Численное исследование критической динамики однородной и неупорядоченной двумерной XY-модели в низкотемпературной фазе методами Монте-Карло
![Диссертация: Численное исследование критической динамики однородной и неупорядоченной двумерной XY-модели в низкотемпературной фазе методами Монте-Карло](https://westud.ru/work/2725655/cover.png)
Диссертация
Количественное и качественное описание фазовых переходов и критических явлений в различных системах представляет как теоретический, так и практический интерес и до сих пор остается одной из наиболее трудных и актуальных задач статистической физики. В окрестности точки фазового перехода существует ряд особенностей, которые требуют особого подхода к их изучению. Некоторые термодинамические… Читать ещё >
Содержание
- 1. Критические явления и методы их описания
- 1. 1. Фазовые переходы и критические явления
- 1. 2. Критические индексы
- 1. 3. Масштабная инвариантность и скейлинг
- 1. 4. Особенности двумерных систем
- 1. 5. Особенности теоретического описания структурно неупорядоченных спиновых систем
- 2. Численное исследование однородной двумерной ХУ-модели в области низких температур
- 2. 1. Двумерная ХУ-модель
- 2. 2. Динамика Метрополиса
- 2. 3. Динамика Кавасаки
- 2. 4. Исследование температурной зависимости поперечной жесткости системы
- 2. 5. Результаты численного исследования однородной двумерной ХУ-модели в рамках различных динамик
- 2. 6. Выводы
- 3. Численное исследование эффектов старения в однородной двумерной ХУ-модели и нарушения флуктуационно-диссипативной теоремы
- 3. 1. Системы с медленной динамикой и эффекты старения
- 3. 2. Флуктуационно-диссипативная теорема
- 3. 3. Результаты численного исследования эффектов старения с различными значениями времени ожидания
- 3. 3. 1. Эволюция из полностью упорядоченного начального состояния
- 3. 3. 2. Эволюция из начального состояния с малым значением намагниченности
- 3. 4. Результаты численного исследования динамической восприимчивости и нарушения флуктуационно-диссипативной теоремы
- 3. 5. Выводы
- 4. Влияние структурного беспорядка на критическую динамику двумерной ХУ-модели
- 4. 1. Особенности структурно неупорядоченных двумерных систем
- 4. 2. Определение критической температуры структурно неупорядоченной двумерной ХУ-модели с различной концентрацией дефектов
- 4. 3. Результаты численного исследования эффектов старения в структурно неупорядоченной двумерной ХУ-модели
- 4. 3. 1. Эволюция из полностью упорядоченного начального состояния
- 4. 3. 2. Эволюция из начального состояния с малым значением намагниченности
- 4. 4. Выводы
Список литературы
- Вильсон К., Когут Д. Ренормализационная группа и? — разложение. / Пер. с англ. В.А. Загребного- Под ред. В. К. Федянина. — М.: Мир, 1975. 256 с.
- Изюмов Ю.А., Сыромятников В. И. Фазовые переходы и симметрия кристаллов. М.: Наука, 1984. — 248 с.
- Ландау Л.Д., Лифшиц Е. М. Статистическая физика. 3-е изд. М.: Наука, 1976. — 584 с.
- Ma Ш. Современная теория критических явлений. / Пер. с англ. А. Н. Ермилова, A.M. Курбатова- Под ред. H.H. Боголюбова (мл.), В. К. Федянина. М.: Мир, 1980. — 298 с.
- Паташинский А.З., Покровский В. Л. Флуктуационная теория фазовых переходов. 2-е изд. М.: Наука, 1982. — 382 с.
- Райдер Л. Квантовая теория поля. М.: Мир, 1987. — 512 с.
- Стенли Г. Фазовые переходы и критические явления. М.: Мир, 1973. — 342 с.
- Zinn-Justin J. Quantum field theory and critical phenomena. Oxford: Clarendon Press, 1996. — 1008 p.
- Fisher M.E. The renormalization group and the theory of critical behavior. // Rev. Mod. Phys. 1974. — V.46. — № 4. — P. 597−616.
- Паташинский А.З., Покровский В. А. Метод ренормализационной группы в теории фазовых переходов. // УФН. 1977. — Т.121, вып.1.- С.55−96.
