זכוכית ספין

זכוכית ספין הוא חומר בעל מבנה לא סדיר או מגנטיות לא מסודרת. הוא מראה רמה גבוהה של תסכול מגנטי, כלומר המערכת לא יכולה להגיע למצב אנרגיה נמוך יחיד.

מה שמייחד זכוכיות ספין הוא התלות בזמן. אם מתחילים בטמפרטורה גבוהה יותר מהטמפרטורה המעברית של הזכוכית, טמפרטורת קירי (טמפרטורת מעבר), ההתנהגות המגנטית נראית טיפוסית, למשל פאראמגנטיות. כשהופעל שדה חיצוני והמגנטיזציה (כלומר עוצמת המגנטיות) מתוארת נגד הטמפרטורה, היא עוקבת אחר חוק קירי, יחס הפוך לטמפרטורה, עד שמגיעים לטמפרטורת קירי. בנקודה זו המגנטיזציה נעשית קבועה ונקראת "מגנטיזציה של שדה מקורר".

כשמסירים את השדה החיצוני, המגנטיזציה יורדת במהירות עד לערך שנקרא "מגנטיזציה שיורית". ממקום זה מתרחשת דעיכה איטית מאד שהינה לא מעריכית (לא מתוארת על ידי פונקציה מעריכית פשוטה). דעיכה איטית זו ייחודית לזכוכיות ספין; ניסויים שעוקבים ימים מראים שינויים שנמשכים מעל לרעשי המכשירים.

להשוואה, בחומר פרו־מגנטי הסרת שדה תגרום לירידה מהירה לערך שיוריאלי, ואז הוא יישאר קבוע. בחומר פאראמגנטי הסרת השדה תוריד את המגנטיזציה לאפס במהירות, עם דעיכה מעריכית וקבוע זמן קטן.

אם קוררים את הזכוכית מתחת לטמפרטורת קירי בהיעדר שדה ואז מפעילים שדה, המגנטיזציה עולה במהירות לערך שנקרא "מגנטיזציה של שדה אפס מקורר". ערך זה קטן מערך שדה מקורר, ולאחר מכן עולה לאט לכיוון ערך שדה מקורר.

מעניין שביחד שתי מערכות המשוואות שמתארות את הזמן (המגנטיזציה השיורית ושדה האפס המקורר) הסכום שלהן קבוע. ערך זה נקרא "השדה המקורר". בשדות חיצוניים קטנים, שני הערכים מראים צורת התנהגות זהה עם הזמן.

לגבי התאוריה: נחקרו זכוכיות ספין בצורה תיאורטית וממוחשבת רבה. ברבים מהמחקרים השתמשו בתיאוריית השדה הממוצע, שבבסיסה שיטת שכפול של פונקציית החלוקה (שיטה שמייצרת עותקים של המערכת כדי לחשב תכונות סטטיסטיות). ד. שרינגטון וס. קירקפטריק הציעו מודל פתיר של זכוכית ספין. עבודתם הובילה להרחבות של תיאוריית השדה הממוצע כדי להסביר דינמיקה איטית ומצבי שיווי־משקל מורכבים ולא־ארגודיים.

פורמליזציית ההעתקה (השכפול) הוחלה גם בחקר רשתות עצביות. זה אפשר לחשב תכונות כמו תכולת המידע של ארכיטקטורת רשת פשוטה, מבלי להפעיל אלגוריתם אימון מלא.

זכוכית ספין הוא סוג של חומר שבו המגנטים הקטנים לא מסתדרים בסדר. תסכול מגנטי (כשל למצוא מצב שקט אנרגטית) קורה בו הרבה.

אם החומר חם מספיק, הוא מתנהג כמו מגנט רגיל. כשמפעילים שדה חיצוני, העוצמה המגנטית יורדת כשהטמפרטורה עולה. כשמגיעים לטמפרטורת קירי (טמפרטורת מעבר), העוצמה נעצרת על ערך קבוע שנקרא "מגנטיזציה של שדה מקורר".

כשמסירים את השדה, העוצמה יורדת מהר עד לערך שיורית. אחרי זה היא יורדת לאט מאוד. זו דעיכה לא רגילה ולא מעריכית. ניסויים שעוקבים ימים רואים שינויים קטנים שממשיכים להתרחש.

בחומרים אחרים ההשינוי קורה מהר ונשאר קבוע או נעלם מהר. אם קוררים את הזכוכית בלי שדה ואז מפעילים שדה, העוצמה עולה מהר לערך קטן יותר, ואז עולה לאט לערך הגדול.

מדענים בנו מודלים מתמטיים כדי להבין את זה. שני שמות חשובים הם ד. שרינגטון וס. קירקפטריק. השיטות שלהם שימשו גם בחקר רשתות עצביות (כמו מוח פשוט) כדי לבדוק כמה מידע אפשר לשמור.