自旋玻璃（Spin Glasses）是磁性合金材料的一种亚稳定的状态。因其内部的基质原子（非磁性的）作规则排列，但磁性的原子（占少数）却是无规分布的，所以决定物质磁性的这些原子的自旋是处于无序状态，自旋玻璃也由此得名。

1970年，科利斯（Coles）首先用“自旋玻璃”一词来描述稀释合金AuCo的特殊磁性。20世纪80年代起，铜氧化物的高温超导体被发现后，越来越多的实验表明该体系从反铁磁绝缘体向超导体过渡过程中，出现了明显的电子自旋玻璃态，科研人员由此对自旋玻璃从实验上和理论上都进行了大量的研究。

铁磁性状态和反铁磁性状态中，磁矩的磁矩方向（自旋）的分布是长程有序的，而自旋玻璃状态中的磁矩方向是随机冻结的，其分布呈现出长程无序性。这里的“玻璃”实际上是长程无序状态的代名词，指这种无序状态类似于一般所说的玻璃。自旋玻璃表现出的众多亚稳定结构，使得它具有明显的磁化弛豫现象，这也使得实验和模拟自旋玻璃的难度加大。

自旋玻璃相是一种特殊的磁性相，它是少量磁性离子（自旋）无序地分布在有序的非磁性或弱磁性母相之中的稀释合金。自旋玻璃是磁性元素与非磁性元素形成的固溶体，磁性元素的浓度逐渐增加到一定值时，固溶体开始呈现磁性的过渡状态。其内部自旋分布与玻璃中的原子分布类似，因此具有这种磁相的材料称之为“自旋玻璃”。

1970年，科利斯（Coles）首先用“自旋玻璃”一词来描述稀释合金AuCo的特殊磁性。

20世纪80年代起，铜氧化物的高温超导体被发现后，越来越多的实验表明该体系从反铁磁绝缘体向超导体过渡过程中，出现了明显的电子自旋玻璃态，甚至持续到超导的铜氧化物之中，因此人们对自旋玻璃从实验上和理论上都进行了大量的研究。

典型的自旋玻璃是贵金属或一般金属与过渡金属所形成的稀释合金，如CuMn、AuFe等。其中，Cu和Au的离子是非磁性的，Mn和Fe的离子是磁性的，其浓度一般为1～10%。有些非稀释磁性合金也属于自旋玻璃。另外，还有一类非金属性的，如EuxSf1-xS是绝缘性自旋玻璃，又如Cd1-xMnxTe是半导体性的自旋玻璃。自旋玻璃具有独特的磁性能。通常，磁性合金的磁化率和比热随温度变化曲线都显示尖拐形，而自旋玻璃则不同。

自旋玻璃材料在高温时呈现顺磁性，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”）。其原理为：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。铁磁体材料在高温状态下的磁性特征遵从玛丽·居里皮埃尔·外斯定律。而当温度降至一定水平（称为相变温度或居里点）后，将快速回复铁磁性性质。

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）。其原理为：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。

自旋玻璃的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（自旋）状态能满足系统能量最小化的要求。以一个由三个自旋组成的系统为例，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反（一上一下）的时候，无论第三个自旋处于什么状态（上或者下），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。当这类三自旋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。

自旋玻璃材料由于自旋随机冻结，宏观整体的磁化率是0。然而，自旋玻璃并不像反铁磁性材料一样在低温时对外部磁场产生抵抗，而是像顺磁性材料一样，会被外部磁场磁化。而自旋玻璃不同于顺磁性材料的地方是，它磁化的过程是相对缓慢的。顺磁材料的磁化弛豫时间（从开始到磁化完成的时间）几乎可以忽略不计，但自旋玻璃则需以分钟甚至小时计。同样地，已经磁化后撤除外部磁场，自旋玻璃需要的恢复时间也是缓慢的。

