无序中的对称性——诺奖得主帕里西工作解读

2021年度诺贝尔物理学奖授予三位科学家,真锅淑郎(Syukuro Manabe)、克劳斯·哈塞尔曼(Klaus Hasselmann)和乔治·帕里西(Giorgio Parisi),以表彰他们"发现了气候和其他复杂现象中的隐藏模式"。其中帕里西获得二分之一的奖金,获奖理由是"发现从原子到行星尺度的物理系统中无序和涨落之间的相互影响"。帕里西的自旋玻璃理论深刻地揭示了无序体系中的隐藏对称性,为文章介绍的重点。     

超稳定玻璃

非晶态物质处于热力学非平衡状态,稳定性是非晶态材料应用的重要瓶颈,也是理论研究的关键问题.最近人们开发出相当于普通金属玻璃退火上百万年的"超稳定玻璃",为研究非晶态材料的稳定性和非晶态物质的本质提供了新契机.本文简要介绍超稳定玻璃的特点、形成机理以及其对非晶态物理学基本问题提供的新见解和新思路.     

三维量子自旋玻璃理论(Ⅱ)——稳定性分析

利用我们提出的三维量子自旋玻璃理论,通过引入一个量子的Goldbart去耦方案,将三维量子自旋玻璃的稳定性Hessian矩阵的本征值问题转化为类伊辛自旋玻璃的相应问题,并求出了所有的本征值。通过分析最小本征值,获得了Almeida-Thouless(AT)下临界线和Gabay-Toulouse(GT)上临界线所满足的方程。最后,数值研究了不同自旋的AT不稳定性并讨论了我们的理论与热场动力学方法、集团展开方法的联系。     

量子海森堡自旋玻璃的相图：各向异性和铁磁相互作用效应

应用静态的Ｒｅｐｌｉｃａ对称自旋玻璃理论，研究了具有Ｄｚｙａｌｏｓｈｉｎｓｋｉｉ－Ｍｏｒｉｙａ（ＤＭ）各向异性和铁磁相互作用的量子海森堡自旋玻璃模型，数值计算了自１／２自旋玻璃序参数及自旋自相互作用，并在温度－铁磁耦合强度平面内得到了相应的相图，最后对结果进行了讨论。     

三维量子自旋玻璃理论(Ⅰ)——稳态Replica对称近似

利用虚时泛函积分技术和Replica方法,建立了具有Dazyaloshinskii-Moriya各向导性和铁磁相互作用的三维量子自旋玻璃理论。在稳态Replica对称近似下,确定了自旋自相互作用、自旋玻璃序参量和磁化强度的自洽方程组,获得了对角磁化率与序参数间的关系,给出了与序参数有关的自由能密度,克服了有关理论的低温失效。 关键词：     

Sherrington-Kirkpatric自旋玻璃模型的非平衡态性质

通过动力学蒙特卡罗模拟对Sherrington-Kirkpatric （SK）自旋玻璃模型进行研究. 结果表明,弱场下自旋玻璃的磁化率在转变点非常陡峭,而比热容则呈现比较宽的转变. 同时,也成功地模拟了自旋玻璃体的年龄效应和记忆效应. 通过模拟发现,不同的弛豫时间对系统的能量影响很大,这直接导致了年龄效应和记忆效应;各向同性的SK模型不能给出实验中的交换偏移现象. 关键词： 自旋玻璃 记忆效应 年龄效应 磁化率     

自旋玻璃和复杂系统

简要地介纲了自旋玻璃的特点以及基于平均场水平的理论处理：摹本理论、ＴＡＰ理论和摹本对称破缺理论．这些理论揭示了自旋玻璃具有非常丰宫的复杂结构，可以为许多其他领域的复杂系统提供一个理论模型，可以用于组合优化、神经网络、生命进化模型等研究工作中．     

分形概念及其在材料科学中的应用

本文首先结合几个数学构造分形的例子介绍分形概念，然后对分形在材料科学中的应用作了简要介绍，主要包括：粉体生长中的分形、断裂面的分形、离子注入等非平衡方法产生的分形、表面分形、无机材料中的分形、自旋玻璃中的分形．     

