自旋玻璃PPT演示课件

第二讲 自旋玻璃,.,2,关键词,局域磁矩自旋玻璃、自旋冻结无序、阻错遍历破缺、亚稳态弛豫现象、记忆效应类自旋玻璃行为,物质的磁性有哪些来源？,组成物质的微观粒子：原子核质子，中子 （核磁矩很小）电子 定域电子（自旋磁矩，轨道运动磁矩）巡游电子（自旋磁矩）,物质的磁性,电子自旋 磁矩,电子轨道磁矩,核磁矩,顺磁性,抗磁性,铁磁性,反铁磁性,自旋玻璃,巡游电子自旋,（定域电子）,其它,各种磁有序状态：顺磁、抗磁、铁磁、反铁磁、螺旋排列、自旋玻璃,基态或低能激发态,自旋玻璃二维模型,晶态金属,非晶态金属,在自旋玻璃系统中必然有大量稳定磁矩,金属中局域磁矩存在的条件铁磁物质 Ni的原子为什麽在有的金属或合金中没有磁矩？ (如Cu80Ni20 ),孤立原子或离子的磁矩,洪德定则(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; 2,电子总角动量取最大值; 3,若电子不到半满，则总角动量为J=|L-S | ，若超过 半满, 则J= | L+S |.本质上取决于：泡里不相容原理和能量最低原理。,磁性原子“埋”在金属中是否一定有稳定磁矩？,几个实验事实：1, Fe或Mn原子固溶在Au,Cu中为磁性杂质，而在Al中为非磁性杂质2, LaCe合金中的Ce在常压下为磁性，但在高压下失去磁性3, CuNi合金中的Ni含量小于25时,Ni原子不具有磁性 用Anderson模型来解释以上现象,何为准束缚态？(VBS),在能量坐标上分布,实空间分布,（定域电子与巡游电子杂化，杂化越强则 越大）,束缚态,准束缚态,准束缚态,束缚态,态密度,(U=0 的情况),A:杂质d能级在费米海中分为spin 和spin两分支能级，分别占有n和n个电子（未考虑杂化和相互作用）B : 因原子内spin 和spin 电子之间相互作用U较大, spin 和spin支能级分开, d能级半满，n=0, n 不为零，有磁性C：d能级未满，U较小 , 杂化较强，n和n不等，有磁性D： d能级未满，杂化较强， U0， n= n，非磁,A,B,C,D,n,n,金属和合金中局域磁矩形成的条件,Anderson模型,EF,d,（ d为相对于费米能级的值）,先考虑的U=0情况,d,杂质是否磁性取决于三个量： 正反自旋之间的库仑相互作用能 U 准束缚态的半宽度 (反映杂化程度） 准束缚态中心能量与费米能的差值d解释实验现象,杂质的磁相图,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局域磁矩：1，直接交换作用 2，RKKY间接交换作用,1，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,杂质周围的电子云“晕” 和 Friedel振荡,类似形成驻波,磁性杂质周围的Friedel 振荡,极化电子云,RKKY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,RKKY相互作用的特点,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3次方成反比,自旋玻璃： 一种新的磁矩系统有序状态,在空间坐标上无序， 在时间坐标上有序比较：顺磁系统在空间和时间上都无序,自旋玻璃的发现（20世纪70年代）,磁化率尖峰温度为自旋冻结温度,与反铁磁相变的区别,冻结温度随频率增加而上升,磁化率尖峰被直流磁场抹低,自旋玻璃为什麽会“冻结” ？,无序磁杂质无序分布受挫不能让所有磁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,？,？,自旋玻璃系统的重要特征亚稳态,自旋玻璃系统的组态自由能地形图 Landscape 温度越低，相互作用越强，地形越“陡峭”,configurations,各态遍历,遍历破缺,磁化率测量中场冷和零场冷的区别,场冷,零场冷,磁场中降温时逐渐极化,CuMn合金,遍历破缺 驰豫过程 记忆效应,平衡系统的各态遍历假说：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,磁化弛豫实验TRM磁场中降温，等待tw，去磁场，磁化强度随时间不断减小ZFC零场中降温，等待tw，加磁场，磁化强度随时间不断增大,在等待时间内自旋玻璃系统发生演变 反映在去掉磁场后的退磁化弛豫曲线上,低于冻结温度,记忆效应,正温度循环后记忆消失,负温度循环后可记住原来的状态,30分钟,30分钟,交流磁化率（虚部）的时效和记忆,在冻结温度以下，温度的突然变化，会引起的突然增大，然后再弛豫到某一平衡值。在弛豫过程中：负温度循环后可记住原来的状态正温度循环后记忆消失,为什么有记忆效应,自旋玻璃的其它物理性质,AuFe的热电势 CuMn的电阻,.,33,磁化率,自旋玻璃磁系统的比热： 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,AuFe合金的Mossbauer谱在冻结温度以下，谱线有六个峰，表明合金中有局域的内磁场,自旋玻璃系统与顺磁系统的比较,平均场描述和序参量,Edwards 和 Anderson的定义： qEA=lim lim ， 取 i从1到N的平均值,t, N ,自旋玻璃的种类,RKKY型自旋玻璃（有巡游电子）非金合金自旋玻璃（巡游电子局域化）半导体自旋玻璃（基本上没有巡游电子）,类自旋玻璃行为和复杂体系,神经系统计算机原理,思考题,1，物质的磁性有哪些来源？2，磁性物质有哪些磁状态？3，定性分析金属中杂质具有稳定磁矩的主要决定因素。4，何谓准束缚态？准束缚态的半宽度说明什麽现象？5，简述Anderson模型的基本物理思想？6，什麽是Friedel振荡？磁性杂质与非磁性杂质周围的Friedel振 荡有何异同，为什麽？7，RKKY相互作用是如何产生的？它有什麽特点？8，自旋玻璃最明显的特性是什麽？它与反铁磁有何区别？9，什麽是自旋玻璃特征温度？它反映什麽物理过程？,思考题续：,10，叙述自旋冻结的物理机制。11，为什麽零磁场冷却和磁场中冷却的磁化率温度 曲线不一样？12，为什麽自旋玻璃有驰豫现象?13，如何解释自旋玻璃的记忆效应？14，试将自旋玻璃系统的内磁场与铁磁或反铁磁系统 的内磁场进行比较，说明它们的内场分布。15，如何定义自旋玻璃的序参量？16，没有RKKY作用的磁系统是否会有自旋玻璃特性？17，画出一种自旋玻璃的T-x相图。18，研究自旋玻璃有没有普遍意义？,.,43,