[論文レビュー] Aging, rejuvenation and memory : the example of spin glasses

E. Vincent|arXiv (Cornell University)|Mar 22, 2006

Material Dynamics and Properties参考文献 1被引用数 39

ひとこと要約

本論文は、不規則系におけるガラス的力学のモデルとしてのスピンガラスにおける老化、若返り、記憶効果を調査する。スケーリング則とエネルギー障害面モデルを用いて、階層的で温度依存の動的プロセスがこれらの現象を規定していることを示し、スピンガラス、ポリマー、コロイド、ゲルにわたる非平衡緩和の主要な記述子として、ゆっくりと成長する動的相関長が浮き彫りになることを明らかにする。

ABSTRACT

In this paper, we review the general features of the out-of-equilibrium dynamics of spin glasses. We use this example as a guideline for a brief description of glassy dynamics in other disordered systems like structural and polymer glasses, colloids, gels etc. Starting with the simplest experiments, we discuss the scaling laws used to describe the isothermal aging observed in spin glasses after a quench down to the low temperature phase (these scaling laws are the same as established for polymer glasses). We then discuss the rejuvenation and memory effects observed when a spin glass is submitted to temperature variations during aging, and show some examples of similar phenomena in other glassy systems. The rejuvenation and memory effects and their implications are analyzed from the point of view of both energy landscape pictures and of real space pictures. We highlight the fact that both approaches point out the necessity of hierarchical processes involved in aging. We introduce the concept of a slowly growing and strongly temperature dependent dynamical correlation length, which is discussed at the light of a large panel of experiments.

研究の動機と目的

• スピンガラスをガラス的系のモデルとして、非平衡力学の普遍的特徴を理解すること。
• 老化中に温度サイクルを施すことでスピンガラスに生じる若ばれと記憶効果の原因を検討すること。
• 構造的ガラス、ポリマー、コロイド、ゲルを含む広範な不規則系に、これらの現象を関連付けること。
• 階層的エネルギー障害面と実空間での動的挙動が非平衡緩和を説明する役割を分析すること。
• 老化系において温度に依存し、ゆっくりと成長する動的相関長の概念を導入し、その妥当性を裏付けること。

提案手法

• 低温へのクエンチ後の等温老化を、実験データから導出されたスケーリング則を用いて分析する。
• エネルギー障害面モデルを応用し、温度サイクルに対する応答としての若ばれと記憶効果を解釈する。
• 実空間的図式を用いて、空間的に不均一でゆっくりと進化する相関領域の特徴を記述する。
• スピンガラスの実験結果と、ポリマーガラス、コロイド、ゲルにおける類似した挙動を比較する。
• 老化中にゆっくりと成長し、温度に強く依存する動的相関長を導入する。
• 広範な実験結果を統合し、観察されたスケーリング則と動的挙動の普遍性を裏付ける。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 等温老化におけるスケーリング則は、スピンガラスの挙動をどのように記述するか。また、ガラス的系全体に普遍的であるか。
• RQ2 スピンガラスが老化中に温度変動にさらされた場合、若ばれと記憶効果が生じる原因は何か。
• RQ3 エネルギー障害面と実空間的図式は、老化動的挙動の階層的性質をどのように説明するか。
• RQ4 成長する動的相関長は、非平衡緩和においてどのような役割を果たすか。
• RQ5 スピンガラスで観察された挙動は、ポリマーとコロイドなどの他の不規則系へどの程度まで拡張可能か。

主な発見

• スピンガラスにおける等温老化は、ポリマーガラスで観察されたものと同一のスケーリング則に従い、非平衡力学における普遍性を示している。
• 老化中に温度をサイクルさせると、スピンガラスで一貫して若ばれと記憶効果が観察され、これらが非平衡的性質であることを確認している。
• エネルギー障害面の図式は、複数の準安定状態の存在と、障害をゆっくりと越える過程によって、これらの効果を説明している。
• 実空間的分析により、空間的に不均一でゆっくりと進化する領域が明らかになり、それらのサイズが時間とともに増大していることが分かっている。これは動的相関長と整合的である。
• 動的相関長はゆっくりと成長し、温度に強く依存しており、系の進化する緩和時間スケールを定量的に記述する指標として有効である。
• 老化、若ばれ、記憶という現象は、スピンガラスに限らず、多様なガラス的系で観察されており、ガラス的力学の統一的記述を支持している。