- Фишер М. Физика критического состояния. / Пер. с англ. М.Ш. Ги-термана. М.: Мир, 1968. — 221 с.
- Биндер К. Методы Монте-Карло в статистической физике. М.: Мир, 1982. 426 с.
- Гулд X., Тобочник Я. Компьютерное моделирование в физике: В 2 ч. М.: Мир, 1992. Ч. 2. 400 с.
- Камилов И. К., Муртазаев А. К., Алиев X. К. Исследование фазовых переходов и критических явлений методами Монте-Карло. // УФН.- 1999. Т.169. — №. — С.773−795
- Муртазаев А.К., Камилов И. К., Магомедов М. А. Кластерные алгоритмы метода Монте-Карло, конечно-размерный скейлинг и критические индексы сложных решеточных моделей. // ЖЭТФ. 2001. -Т.120. -№ 6. — С.1535
- Прудников В. В., Вакилов А. Н., Прудников П. В. Фазовые переходы и методы их компьютерного моделирования. Москва: ФИЗМАТ-ЛИТ, 2009. — 224 с.
- Прудников В.В., Бородихин В. Н. Исследование неупорядоченной антиферромагнитной модели Изинга со случайными магнитными полями методом Монте-Карло. // ЖЭТФ. 2005. — Т. 128. — №. — С.337
- Selke W. and Shchur L.N. Critical Binder cumulant in two-dimensional anisotropic Ising models. // J. Phys. A. 2005. V. 38. L739-L744.
- Shchur L.N., Berche В., Butera P. High-precision determination of universal amplitude ratios for the q=3 Potts model in 2d. // Phys. Rev. B. 2008. — V.77. — P.144 410.
- Кашурников B.A., Красавин А. В. Эффективный квантовый алгоритм Монте-Карло для моделирования сильнокоррелированных систем. // ЖЭТФ. 2007. — Т. 132. — т. — СМ.
- Bramwell S. Т., Holdsworth Р. С. W., Hutchings М. Т. Static and Dynamic Magnetic Properties of Rl^CrC^: Ideal 2D-XY Behaviour in a Layered Magnet. // J. Phys. Soc. Jpn. 1995. — V.64. — P.3066.
- Als-Nielsen J., Bramwell S. Т., Hutchings M. Т., Mclntyre G. J., Visser D. Neutron scattering investigation of the static critical properties of Rb2CrCl4. // J. Phys. Condens. Matter. 1993. — V.5. — P.7871.
- Elmers H. J., Hauschild J., Liu G. H., Gradmann U. Critical phenomena in the two-dimensional XY magnet Fe (100) on W (100). //J. Appl. Phys.- 1996. V.79. — P.4984.
- Ahlberg M., Andersson G., Hjorvarsson B. Two-dimensional XY-like amorphous Co68Fe24Zr8/Al70Zr30 multilayers. // Phys. Rev. B. 2011.- V.83. P.224 404.
- Liebig A., Korelis P. Т., Ahlberg M., Hjorvarsson B. Experimental realization of amorphous two-dimensional XY magnets. // Phys. Rev. B. 2011. — V.84. — P.24 430.
- Oerding K. The dynamic critical exponent of dilute and pure Ising systems. // J. Phys. A. 1995. — V.28. — P. L639-L643.
- Swendsen R.H., Wang J.-S. Nonuniversal critical dynamics in Monte Carlo simulations. // Phys. Rev. Lett. 1987. — V.58. — P.86.
- Wolf U. Collective Monte Carlo Updating for Spin Systems. // Phys. Rev. Lett. 1989. — V.62. — P.361.
- Godreche C., Luck J.-M. Response of non-equilibrium systems at criticality: exact results for the Glauber-Ising chain. // J.Phys.A. 2000.- V.33. P.1151.
- Godreche C., Luck J.-M. Response of non-equilibrium systems at criticality: ferromagnetic models in dimension two and above. // J. Phys.A. 2000. — V.33. — P.9141.
- Godreche C. Luck J.-M. Nonequilibrium critical dynamics of ferromagnetic spin systems. // J. Phys. Cond. Matt. 2002. -V.14. — P. 1589.
- Henkel M., Paessens M., Pleimling M. Scaling of the linear response in simple aging systems without disorder. // Phys. Rev. E. 2004. — V.69.- P.56 109.
