Il modello di Ising

L'elaborato fornisce una introduzione al modello di Ising, utilizzato nello studio delle transizioni di fase tra la fase ferromagnetica e quella paramagnetica dei materiali. Nella prima parte viene trattato il modello unidimensionale, di cui viene esposta la soluzione esatta attraverso l'utilizzo delle matrici di trasferimento, dimostrando quindi l'inesistenza di una transizione di fase a temperature finite non nulle. Vengono calcolate le funzioni termodinamiche e se ne dimostra l'indipendenza dalle condizioni al contorno nel limite termodinamico.Viene proposta infine una spiegazione qualitativa del comportamento microscopico, attraverso la lunghezza di correlazione. Nella seconda parte viene trattato il caso a due dimensioni. Inizialmente viene determinata la temperatura critica per reticoli quadrati, attraverso il riconoscimento della presenza di una relazione di dualita tra l'espansione per alte e per basse temperature della funzione di partizione. Successivamente si fornisce la soluzione esatta attraverso una versione modificata del procedimento, originariamente ideato da L.Onsager, di cui e proposta una traccia della dimostrazione. Viene infine brevemente discussa l'importanza che questo risultato ebbe storicamente nella fisica delle transizioni di fase.

Transizioni di fase nel modello di Ising

L'elaborato tratta le transizioni di fase nel modello di Ising, usato per descrivere i sistemi magnetici. Tramite l'argomento di Landau viene introdotto il problema della dimensionalità per l'esistenza di una fase ferromagnetica. Con il sistema di un gas forzato su reticolo viene presentato il carattere universale dei fenomeni critici per mezzo degli esponenti critici. Viene poi risolto in modo esatto il modello unidimensionale, che non prevede una fase ferromagnetica. Per sistemi a dimensionali maggiore viene introdotto il metodo dell'approssimazione di campo medio. Viene infine determinato il valore della temperatura critica per reticoli planari quadrati e di questi viene mostrata la soluzione esatta di Lars Onsager.

Modelli Matematici per Transizioni di Fase in Materiali Speciali

In questa Tesi vengono trattati alcuni temi relativi alla modellizzazione matematica delle Transizioni di Fase, il cui filo conduttore è la descrizione basata su un parametro d'ordine, originato dalla Teoria di Landau. Dopo aver presentato in maniera generale un modo di approccio alla dinamica delle transizioni mediante campo di fase, con particolare attenzione al problema della consistenza termodinamica nelle situazioni non isoterme, si considerano tre applicazioni di tale metodo a transizioni di fase specifiche: la transizione ferromagnetica, la transizione superconduttrice e la transizione martensitica nelle leghe a memoria di forma (SMA). Il contributo maggiore viene fornito nello studio di quest'ultima transizione di fase per la quale si è elaborato un modello a campo di fase termodinamicamente consistente, atto a descriverne le proprietà termomeccaniche essenziali.

Modelo de ISING en 3-d. aplicación a sensores magnéticos

El modelo de Ising es un problema de física estadística que tiene solución exacta en dos dimensiones, para el caso de tres dimensiones es preciso utilizar procedimientos de simulación. En este trabajo se ha utilizado un método de Monte Carlo para estudiar el comportamiento del sistema en distintas situaciones, siendo de especial interés el estudio del paso por la transición de fase a la temperatura crítica (Temperatura de Curie, Tc). Se ha estudiado la cinética de los dominios magnéticos, considerando la estructura de los dominios desde el punto de vista de la energía, y en consecuencia, hemos tenido en cuenta la energía de canje que tiende a mantener alineados los espines de los electrones en los materiales ferromagnéticos. Este término contribuye a hacer mayor el espesor de la pared, por la tendencia a que los espines de los átomos vecinos se mantengan alineados. Se ha considerado el ferromagnetismo desde el punto de vista cuántico y basado en las propiedades de simetría de las funciones de onda de los electrones, que se manifiestan en variaciones de la energía electrostática de un sistema en función de la orientación de sus espines. Se han estudiado los efectos de histéresis que resultan al aplicar un campo magnético externo a la red y la orientación de los espines de la misma a lo largo de su evolución. Para la determinación de las propiedades de los materiales ferromagnéticos se utiliza el ciclo de histéresis aunque algunas de las propiedades magnéticas, como la dirección de anisotropía, no pueden ser deducidas directamente de esta manera. Se utilizan distintos métodos para la determinación de la anisotropía de las muestras. El acoplamiento entre la magnetización en zonas próximas a la superficie y la magnetización en zonas internas de la muestra puede ser utilizado para obtener un ciclo de histéresis, que permita obtener sensores magnéticos adaptados a las medidas que se quieran realizar. Mediante el control del campo coercitivo y la susceptibilidad se abre una línea de investigación para el desarrollo de sensores magnéticos