永磁性大块金属玻璃Nd60Al10Fe20Co10低 温磁性的研究

研究了Nd₆₀Al₁₀Fe₂₀Co₁₀ 大块金属玻璃 磁性随温度的变化关系，结果表明Nd₆₀Al₁₀Fe₂₀Co₁₀ 在室温下 表现为永磁性，随着温 度的降低，矫顽力和磁滞回线形状都有很大的变化.交流磁化率在18 K左右出现尖峰而且峰 值温度随频率变化，表明该大块非晶体系中存在自旋玻璃态. 关键词： 大块金属玻璃 低温磁化率 自旋玻璃     

V替代Mn对La_(0.45)Ca_(0.55)MnO_3电荷有序相及自旋玻璃态的影响

用固相反应法制备了La0.45Ca0.55Mn1-xVxO3(x=0.00,0.10)多晶样品.通过X射线衍射谱、质量磁化强度-温度曲线、电子自旋共振谱,研究了V5+替代Mn3+/Mn4+对La0.45Ca0.55MnO3电荷有序相和自旋玻璃态的影响.实验结果表明,当x=0.10时,不仅母体的电荷有序相基本破坏,而且母体在40K左右出现的自旋玻璃态也被融化.电荷有序相被破坏的主要原因是用V5+替代Mn3+/Mn4+后,增加了Mn3+与Mn4+的比例,使铁磁双交换作用优于反铁磁超交换作用;自旋玻璃态的融化是由于V替代Mn后破坏了反铁磁背景下有少量铁磁成分的自旋玻璃态的形成条件.     

Heusler合金NiCoMnSn中的磁场驱动马氏体相变、超自旋玻璃和交换偏置

合成了一系列Ni_50-xCo_xMn₃₉Sn₁₁ (8≤x≤10) 样品, 并对它们的结构和磁性进行了研究. 发现随Co含量的增加, 样品的饱和磁化强度逐渐增强, 并在Ni₄₂Co₈Mn₃₉Sn₁₁中实现了磁场诱发马氏体相变. 另外, 在Co大于8.0的成分中探测到了超自旋玻璃, 并且观察到交换偏置现象. 证实了超自旋玻璃的马氏体相和铁磁奥氏体母相共存, 这也是产生交换偏置的原因.我们猜测超自旋玻璃的形成可能是来源于Mn-Mn团簇的存在, 这和之前报道的Mn₂Ni_1.6Sn_0.4 的结果相一致^[1]. 关键词： NiCoMnSn Heusler合金 超自旋玻璃 交换偏置     

胶体在非晶研究中的应用

胶体玻璃作为一种软物质材料由于其独特的物理化学特性在非晶态物理的研究中有重要的应用.本文简要介绍了胶体玻璃与玻璃材料的联系,并通过具体的研究实例介绍了胶体玻璃在研究非晶结构、动力学以及热力学方面的应用,对胶体玻璃未来的研究进行了展望.     

自旋玻璃系统的量子输运方程

通过引入电子的弹性散射和非弹性散射的自能和相应的物理格林函数，将磁场中的Ｍａｈａｎ－Ｈ?ｎｓｃｈ量子输运方程推广到自旋玻璃系统中，在电子的近弹性散射近似下，求解了ｓ－ｄ交换相互作用导致的自旋玻璃态霍耳电导；获得了电阻率与自旋玻璃Ｅｄｗａｒｄｓ－Ａｎｄｅｒｓｏｎ（ＥＡ）序参数和局域磁化率之间的关系；讨论了自旋玻璃热电势和特征温度。 关键词：     

金属玻璃研究简史

金属玻璃的发明和研究已经整整50年了.半个世纪以来,金属玻璃不但成为性能独特的新材料,同时也是研究材料科学和凝聚态物理中一些重要问题的模型体系.金属玻璃的研究已经成为凝聚态物理的一个重要分支.文章简要介绍了金属玻璃的研究历史以及最新的进展,并扼要介绍了这门学科的发展前景.     