- Picone A., Henkel M. Local scale-invariance and ageing in noisy systems. // Nucl. Phys. B. 2004. — V.688. — P.217−265.
- Schehr G., Paul R. Universal aging properties at a disordered critical point. // Phys. Rev. E. 2005. — V.72. — P.16 105.
- Pleimling M., Gambassi A. Corrections to local scale invariance in the nonequilibrium dynamics of critical systems: Numerical evidences. // Phys. Rev. B. 2005. — V.71. — P.180 401®.
- Cugliandolo L.F., Kurchan J. On the out-of-equilibrium relaxation of the Sherrington-Kirkpatrick model. //J. Phys. A: Math. Gen. 1994. V.27. — P.5749.
- Cugliandolo L.F., Kurchan J. Recent theories of glasses as out of equilibrium systems. // Phil. Mag. B. 1995. — V.71. — P.501.
- Cugliandolo L.F., Kurchan J., Peliti L. Energy flow, partial equilibration, and effective temperatures in systems with slow dynamics. // Phys. Rev. E. 1997. — V.55. — P.3898.
- Berthier L., Holdsworth P.C.W., Sellitto M. Nonequlibrium critical dynamics of the two-dimensional XY-model. //J. Phys. A. 2001. -V.34. — P.1805.
- Calabrese P., Gambassi A. Aging in ferromagnetic systems at criticality near four dimensions. // Phys. Rev. E. 2002. — V.65. — P.66 120.
- Lei X.W., Zheng B. Short-time critical dynamics and ageing phenomena in two-dimensional XY model. // Phys. Rev. E. 2007. — V.75. -P.40 104.
- Struik L.C.E. Physical Aging in Amorphous Polymers and Other Materials. // Amsterdam: Elsevier, 1978
- Harris A.B. Effect of random defects on the critical behavior of Ising models. // J. Phys. C. 1974. — V.7. — № 6. — P.1671−1692.
- Berche В., Farinas-Sanchez A. I., Holovatch Yu., Paredes R. Influence of quenched dilution on the quasi-long-range ordered phase of the 2d XY model. // Eur. Phys. J. B. 2003. — V.36. — P.91.
- Kapikranian 0., Berche В., Holovatch Yu. The 2D XY model on a finite lattice with structural disorder: quasi-long-range ordering under realistic conditions. // Eur. Phys. J. B. 2007. — V.56. — P.93−105.
- Kapikranian O., Berche В., Holovatch Yu. Perturbation expansion for the diluted two-dimensional XY model. // Phys. Lett. A. 2007. — V.366. -P. 150−154.
- Прудников В.В., Алексеев С. В. Численное исследование неравновесного поведения двумерной XY-модели в низкотемпературной области. // Вестник Омского госуниверситета. 2006. вып. 4. — с.27−30.
- Прудников В.В., Прудников П. В., Алексеев С. В. Исследование температурной зависимости поперечной жесткости системы в двумерной XY-модели. // Вестник Омского госуниверситета. 2010. — вып. 2. -с.83−86.
- Прудников В.В., Прудников П. В., Алексеев С. В. Исследование эффектов старения в двумерной XY-модели. // Вестник Омского госуниверситета. 2010. — вып. 2. — с.55−58.
- Прудников В.В., Прудников П. В., Алексеев С. В. Исследование влияния дефектов структуры на динамику двумерной XY-модели в низкотемпературной фазе. // Вестник Омского госуниверситета. 2010. — вып. 4. — с.76−81.
- Алексеев C.B. Исследование эффектов старения в двумерной XY-модели. // Сборник статей XXXIV региональной научно-практической конференции «Молодежь III тысячелетия». Омск: Изд-во Ом. гос. ун-та, 2010. — с. 66−69.
- Алексеев C.B. Исследование эффектов старения в неупорядоченной двумерной XY-модели. // Сборник статей XXXV региональной научно-практической конференции «Молодежь III тысячелетия». -Омск: Изд-во Ом. гос. ун-та, 2011. с. 53−56.
- Alekseyev S.V., Prudnikov P.V., Prudnikov V.V. Ageing phenomena in two-dimensional XY-model. // Book of abstracts: Moscow International
- Symposium on Magnetism, August 21−15, 2011 M.: МАКС Пресс, 2011.- 944 с. (на англ. яз.). с.450−451.