Il modello di Hopfield: un'applicazione del modello di Ising alle reti neurali

Il Modello di Hopfield è un tentativo di modellizzare il comportamento di una memoria associativa come proprietà emergente di un network costituito da unità a due stati interagenti tra loro, e costituisce un esempio di come gli strumenti della meccanica statistica possano essere applicati anche al campo delle reti neurali. Nel presente elaborato viene esposta l'analogia tra il Modello di Hopfield e il Modello di Ising nel contesto delle transizioni di fase, applicando a entrambi i modelli la teoria di campo medio. Viene esposta la dinamica a temperatura finita e ricavata e risolta l'equazione di punto a sella per il limite di non saturazione del Modello di Hopfield. Vengono inoltre accennate le principali estensioni del Modello di Hopfield.

Comment on "Kinetics of spinodal decomposition in the ising model with vacancy diffusion"

In a recent paper [Phys. Rev. B 50, 3477 (1994)], P. Fratzl and O. Penrose present the results of the Monte Carlo simulation of the spinodal decomposition problem (phase separation) using the vacancy dynamics mechanism. They observe that the t1/3 growth regime is reached faster than when using the standard Kawasaki dynamics. In this Comment we provide a simple explanation for the phenomenon based on the role of interface diffusion, which they claim is irrelevant for the observed behavior.

Dinâmica de tempos curtos aplicado ao modelo de ising diluído por sítio em duas dimensões

Existem vários métodos de simulação para calcular as propriedades críticas de sistemas; neste trabalho utilizamos a dinâmica de tempos curtos, com o intuito de testar a eficiência desta técnica aplicando-a ao modelo de Ising com diluição de sítios. A Dinâmica de tempos curtos em combinação com o método de Monte Carlos verificou que mesmo longe do equilíbrio termodinâmico o sistema já se mostra insensível aos detalhes microscópicos das interações locais e portanto, o seu comportamento universal pode ser estudado ainda no regime de não-equilíbrio, evitando-se o problema do alentecimento crítico ( critical slowing down ) a que sistema em equilíbrio fica submetido quando está na temperatura crítica. O trabalho de Huse e Janssen mostrou um comportamento universal e uma lei de escala nos sistemas críticos fora do equilíbrio e identificou a existência de um novo expoente crítico dinâmico θ, associado ao comportamento anômalo da magnetização. Fazemos uima breve revisão das transições de fase e fenômeno críticos. Descrevemos o modelo de Ising, a técnica de Monte Carlo e por final, a dinâmica de tempos curtos. Aplicamos a dinâmica de tempos curtos para o modelo de Insing ferromagnéticos em uma rede quadrada com diluição de sítios. Calculamos o expoente dinâmicos θ e z, onde verificamos que existe quebra de classe de universilidade com relação às diferentes concentrações de sítios (p=0.70,0.75,0.80,0.85,0.90,0.95,1.00). calculamos também os expoentes estáticos β e v, onde encontramos pequenas variações com a desordem. Finalmente, apresentamos nossas conclusões e possíveis extensões deste trabalho

Propagação de danos no modelo de ising em redes de bravais e em fractais

In this work we have studied, by Monte Carlo computer simulation, several properties that characterize the damage spreading in the Ising model, defined in Bravais lattices (the square and the triangular lattices) and in the Sierpinski Gasket. First, we investigated the antiferromagnetic model in the triangular lattice with uniform magnetic field, by Glauber dynamics; The chaotic-frozen critical frontier that we obtained coincides , within error bars, with the paramegnetic-ferromagnetic frontier of the static transition. Using heat-bath dynamics, we have studied the ferromagnetic model in the Sierpinski Gasket: We have shown that there are two times that characterize the relaxation of the damage: One of them satisfy the generalized scaling theory proposed by Henley (critical exponent z~A/T for low temperatures). On the other hand, the other time does not obey any of the known scaling theories. Finally, we have used methods of time series analysis to study in Glauber dynamics, the damage in the ferromagnetic Ising model on a square lattice. We have obtained a Hurst exponent with value 0.5 in high temperatures and that grows to 1, close to the temperature TD, that separates the chaotic and the frozen phases

Estudo de propriedades críticas em sistemas complexos: método de procura automática em sistemas tipo Ising e percolação de longo alcance

