1 学号姓名班级 3112029007 王学亮硕 2046 自旋玻璃和超顺磁的区别 本次将分别从自旋玻璃与超顺磁的定义、性能特点以及各自的种类及研究应 用几个方面做以介绍和区分：1.定义自旋玻璃：自旋玻璃是磁性合金材料的一种亚稳定状态，最初主要是在合金 中发现的 它是指一些含大量局域磁矩的金属或合金，在这类磁系统中， 磁矩之 间存在着铁磁相互作用与反铁磁相互作用的竞争随着温度的降低， 整个磁矩系 统的取向状态经历一个较为复杂的过程，当材料内部随机存在着铁磁相互作用和 反铁磁相互作用时，最终冻结为自旋玻璃态 超顺磁性：如果磁性材料是一单畴颗粒的集合体，对于每一个颗粒而言， 由 于磁性原子或离子之间的交换作用很强，磁矩之间将平行取向， 而且磁矩取向在 由磁晶各向异性所决定的易磁化方向上，但是颗粒与颗粒之间由于易磁化方向不 同，磁矩的取向也就不同 从单畴颗粒集合体看， 不同颗粒的磁矩取向每时每刻 都在变换方向， 这种磁性的特点和正常顺磁性的情况不尽相同正常顺磁体中每 个原子或离子的磁矩只有几个玻尔磁子，而直径5nm 的特定球形颗粒集合体的 每个颗粒可能包含5000 个以上原子，颗粒的总磁矩有可能大于10000个玻尔磁 子。
把单畴颗粒集合体的这种磁性称为超顺磁性2.性能特点自旋玻璃：⑴自旋冻结相互作用产生有序， 热运动产生无序 当物质的温度升高时， 原子自身的热 运动逐渐超过原子之间的相互作用，于是物质宏观上变为顺磁性 而当温度重新 降低时， 物质将恢复独自的磁性特质 自旋玻璃材料在高温时虽然也呈现顺磁性， 但当温度下降时， 复杂的相互作用使得长程有序状态无法形成，各个磁矩被随机 地冻结在某个方向，最后呈现无规则的长程无序状态 而这个转变过程是缓和的， 就磁化率来说， 自旋玻璃材料在温度下降时磁化率先缓慢增高，经过一个峰值后 再缓慢下降 达到峰值时的温度也称为 “冻结温度”（表示之后开始“冻结” ）⑵亚稳态铁磁性材料和反铁磁性材料的磁矩在相变温度以下只有一种排列状态比如 铁磁性材料在低温时所有的磁矩都按着同一个方向排列这个状态下系统的能量 是最低的要改变这种状态需要较大的能量而自旋玻璃材料在低温时可能出现 很多种不同的状态，这些状态下系统的能量都差不多（差距极微小），被称为亚 稳态这种情况的出现是由于所谓的 “阻挫现象”（frustration，或称受挫现象） ⑶阻挫阻挫现象是对自旋玻璃态系统中亚稳基态众多的解释，其含义是由于几何结 构使得不存在一个确定的磁矩状态能满足系统能量最小化的要求。
例如一个由三 个自旋组成的系统， 每两个自旋之间都是反磁相互作用当其中两个自旋方向相2 反时，无论第三个自旋处于什么状态，都无法满足所有相互作用的要求：两种状 态的系统能量相同因此，这两种状态出现的可能性是一样大的，这就是阻挫 当这类三自选系统或类似的系统数量众多的时候，会有很多个不同的状态有着几 乎同样的能量，这导致了自旋玻璃材料的基态的复杂性⑷无序性因为自旋玻璃是一种去向无序的自选体系，磁矩间的相互作用大于热运动 时，磁矩就不能自由转动， “冻结”的自旋玻璃磁矩无规则分布，冻结在各自的 择优方向上从时间轴上看，每个磁矩冻结在固定的方向上而失去转动的自由度； 从空间周上看，每个磁矩的冻结方向是无序的 超顺磁 ⑴磁化曲线与铁磁体不同，没有磁滞现象，如果以磁化强度M 为纵坐标， 以 H/T 为横坐标作图（ H 是所施加的磁场强度， T 是绝对温度），则在单畴颗粒 集合体出现超顺磁性的温度范围内，分别在不同的温度下测量其磁化曲线，这些 磁化曲线必定是重合在一起的 不会出现磁滞，即集合体的剩磁和矫顽力都为零 ⑵假设没有外磁场，则通常它们不会表现出磁性但是，假设施加外磁场， 则它们会被磁化，就像顺磁性一样，而且磁化率超大于顺磁体的磁化率。
3.种类及应用自旋玻璃根据巡游电子的情况主要分为以下三类：有巡游电子时， RKKY 型 自旋玻璃；巡游电子呈现局域化时，非合金型自旋玻璃；基本无巡游电子时，半 导体型自旋玻璃 自旋玻璃理论从上世纪七八十年代开始建立，最早的平均场理论使用副本方 法处理自旋玻璃模型中随机变量的平均近年来，由于空腔方法的发展， 特别种 群动力学算法的引入， 使得有限连接的自旋玻璃得以很好地研究，其被迅速的引 入组合优化问题、 信息编码问题和神经网络等问题伴随着人们对自旋玻璃在信 息领域如信息传递及空穴场等方法的深入认识，其应用进一步拓展到了神经科学 和信息领域，在格点覆盖问题，约束满足性问题，随机图染色问题，神经元认知 学习以及编码纠错传输等问题中，已经取得了一些成果 超顺磁性主要应用在生物医学方面，比如超顺磁性纳米粒子治疗肿瘤，超顺 磁性氧化铁微粒应用于急性心肌梗塞等心血管疾病超顺磁性微球主要应用在细 胞分选、蛋白质纯化、生物传感器以及生物芯片等方面近年来，将磁性微球包 被上特异性抗体、受体、单链DNA ，用于分离复杂样品中的靶体，取得巨大成 功这种磁性微球已被广泛应用于免疫分析、核酸分离提取、细胞分选、酶的固 定等多个领域。
已经有相关的文章报道了将磁性微球应用于检测环境样品中的痕 量微生物或者某些活性化学物质，取得了很好的效果。