- Ландау Л.Д. К теории фазовых переходов. // ЖЭТФ. 1937. — Т.7.- №. С. 19.
- Доценко B.C. Критические явления в спиновых системах с беспорядком. // УФН. 1995. — Т.165. — № 5. — С.481−528.
- Kadanoff L.P. Scaling Laws for Ising Models Near Tc. // Physics. 1966.- V.2. P.263.
- Березинский В.Л. Разрушение дальнего порядка в одномерных и двумерных системах с непрерывной группой симметрии. //ЖЭТФ. -1970. Т.59. — С.907.
- Березинский В.Л. Низкотемпературные свойства двумерных систем с непрерывной группой симметрии. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2007. — 232 с.
- Stanley H.Е., Kaplan Т.A. Possibility of a Phase Transition for the Two-Dimensional Heisenberg Model. // Phys. Rev. Lett. 1966. — V.17. -P.913−915.
- Ландау Л.Д. // Phys. Z. der Sowietunion. 1937. — V.2. — P.36.
- Peierls R.E. Quelques proprietes typiques des corps solides. // Ann. Inst. Henri Poincare. 1935. — V.5. — P.177−222.
- Hohenberg P. Existence of Long-Range Order in One and Two Dimensions. // Phys. Rev. 1967. — V.158. — P.383−386.
- Березинский B. J1. Разрушение дальнего порядка в одномерных и двумерных системах с непрерывной группой симметрии. // ЖЭТФ. -1971.-Т.61.-С.1251.
- Mermin N.D., Wagner Н. Absence of Ferromagnetism or Antiferromagnetism in One- or Two-Dimensional Isotropic Heisenberg Models. //Phys. Rev. Lett. 1966. — V.17. — P.1133−1136.
- Bramwell S.T., Holdsworth P.C.W. Magnetization and universal sub-critical behaviour in two-dimensional XY magnets. //J. Phys. Condens. Matter. 1993. — V.5. — P.53.
- Kosterlitz L.M., Thouless D.J. Ordering, metastability and phase transitions in two-dimensional systems. //J.Phys.C. 1973. — V.6. -P.1181.
- Kosterlitz J.M. The critical properties of the two-dimensional XY model. // J. Phys. C.: Solid State Phys. 1974. — V.7. — P.1046−1060.
- Nelson D.R., Kosterlitz J.M. Universal Jump in the Superfluid Density of Two-Dimensional Superfluids. // Phys. Rev. Lett. 1977. — V.39 -P.1201−1205.
- Bishop D.J., Reppy J.D. Study of the Superfluid Transition in Two-Dimensional 4He films. // Phys. Rev. Lett. 1978. — V.40 — P.783.
- Wegner F. Spin-Ordering in a Planar Classical Heisenberg Model. // Z. Phys. 1967. — V.206. — P.465.
- Изюмов Ю.А., Скрябин Ю. Н. Статистическая механика магнитоупо-рядоченных систем. М.: Наука, 1987.
- Kenna R. Homotopy in statistical physics. // Condensed Matter Phys. -2006. V.9. — P.283.
- Zheng B., Ren F., Ren H. Corrections to scaling in two-dimensional dynamic XY and fully frustrated XY models. // Phys.Rev.E 2003.-V.68 — P.46 120
- Zheng B. Monte Carlo simulations and numerical solutions of short-time critical dynamics. // Physica, A. 2000. — V.283. — P.80−85.
- Ying H.P., Zheng B., Yu Y., Trimper S. Corrections to scaling for the two-dimensional dynamic XY model. //Phys. Rev. E. 2001.- V.63
- Gupta R., Baillie C.F. Critical behavior of the two-dimensional XY model. // Phys. Rev. B. 1992. — V.45. — P.2883−2898,
- Tomita Y., Okabe Y. Probability-changing cluster algorithm for two-dimensional XY and clock models. // Phys. Rev. B. 2002. — V.65.- P. 184 405.
- Luo H.J., Zheng B. Critical relaxation and critical exponents. // Mod. Phys. Lett. B. 1997. — V.ll. — P.615−623.
- Kogut J.B. An introduction to lattice gauge theory and spin systems. // Rev. Modern Psys. 1979. — V.51. — P.659−713.
