурируют ферромагнитные и антиферромагнитные взаимодействия, распределённые случайным (но постоянным во времени) образом благодаря случайному расположению магнитных атомов.
Свойства
Спиновые стёкла отличаются от других магнетиков рядом свойств:
- зависимость магнитной восприимчивости от температуры претерпевает резкий излом (англ. cusp) при критическом значении температуры [math]\displaystyle{ T_c }[/math], [math]\displaystyle{ T_c }[/math] возрастает с увеличением концентрации магнитных примесей и уменьшается с ростом частоты приложенного магнитного поля (снижение критической температуры наблюдается даже для очень медленного изменения магнитного поля, вплоть до минут). Само магнитное поле размывает излом. Такое поведение говорит о том, что равновесие в спиновых стёклах устанавливается медленно;
- спиновые стёкла демонстрируют магнитную вязкость, то есть зависимость магнитного момента от времени при температурах ниже [math]\displaystyle{ T_c }[/math];
- магнитная часть теплоёмкости зависит от температуры линейно в области низких температур, а в точке [math]\displaystyle{ T_c }[/math] наблюдается плавный максимум теплоёмкости. Это говорит о сильной вырождённости основного состояния спиновых стёкол.
Фрустрации
Параметр порядка Эдвардса-Андерсона
Спиновые стёкла отличает возможность фазового перехода, связанного с локальным замораживанием спинов[1]. Для описания такого фазового перехода можно ввести случайную величину [math]\displaystyle{ {\mathbf m}_i=\langle{\mathbf s}_i\rangle_T }[/math], где [math]\displaystyle{ {\mathbf s}_i }[/math] — спин [math]\displaystyle{ i }[/math]-го узла, [math]\displaystyle{ \langle\dots\rangle_T }[/math] — термодинамическое усреднение по Гиббсу. Величина [math]\displaystyle{ q=\langle m^2_i\rangle_c }[/math], определяющая средний квадрат намагниченности (где [math]\displaystyle{ \langle\dots\rangle_c }[/math] — усреднение по конфигурациям), называется параметром порядка Эдвардса — Андерсона.
В ненулевом внешнем магнитном поле [math]\displaystyle{ h_0 }[/math] параметр Эдвардса — Андерсона связан[2] с точкой фазового перехода [math]\displaystyle{ T_f }[/math] как [math]\displaystyle{ q=h_0^2/(T^2-T_f^2) }[/math].
Нарушение эргодичности
См. также
- Магнетизм
- Замороженный беспорядок (англ.)
- Метод реплик (статистическая физика)
- Cavity method (англ.)
Примечания
Литература
- V. Сannella, J. Mydosh, Magnetic Ordering in Gold-Iron Alloys, Phys. Rev., 1972, v.6, pp. 4220-4237
- D. Sherrington, S. Kirkpatrick, Solvable Model of a Spin-Glass, Phys. Rev. Lett. 35, 1975, pp. 1792-1796
- M. J. Stephen, Lectures on Disordered Systems / в F. J. W. Hahne (ed.), Critical Phenomena, Springer-Verlag, 1983. ISBN 3-540-12675-9
- M. Mézard, G. Parisi, M. A. Virasoro, Spin glass theory and beyond, World Scientific Publishing, 1987. ISBN 9971-5-0115-5
- E. Bolthausen, A. Bovier (eds.), Spin glasses, Springer, 2007. ISBN 3-540-40902-5
- В. С. Доценко, Физика спин-стекольного состояния, УФН, т. 163, №6, 1993
- Г. А. Петраковский, Спиновые стекла, Соросовский образовательный журнал, т. 7, №9, 2001