自旋玻璃
/ spin glas /
想象一屋子的风向标，只不过有些两两之间想朝同一方向，另一些两两之间却偏要朝相反方向——而谁想要什么的「线路」是被随机打乱的。没有任何一种排布能满足所有标，于是这些标只好安顿成一团冻结、受挫的纠缠，每个都与邻居妥协。自旋玻璃就是一块磁体恰好陷在这样一团冻结、矛盾的浆糊里。
自旋玻璃是这样一种材料：其中微小的原子磁针——叫作自旋——冻结成一个固定却无序的图案，整体上没有南北之分。当磁性原子随机散布在材料里、它们之间的作用力又喜忧参半时，它便出现：有些两两之间偏好同向，另一些偏好反向，全由它们随机的间距决定。因为这些诉求相互冲突——这种处境叫作阻挫——所有自旋无法同时被满足。在某个冻结温度以下，它们锁进数目大得惊人的、个个同样别扭的排布之一，每个自旋都被定住，却朝向各异。
自旋玻璃的意义远超磁性本身：一个系统如何在无数相互竞争、彼此受挫的构型中安顿下来，这套数学出现在神经网络、优化问题和蛋白质折叠里，相关工作分得了 2021 年诺贝尔奖的一份。一个关键的提醒是：自旋玻璃不像普通磁体那样有序——后者相邻自旋齐整对齐；它是冻结的无序。它还记得自己的历史——用不同方式冷却它，它就安顿得不同，这正是「被卡住」而非真正处于平衡的标志。
一个经典的自旋玻璃，是把一小撮磁性的铁原子或锰原子撒进无磁性的铜或金里。当它被冷却到绝对零度以上几度时，它的磁响应在冻结温度处显出一个尖锐的拐点，而它的磁性还取决于冷却时磁场是开着还是关着——这些都是自旋已冻成一团无序、依赖历史的纠缠的明证。
稀疏的磁性原子散在无磁性金属里，会冻成自旋玻璃——它的磁性甚至取决于冷却的历史。
这里的「玻璃」一词是借类比来用的，并不是真有什么玻璃掺在里头。正如窗玻璃是原子冻在位置的混乱里，自旋玻璃是磁的朝向冻在混乱里。两者都有那个深层特征：被卡在一个无序状态里，伴随众多几乎等价的可能。