自旋玻璃计算机类自旋玻璃行为和复杂体系24课件.pptx

1、自旋玻璃自旋玻璃12019-3-162019-3-16关键词关键词局域磁矩局域磁矩自旋玻璃、自旋冻结自旋玻璃、自旋冻结无序、阻错无序、阻错遍历破缺、亚稳态遍历破缺、亚稳态弛豫现象、记忆效应弛豫现象、记忆效应类自旋玻璃行为类自旋玻璃行为2物质的磁性有哪些来源？组成物质的微观粒子：原子核原子核质子质子，中子中子（核磁矩很小）（核磁矩很小）电子电子 定域电子定域电子（自旋磁矩，轨道运动磁矩）（自旋磁矩，轨道运动磁矩）巡游电子巡游电子（自旋磁矩）（自旋磁矩）3物质的磁性物质的磁性电子自旋电子自旋 磁矩磁矩电子轨道磁矩电子轨道磁矩 核磁矩核磁矩 顺顺磁磁性性抗抗磁磁性性铁铁磁磁性性反反铁铁磁磁性性自自旋

2、旋玻玻璃璃巡游电子自旋巡游电子自旋（定域电子）（定域电子）其其它它4金属中局域磁矩存在的条件金属中局域磁矩存在的条件铁磁物质铁磁物质 NiNi的原子为什麽在有的金属的原子为什麽在有的金属或合金中没有磁矩？或合金中没有磁矩？(如如CuCu8080NiNi20 20)5孤立原子或离子的磁矩孤立原子或离子的磁矩洪德定则洪德定则(经验规律）：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电子总角动量取最大值;3,若电子不到半满，则总角动量为若电子不到半满，则总角动量为J=|L-S|，若超过，若超过 半满半满,则则J=|L+

3、S|.本质上取决于：泡里不相容原理和能量最低原理。本质上取决于：泡里不相容原理和能量最低原理。6磁性原子磁性原子“埋埋”在金属中是否一定有稳定磁在金属中是否一定有稳定磁矩？矩？几个实验事实：几个实验事实：1,Fe或或Mn原子固溶在原子固溶在Au,Cu中为磁性杂质，而在中为磁性杂质，而在Al中为中为非磁性杂质非磁性杂质2,LaCe合金中的合金中的Ce在常压下为磁性，但在高压下失去磁在常压下为磁性，但在高压下失去磁性性3,CuNi合金中的合金中的Ni含量小于含量小于25时时,Ni原子不具有磁性原子不具有磁性 用AndersonAnderson模型来解释以上现象7何为准束缚态？何为准束缚态？(VBS

4、)在能量坐标上分布在能量坐标上分布实空间分布实空间分布（定域电子与巡游电子杂（定域电子与巡游电子杂化，杂化越强则化，杂化越强则 越大）越大）束缚态束缚态准束缚态准束缚态准束缚态准束缚态束缚态束缚态 态态密密度度(U=0 的情况)8金属和合金中局域磁矩形成的条件金属和合金中局域磁矩形成的条件Anderson模型模型EF d（d为相对于费米能级的值）为相对于费米能级的值）先考虑的先考虑的U=0情况情况d9 杂质是否磁性取决杂质是否磁性取决于三个量：于三个量：正反自旋之间的库正反自旋之间的库仑相互作用能仑相互作用能 U 准束缚态的半宽度准束缚态的半宽度 (反映杂化程度）准束缚态中心能量准束缚态中心能

5、量与费米能的差值与费米能的差值 d解释实验现象10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巡游电子自旋磁矩之间的交换作用局域磁矩与局域磁矩：局域磁矩与局域磁矩：1，直接交换作用，直接交换作用 2，RKKY间接交换作用间接交换作用1，直接交换相邻磁矩的电子波函数有叠加，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间接交换作用需要巡游电子做媒介11RKKY相互作用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局域磁矩之间通过极化电子云产生间接交换相互作用12RKKYRKKY相互作用的特点相互作用的特点交换常数的符号随着两

6、磁矩的距离而周期振荡；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相互作用能大小与两磁矩距离的3次方成反比次方成反比13自旋玻璃：自旋玻璃：一种新的磁矩系统有序状态一种新的磁矩系统有序状态 在在空间坐标上无序，空间坐标上无序，在时间坐标上有序在时间坐标上有序比较：顺磁系统在空间和时间上都无序比较：顺磁系统在空间和时间上都无序14自旋玻璃的发现自旋玻璃的发现（20世纪70年代）磁化率尖峰温度磁化率尖峰温度为自旋冻结温度为自旋冻结温度15自旋玻璃为什麽会自旋玻璃为什麽会“冻结冻结”？无序无序磁杂质无序分布磁杂质无序分布受挫受挫不能让所有磁矩都处于能量有利的状态不能让所有磁

7、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铁磁相互作用与反铁磁相互作用的竞争16 温度越低，相互作用越强，地形越温度越低，相互作用越强，地形越“陡峭陡峭”configurations17遍历破缺遍历破缺 驰豫过程驰豫过程 记忆效应记忆效应 平衡系统的各态遍历假说：平衡系统的各态遍历假说：若系统的微观状态数为若系统的微观状态数为 (N,V,E)，在足够长的时间内，系统可以走遍每一个微观态，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磁化弛豫实验TRM磁场中降温，等待磁场中降温，等待tw，去磁场，磁化强度随时去磁场，磁化强度随时间不断减小间不断减小ZFC零场中降温，等待零场

8、中降温，等待tw，加磁场，磁化强度随时加磁场，磁化强度随时间不断增大间不断增大18交流磁化率（虚部）的时效和记忆交流磁化率（虚部）的时效和记忆19自旋玻璃自旋玻璃磁系统磁系统的的比热比热：低温下为温度的线性关系，且与磁杂质浓度无关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在冻结温度附近有一个峰20AuFe合金的合金的Mossbauer谱谱在冻结温度以下，在冻结温度以下，谱线有六个峰，谱线有六个峰，表明合金中有局表明合金中有局域的内磁场域的内磁场21平均场描述和序参量平均场描述和序参量Edwards 和和 Anderson的定义：的定义：qEA=lim lim ，取取 i从从1到到N的平均值的平均值 t,N 22自旋玻璃的种类自旋玻璃的种类 RKKY型自旋玻璃型自旋玻璃（有巡游电子）（有巡游电子）非金合金自旋玻璃非金合金自旋玻璃（巡游电子局域化）（巡游电子局域化）半导体自旋玻璃半导体自旋玻璃（基本上没有巡游电子）（基本上没有巡游电子）23类自旋玻璃行为和复杂体系类自旋玻璃行为和复杂体系神经系统神经系统计算机原理计算机原理2425262728