低維受限系統(tǒng)熱力學(xué)、相變和臨界現(xiàn)象的研究.pdf

1、近些年來，二維XY模型的研究吸引了眾多研究者的興趣。二維經(jīng)典的受挫XY模型的基態(tài)典型地存在連續(xù)的和分離的兩種簡(jiǎn)并。這種模型不僅能描述超流系統(tǒng)，還能描述Josephson連接超導(dǎo)陣列。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，該模型的內(nèi)在對(duì)稱性與兩種手征有序相關(guān)，對(duì)應(yīng)的兩種相變分別是手征的Kosterliz-Thouless(KT)相變和Ising相變。然而，兩種序參數(shù)間的糾纏使問題的分析變得復(fù)雜。眾所周知，由Dzyaloshinskii 和Moriya引入的反對(duì)稱DM

2、作用是超交換作用和自旋-軌道耦合作用的聯(lián)合體，具有手征性并與自旋-軌道耦合成線性，與磁無序效應(yīng)相聯(lián)系。各向異性自旋相互作用的出現(xiàn)，導(dǎo)致了系統(tǒng)大量豐富的相變行為。對(duì)于復(fù)雜系統(tǒng)來說，Monte Carlo模擬是一種強(qiáng)有力的計(jì)算工具。探索效率高速度快的新算法是Monte Carlo模擬的前沿之一。 本文提出了一種新的復(fù)合算法，充分利用Metropolis算法和Swendsen-Wang團(tuán)簇算法的優(yōu)勢(shì)。應(yīng)用新算法，系統(tǒng)地模擬研究了具有手

3、征Dzyaloshinskii -Moriya(DM)作用的XY模型的熱力學(xué)性質(zhì)、相變、臨界現(xiàn)象以及自旋動(dòng)力學(xué)關(guān)聯(lián)函數(shù)。研究發(fā)現(xiàn)隨著DM作用強(qiáng)度的改變，手征序和鐵磁序存在著新的競(jìng)爭(zhēng)。當(dāng)DM作用較弱時(shí)，系統(tǒng)的臨界溫度隨DM作用強(qiáng)度的增加略有降低，磁化強(qiáng)度隨溫度的變化在低溫區(qū)呈現(xiàn)新的平臺(tái)特性，系統(tǒng)具有很好的鐵磁性。當(dāng)DM作用較強(qiáng)時(shí)，臨界溫度隨DM作用強(qiáng)度增加而增加，磁化強(qiáng)度的平臺(tái)特性消失，隨著DM作用強(qiáng)度的增加，系統(tǒng)的磁化強(qiáng)度進(jìn)一步減小，甚

4、至低于高溫磁化強(qiáng)度的值，表明強(qiáng)的手征序抑制系統(tǒng)的鐵磁性，系統(tǒng)更穩(wěn)定。利用復(fù)合算法和經(jīng)典Metropolis算法分別研究了手征XY模型的自旋動(dòng)力學(xué)關(guān)聯(lián)函數(shù)，結(jié)果表明，復(fù)合算法的計(jì)算速度約為Metropolis算法的四倍。 提出了DM作用激發(fā)渦旋態(tài)的新機(jī)制，解釋在強(qiáng)DM區(qū)間磁化強(qiáng)度平臺(tái)特性消失的原因，及鐵磁序被抑制的根源。為此，我們研究了四方格子和三角格子的手征序及自旋位形圖。發(fā)現(xiàn)自旋位形在垂直于晶格對(duì)角線的方向，渦旋態(tài)展現(xiàn)出周期性

5、。周期與DM強(qiáng)度有關(guān)。DM作用越強(qiáng)，周期越短。手征序參數(shù)隨著溫度的變化具有較好的平臺(tái)特性，隨著DM強(qiáng)度的增加，手征序參數(shù)的值增加。因此抑制了鐵磁序。 采用Binder累積方法研究了手征系統(tǒng)的臨界性質(zhì)，通過計(jì)算不同晶格尺寸系統(tǒng)的累積量隨溫度的變化曲線，發(fā)現(xiàn)無DM相互作用時(shí)，系統(tǒng)的臨界溫度TC?0.92。在KT相變區(qū)間，系統(tǒng)的溫度臨界指數(shù)h=1/4滿足標(biāo)度關(guān)系。發(fā)現(xiàn)在弱DM作用區(qū)間，臨界溫度隨DM作用強(qiáng)度增加而降低的規(guī)律。

6、自旋動(dòng)力學(xué)研究表明溫度不是太低時(shí)，渦旋態(tài)和自旋波激發(fā)共存。當(dāng)DM強(qiáng)度較弱時(shí)，系統(tǒng)的熱導(dǎo)主要貢獻(xiàn)來自于自旋波激發(fā)。熱導(dǎo)由比熱和動(dòng)力學(xué)馳豫時(shí)間確定。在共存區(qū)間，KT相變與自旋玻璃理論具有關(guān)聯(lián)。臨界溫度正比于DM強(qiáng)度。 在低溫量子區(qū)間，利用非平衡格林函數(shù)的方法，微觀推導(dǎo)了一種量子熱導(dǎo)的Landauer-Buttiker(LB)公式，提出了描述極冷非線性介電原子鏈的理論模型，并研究了低激發(fā)模的量子熱導(dǎo)。研究發(fā)現(xiàn)：由于新的準(zhǔn)粒子激發(fā)，熱導(dǎo)