准晶体的磁性

在对准晶体结构和物性作简要介绍的基础上，回顾了目前准晶磁性的理论和实验研究现状，介绍了磁性比热、磁结构相变、自旋波谱．自旋玻璃态冻结及穆斯堡尔谱等实验结果及其解释．同时讨论了准晶体磁性材料的各向异性及可能出现的磁化特点、磁畴结构等，从而预估了铁磁性准晶体作为新材料的可能应用前景．     

量子Sherrington-Kirkpatrick自旋玻璃模型的热力学性质——各向异性和磁场影响

利用稳态量子ｒｅｐｌｉｃａ对称自旋玻璃理论，研究了具有Ｄｚｙａｌｏｓｈｉｎｓｋｉｉ－Ｍｏｒｉｙａ（缩写为ＤＭ）各向异性相互作用的Ｓｈｅｒｒｉｎｇｔｏｎ－Ｋｉｒｋｐａｔｒｉｃｋ自旋玻璃在外场中的热力学性质。数值计算了不同外场和各向异性作用的自旋为１／２和１的熵、比热、局域磁化率和相应的序参数随温度的变化。发现局域磁化率与热场动力学的结果相符合。特别地，本文的比热－温度曲线能满意地解释Ｂｒｏｄａｌｅ等实验观察到的不同磁场下的交叉特征。 关键词：     

单一晶相氧化锰纳米颗粒的交换偏置效应

本文利用高温油相法制备出尺寸、形状均一的 MnO纳米颗粒, X射线衍射图 (XRD) 和透射电子显微镜 (TEM) 照片清晰表明MnO纳米颗粒为单一的面心立方岩盐晶体结构, 尺寸为15nm, 粒径分布很窄. 通过零场冷却 (ZFC) 和带场冷却 (FC)的磁滞回线发现MnO纳米颗粒具有明显的交换偏置效应, 而且磁滞回线同时表现出横向和纵向偏移. 横向偏移说明纳米颗粒中两相复合的存在, 纵向偏移说明了存在自旋玻璃相或者超顺磁相. 进而通过不同频率下随温度变化的交流磁化率的测定, 根据Mydosh的经验数值确认 MnO纳米颗粒表面层为自旋玻璃相, 并得到 MnO纳米颗粒表面自旋玻璃相的转变温度为T_SG=32K. 关键词： 纳米颗粒 氧化锰 交换偏置 自旋玻璃     

三维量子自旋玻璃理论(Ⅲ)──replica对称破缺解

利用推广的Ｐａｒｉｓｉ量子ｒｅｐｌｉｃａ对称破缺方案，将我们以前提出的理论推广到ｒｅｐｌｉｃａ对称破缺，获得一组新的自旋自作用和自旋玻璃序参数的自洽方程，导出局域磁化率．通过计算ｒｅｐｌｉｃａ对称破缺自由能，发现矢量自旋玻璃模型的ｍｐｌｉｃａ对称解存在着低温破缺． 关键词：     

Pr^3＋在氟化物玻璃（ZBLAN）中的能级和光学吸收特性

通过实验测量了Ｐｒ＾３＋在氟化物玻璃中的光学吸收，根据Ｊｕｄｄ－Ｏｆｅｌｔ理论计算了Ｐｒ＾３＋离子的振子强度，辐射跃迁几率，分支比等光谱参数。并通过对能级的拟合，给出了Ｐｒ＾３＋在玻璃介质中的Ｓｌａｔｅｒ参数，自旋－轨道耦合和电子组态相互作用参数。     

正交LiMnO2中的重入自旋玻璃行为

用水热技术合成了单相正交LiMnO2(o-LiMnO2)粉末,X射线衍射表明其空间群为Pmnm.X射线衍射精修结果指出该材料存在少量的阳离子无序,但这种无序对材料的磁性没有表现出明显的影响.静态和动态的磁性研究结果表明o-LiMnO2中存在重入自旋玻璃行为,即在T≤TC≈118 K,反铁磁态转向铁磁态,在T≤Tf≈50 K,铁磁态又转向自旋倾斜玻璃态.