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 $T_{c}$, $T_{c}$ 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 $T_{c}$;
• магнитная часть теплоёмкости зависит от температуры линейно в области низких температур, а в точке $T_{c}$ наблюдается плавный максимум теплоёмкости. Это говорит о сильной вырождённости основного состояния спиновых стёкол.

Параметр порядка Эдвардса-Андерсона

Спиновые стёкла отличает возможность фазового перехода, связанного с локальным замораживанием спинов. Для описания такого фазового перехода можно ввести случайную величину ${\mathbf {m} }_{i}=\langle {\mathbf {s} }_{i}\rangle _{T}$, где ${\mathbf {s} }_{i}$ — спин $i$-го узла, $\langle \dots \rangle _{T}$ — термодинамическое усреднение по Гиббсу. Величина $q=\langle m_{i}^{2}\rangle _{c}$, определяющая средний квадрат намагниченности (где $\langle \dots \rangle _{c}$ — усреднение по конфигурациям), называется параметром порядка Эдвардса — Андерсона.

В ненулевом внешнем магнитном поле $h_{0}$ параметр Эдвардса — Андерсона связан с точкой фазового перехода $T_{f}$ как $q=h_{0}^{2}/(T^{2}-T_{f}^{2})$.

См. также

• Магнетизм
• Замороженный беспорядок (англ.)
• Метод реплик (статистическая физика)
• Cavity method (англ.)

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