Ising模型相变的理论研究

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本文用平均场理论、相关有效场理论和MonteCarlo模拟方法对具有晶场的Ising模型(BC模型)、无序的Ising模型和横向Ising模型的相变问题进行了系统的研究,弄清了晶场、稀磁和横场对高自旋Ising模型的一阶及二阶相变的影响。主要内容如下: 一.引入晶场的Ising模型的二阶和一阶相变具有晶场的高自旋Ising模型又叫BC模型,是目前研究广泛的Ising模型。我们采用一种层状分子基材料的晶格结构、用相关有效场理论和MonteCarlo模拟对它的相变性质进行了研究。结果表明:整数自旋BC模型具有有序—无序一阶相变,半整数自旋不具有有序—无序一阶相变。为了更深入了解系统的一阶相变,我们还需要弄清系统的有序—有序一阶相变的性质。由于用相关有效场理论不能写出系统自由能的表达式,我们采用平均场近似和MonteCarlo模拟方法研究高自旋系统的有序—有序一阶相变。结果表明:只有当BC模型系统的每个离子的各向异性常数处在比其临界值(决定系统基态构型的晶场临界值)略大的区间时,系统才会在某一较低的温度下发生一阶相变。发生一阶相变时,随温度升高,BC模型总是从自旋期望值高的态跃变到自旋期望值低的态。 二.同时引入稀磁(无序)和晶场的Ising模型的一阶相变稀磁是目前关于Ising模型研究的一个热门,我们采用平均场近似和MonteCarlo模拟方法重点研究了稀磁对具有晶场Ising模型的一阶相变的影响,结果表明:稀磁(无序)使BC模型发生一阶相变的晶场区间减小,直至消失,也就是说稀磁会减弱Ising模型发生一阶相变的趋势。 三.同时引入横场(量子效应)和晶场的Ising模型的一阶相变施加横向磁场是目前关于Ising模型研究的又一个热门,我们采用平均场近似和MonteCarlo模拟方法重点研究了横场对具有晶场Ising模型的一阶相变的影响,结果表明:横场(量子效应)使BC模型发生一阶相变的晶场区间减小,直至消失,也就是说横场会减弱Ising模型发生一阶相变的趋势。 四.分析了具有晶场的Ising模型分别处于不同基态附近的微观状态数的大小,发现具有晶场的Ising模型越处于自旋绝对值小的基态,其微观状态数越大,这解释了前面的两个结论: (1)只有当BC模型系统的每个离子的晶场处在比其临界值(决定系统基态构型的晶场临界值)略大的区间时,系统才会在某一较低的温度下发生一阶相变。 (2)发生一阶相变时,随温度升高,BC模型总是从自旋期望值高的态跃变到自旋期望值低的态,这也说明了一阶重入现象是不能发生的。
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