The new technique for automatic search of the order parameters and critical properties is applied to several well-know physical systems, testing the efficiency of such a procedure, in order to apply it for complex systems in general. The automatic-search method is combined with Monte Carlo simulations, which makes use of a given dynamical rule for the time evolution of the system. In the problems inves¬tigated, the Metropolis and Glauber dynamics produced essentially equivalent results. We present a brief introduction to critical phenomena and phase transitions. We describe the automatic-search method and discuss some previous works, where the method has been applied successfully. We apply the method for the ferromagnetic fsing model, computing the critical fron¬tiers and the magnetization exponent (3 for several geometric lattices. We also apply the method for the site-diluted ferromagnetic Ising model on a square lattice, computing its critical frontier, as well as the magnetization exponent f3 and the susceptibility exponent 7. We verify that the universality class of the system remains unchanged when the site dilution is introduced. We study the problem of long-range bond percolation in a diluted linear chain and discuss the non-extensivity questions inherent to long-range-interaction systems. Finally we present our conclusions and possible extensions of this work

Propagação de danos para o modelo Ising em uma rede quadrada totalmente frustrada

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior

Propriedades magnéticas do modelo de Ising bidimensional em uma rede bipartida de spins 1/2 e 1: um estudo de ferrimagnetismo com vacâncias

Pós-graduação em Ciência e Tecnologia de Materiais - FC

Estudo de percolação de clusters de Monte Carlo para o modelo de Ising bidimensional

Pós-graduação em Física - IFT

Film di silicon oxinitride (sion) per applicazioni fotovoltaiche, studio di transizioni ottiche.

I materiali per applicazioni fotovoltaiche hanno destato un interesse crescente nella comunità scienti�ca negli ultimi decenni. Le celle HIT (Het- erojunction Intrinsic Thin Layer ) sono dispositivi di ultima generazione che hanno raggiunto e�cienza elevata mantenendo bassi i costi di pro- duzione, e impiegano silicio amorfo (a-Si) come strato emettitore per il suo buon assorbimento della luce e silicio cristallino come regione attiva. La struttura amorfa del silicio presenta però una bassa conducibilità, oltre ad e�etti di degradazione che limitano considerevolmente la durevolezza di una cella. Per questo motivo si stanno cercando possibili alternative al silicio amorfo, in particolare strutture multifase e composti di silicio, ossigeno ed azoto. In questo lavoro sono esposti i risultati dell'analisi di sottili lay- er di Silicon Oxynitride ossigenato (SiOx Ny :H), in forma microcristallina, deposti tramite PECVD (P lasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition) su vetro presso l'università di Costanza. La forma microcristallina è una distribuzione di agglomerati cristallini dell'ordine di grandezza di un mi- crometro in una matrice di silicio amorfo, e attualmente le sue proprietà ottiche ed elettroniche non sono ancora state studiate in maniera appro- fondita. Nonostante ciò, è invece evidente che la fase microstallina non presenta tanti difetti intrinseci come la forma amorfa e ne è quindi una val- ida alternativa. In questa ottica, si è svolto uno studio sperimentale delle proprietà ottiche di layers in forma microcristallina di SiOx Ny :H, quali la misura del gap energetico. I risultati sperimentali, volti a trovare la dipen- denza delle caratteristiche dai parametri di deposizione dei layers, hanno mostrato una riduzione del gap energetico con la concentrazione di N2 O, uno dei gas precursori utilizzati nella deposizione dei layers in camera di processo. In conclusione si può dire che il μc−SiOx Ny :H ha le buone carat- teristiche tipiche dei semiconduttori cristallini, che unite alla possibilità di regolare il valore del gap energetico in base alle scelte in fase di deposizione, gli conferisce buone prospettive per applicazioni in celle fotovoltaiche, come emettitore in celle ad eterogiunzione.

Crossover from Ising to mean-field critical behavior in an aqueous electrolyte solution

The near-critical behavior of the susceptibility deduced from light-scattering measurements in a ternary liquid mixture of 3-methylpyridine, water, and sodium bromide has been determined. The measurements have been performed in the one-phase region near the lower consolute points of samples with different concentrations of sodium bromide. A crossover from Ising asymptotic behavior to mean-field behavior has been observed. As the concentration of sodium bromide increases, the crossover becomes more pronounced, and the crossover temperature shifts closer to the critical temperature. The data are well described by a model that contains two independent crossover parameters. The crossover of the susceptibility critical exponent γ from its Ising value γ=1.24 to the mean-field value γ=1 is sharp and nonmonotonic. We conclude that there exists an additional length scale in the system due to the presence of the electrolyte which competes with the correlation length of the concentration fluctuations. An analogy with crossover phenomena in polymer solutions and a possible connection with multicritical phenomena is discussed.

Kinetic Ising model: Some exact solutions

Exact expressions for the response functions of kinetic Ising models are reported. These results valid for magnetisation in one dimension are based on a general formalism that yield the earlier results of Glauber and Kimball as special cases.