- Stauffer D. Violation of dynamical scaling for randomly dilute Ising ferro-magnets near percolation threshold. // Phys. Rev. Lett. 1975. — V.35.- № 6. P.394−397.
- Nikolaou M., Wallin M., Weber H. Critical Scaling Properties at the Superfluid Transition of 4He in Aerogel. // Phys. Rev. Lett. 2006. -V.97. — P.225 702.
- Stauffer D. Scaling theory of percolation clusters. // Physics Reports. -1979. V.54. — Ж. — P. 1−78.
- Stauffer D. Introduction to percolation theory. London: Taylor & Fransis, 1985. 294 p.
- Stinchcombe R.B. Dilute magnetism. Phase transitions and critical phenomena, ed. Domb C. and Lebowitz J.L. // New York: Acad. Press., 1983. V.7. — P.151−191.
- Fisher M.E. Renormalization of critical exponent by hidden variables. // Phys. Rev. 1968. — V.176. — № 1. — P.257−272.
- Дороговцев C.H. Критические свойства магнетиков с дислокациями и точечными примесями. // ЖЭТФ. 1981. — В.80. — № 5. — С.2053−2067.
- Weinrib A., Halperin B.I. Critical phenomena in systems with long-range-correlated quenched disorder. // Phys. Rev. B. 1983. — V.27. — P.413−427.
- Boyanovsky D., Cardy J.L. Critical behavior of m-component magnets with correlated impurities. // Phys. Rev. B. 1982. — V.26. — № 1. -P. 154−170.
- Хмельницкий Д.Е. Фазовый переход второго рода в неоднородных телах. // ЖЭТФ. 1975. — В.68. — № 5. — С.1960−1968.
- Lubensky T. C. Critical properties of random-spin models from of the e-expansion. // Phys. Rev. B. 1975. — V.ll. — № 9. — P.3573−3580.
- Birgeneau R.I., Cowley R.A., Shirane G., Yoshizawa H., Belanger D.P., King A.R., Jaccarino V. Critical behaviour of site-diluted three dimensional Ising magnet. // Phys. Rev. B. 1983. — V.27. — №.12. -P.6747−6757.
- Thurston T.R., Peter C.J., Birgeneau R.J., Horn P.M. Critical behaviour of site-diluted three dimensional Ising magnet. // Phys. Rev. B. 1988. — V.37. — P.9559−9563.
- Henkel M., Pleimling M. Non-Equilibrium Phase Transitions. Volume 2: Ageing and Dynamical Scaling Far from Equilibrium. Dordrecht, Springer, 2010.
- Stoimenov S. Physical ageing in plastics and other glassy materials. // Polymer Engineering and Science. 1977. — V.17. — P. 165.
- Angell C.A. Formation of glasses from liquids and biopolymers. // Science. 1995. — V.267. — P.1924.
- Vincent E., Hammann J., Ocio M., Bouchaud J.-P., Cugliandolo L.F. Slow dynamics and ageing in spin glasses. In M. Rubi, editor, Complex behaviour of glassy systems, Lecture Notes in Physics 492, Heidelberg, 1997. Springer.
- Vincent E. Ageing, rejuvenation and memory: the example of spin-glasses. In M. Henkel, M. Pleimling, R. Sanctuary, editors, Ageing and the glass transition, Lecture Notes in Physics 716, Heidelberg, 2007. Springer.
- Dupuis V., Bert F., Bouchaud J.-P., Hammann J., Ladieu F., Parker D., Vincent E. Ageing, rejuvenation and memory phenomena in spin glasses. // Pramana Journal of Physics. 2005. — V.64. — P. 1109.
- Ocio M., Alba M., Hammann J. Time scaling of the ageing process in spin-glasses: a study in CeNiFeF6. //J. Physique Lett. 1985. — V.46. -P.1101.
- Parker D., Ladieu F., Hammann J., Vincent E. Effect of cooling rate on ageing in spin glasses. // Phys. Rev. 2006. — V.74. — P. 184 432.
- Heerisson D., Ocio M. Fluctuation-dissipation ratio of a spin glas in the ageing regime. // Phys. Rev. Lett. 2002. — V.88. — P.257 202.
- Herisson D., Ocio M. Off-equilibrium fluctuation-dissipation relation in a spin glass. // Eur. Phys. J. 2004. — V.40. — P.283.