将金属到氧化物的转变看作一个自然的场，这个场中存在着自旋、电荷和自由分布的晶格度之间的相互作用，在金属到氧化物的转变像图中，自旋玻璃态的相很常见，并且可以在其他情况下观察到。由此，这个结果被视作一个自然的结果，这个结果是由于在这样复杂的系统中，具有化学掺杂而产生的无序状态引起的。磁性受挫可以理解为是局域反铁磁改变的结果，这种改变是发生在三维反铁磁长程序连接的铜离子之间，早期用掺杂的方法对自旋运动和其演变进行的观察显示出，完整的自旋玻璃态转变过程发生在一个有限的反铁磁领域，在不对称但是磁性有序的相中发生联合冻结。因此，这个相通常指的是一个自旋玻璃团簇。

研究表明，低温正常态金属到绝缘体转变的边界的低掺杂旁边的样品中确定了正常态的高温超导体是无处不在的，受到在超导相中的磁量子临界点的影响。在Tc=8K的温度下，铜氧化物超导体La1.96Sr0.06CuO4单晶在温度低于5K时，从La的核磁共振弛豫现象中发现自旋玻璃态和超导相共存，Cu和La的核磁共振光谱显示出在冷却的条件下，CuO2平面逐渐分离成两个磁相，其中的一个相可以加强反铁磁关联，证明了反铁磁团簇的本质是自旋玻璃。

研究发现，在铜氧化合物La1.96Sr0.06CuO4中，磁化方式和磁化强度既具有标准自旋玻璃转变特征的所有特点：不可逆性，剩余磁化，无序行为。磁矩产生了受自旋影响的很小的态密度。自旋玻璃态是一种既同时具有铁磁态和反铁磁态，且铁磁态和反铁磁态是随机分布的，自旋玻璃态的特点是受挫和随机。作为一种“复杂系统”的典型例子，人们对自旋玻璃态的分类进行了相当广泛的研究，而且影响着和自旋玻璃态相近的领域。对于三维的伊辛模型来说，一个成熟的模型已经被建立，这个模型可以表现出在有限温度下的平衡自旋玻璃转变现象，尤其是，通过对Y2Mo2O7物质进行精细测试实验的观察，发现存在明显的自旋玻璃转变。

来随着自旋玻璃态研究的不断发展，铜氧化物高温超导体中的自旋玻璃现象有了更多的理论基础，这些成果都有助于对其进行更深入的研究，这对高温超导体系的研究工作在一定意义上有很大的帮助。对于来说，自旋玻璃作为自然界中复杂体系下的一种典型的系统，被人们掌握其特性、规律后，对人们研究其他复杂体系具有指导意义。

1975年，Edwards和Anderson提出了一个关于自旋玻璃化转变的较成功的理论，称为EA模型（Edwards–Anderson model），该模型从简单的Heisenberg模型出发，主要考虑键之间的竞争，在Hamilton量式中，求和包括了三维规则方格上的最近邻格点对。EA模型和它的平均场近似是解释自旋玻璃态性质和可能的相变的第一步，用满足Gauss分布的一组无规键替代格点无序和RKKY互作用，剩下的工作就是建立这个模型真正的平均场理论。

1975年，为了导出EA模型的平均场理论，提议修正模型，即互作用项Jij不再被限定于最近邻格点对，而是所有格点对都耦合在一起，也就是说互作用有无限大的力程，另外为了简化，他们将自旋取为Ising变量Si=±1.这样一个无限程的模型提供了平均场理论所需的形式，并且可以严格求解，交换互作用的概率分布区分了不同的模型，被称为SK模型（The model of Sherrington and Kirkpatrick）。1979年，Parisi对SK模型进一步修正。SK模型提供了一个可与实验比较的理论方案。预期的相图能用真实的自旋玻璃态材料模拟，计算出的磁化率同测量结果定性地吻合，然而SK模型还存在一些问题，一个严重的缺点是在T=0时为负值，这是非物理的结果。

2023年8月，诺贝尔物理学奖得主乔治·帕里西在采访中表示：数学优雅的形式体系几乎有自己的生命，人们能被这一生命的生长所引导，从而创造出新的物理理论。自旋玻璃的“复本”理论就是先出现了形式体系，然后才有物理理解。