- Rodriguez G.F., Kenning G.G., Orbach R. Full ageing in spin glasses. // Phys. Rev. Lett. 2003. — V.91. — P.37 203.
- Krzakala F. Glassy properties of the Kawasaki dynamics of two-dimensional ferromagnets. // Phys. Rev. Lett. 2005. — V.94. — P.77 204.
- Crisanti A., Ritort F. Violations of the fluctuation-dissipation theorem in glassy systems: basic notions and the numerical evidence. //J. Phys. A. 2003. — V.36. — R.181.
- Franz S., Mezard M., Parisi G., Peliti L. The response of glassy systems to random perturbations: A bridge between equilibrium and off-equilibrium. // J. Stat. Phys. 1999. — V.97. — P.459.
- Prudnikov V.V., Teitelbaum G.B. Non-universal dynamic scaling in two-dimensional degenerate systems. // Phys.Lett.A. 1977.- V.63. — P. l-3
- Прудников В. В., Вакилов А. Н., Марков О. Н. Компьютерное моделирование фазовых переходов в однородных и неупорядоченных системах.- Омск: ОмГУ, 2001. 85 с.
- Zheng В., Schulz М. and Trimper S. Deterministic equations of motion and dynamic critical phenomena. //Phys. Rev. Lett. 1999. — V.82. -P.1891−1894.
- Binder K., Landay D.P. Critical properties of the two-dimensional anisotropic Heisenberg model. // Phys.Rev.B. 1976. — V.13. — P.1140.
- Okano K., Schulke L., Yamagishi K., Zheng B. Universality and scaling in short-time critical dynamics. // Nucl. Phys. B. 1997. — V.485. -P.727.
- Hohenberg P.C., Halperin B.I. Theory of dynamic critical phenomena. //Reviews of Modern Physics. 1977. — V.49. — N.3. — P.435−479
- Metropolis N., Rosenbluth A.W., Rosenbluth M.N., Teller A.H., Teller E. // J. Chem. Phys. 1953. — V.21. — P.1087.
- Kawasaki K. Diffusion Constants near the Critical Point for Time-Dependent Ising Models. // Phys. Rev. 1966. — V.145. — P.224−230.
- Newman M.E.J., Barkema G.T. Monte Carlo methods in statistical physics. Clarendon Press, Oxford. — 1999.
- Kubo R. The fluctuation-dissipation theorem. // Rep. Prog. Phys. -1966. V.29. — P.255.
- Palma G., Meyer T., Labbe R. Finite size scaling in the 2D XY-model and generalized universality. // Phys. Rev. E. 2002. — V.66. — P.26 108.
- Binder K., Luijten E. Monte Carlo tests of renormalization-group predictions for critical phenomena in Ising models. // Phys. Reports.- 2001. — V. 344. — P.179−253.
- Berche B., Farinas Sanchez A.I., Paredes R. Correlations in the low-temperature phase of the two-dimensional XY model. // Europhys. Lett.- 2002. V.60. — P.539−545.
- Berche B. Bulk and surface properties in the critical phase of the two-dimensional XY model. //J. Phys. A. Math. Gen. 2003. — V.36. -P.585.
- Mondaini L., Marino E.C. Sine-Gordon/Coulomb-gas soliton correlation functions and an exact evaluation of the Kosterlitz-Thouless critical exponent. // J. Stat. Phys. 1995. — V.118. — P.767.
- Pereira A.R., Mol L.A.S., Leonel S.A., Coura P.Z., Costa B.V. Vortex behavior near a spin vacancy in 2D XY-magnets. //. Phys. Rev. B. -2003. V.68. — P.132 409.
- Mol L.A.S., Pereira A.R., Pires A.S.T. Planar vortex in two-dimensional XY ferromagnets with a nonmagnetic impurity potential. // Phys. Rev. B. 2002. — V.66. — P.52 415.
- Leonel S.A., Coura P.Z., Pereira A.R., Mol L.A.S., Costa B.V. Monte Carlo study of the critical temperature for the planar rotator model with nonmagnetic impurities. // Phys. Rev. B. 2003. — V.67. — P.104 426.
- Tomita Y., Okabe Y. Finite-size Scaling of Correlation Ratio and Generalized Scheme for the Probability-Changing Cluster Algorithm. // Phys.Rev. B. 2002. — V.66. — P.180 401.