Skip to main content
SUPERVISOR
Farhad Shahbazi,Seyedakbar Jafari
فرهاد شهبازی دستجرده (استاد راهنما) سیداکبر جعفری (استاد مشاور)
 
STUDENT
Amir Hajibabaii
امیر حاجی بابائی تیمورلوئی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده فیزیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1387

TITLE

Study of quantum phase transition in Heisenberg model and transverse Ising model, using series expansion method
Generally we have two types of phase transition: Thermal phase transition and Quantum phase transition. Thermal phase transitions occur due to the competition between energy and entropy of a system at finite temperature. In contrast, quantum phase transition occurs at absolute zero temperature and they are driven by quantum fluctuations.. Study of the quantum phase transitions in the absolute zero temperature is a necessary step in the complete understanding of properties of materials at higher temperatures. In this research we study the quantum phase transitions in the spin systems. One promising methods for studying spin systems is series expansion method. Series expansion method consists of high temperature and low temperature series expansions and cluster expansion. In this thesis we study the cluster expansion method. Cluster expansion method is a perturbative method based on non-degenerate Rayleigh-Schrodinger perturbation theory which is developed for performing high order perturbation series.. Using cluster expansion method, it is possible to perform high order expansions for quantities like ground state energy, magnetization, susceptibility and other quantities. In cluster expansion method the problem of performing expansions up to certain order for infinite system is reduced to performing series for finite number of small clusters. After we obtain series, we extrapolate those using standard series analysis methods.. At the end we study the application of the cluster expansion method in two spin systems. First we study the antiferromagnetic Heisenberg model with nearest and next nearest neighbor interactions on honeycomb lattice. We obtained series for ground state energy, magnetization and parallel susceptibility up to eighth order, and then we extrapolate series for magnetization and obtain a quantum phase transition where magnetization vanishes. Second we study the one dimensional quantum Ising model with frustrated nearest and next nearest neighbor interactions in a transverse magnetic field. This model has three well known phases, which are ferromagnetic, paramagnetic and anti phase, and one relatively unknown phase called the floating phase. Ferromagnetic phase and anti phase are the ordered phases of this model for weak transverse field and paramagnetic phase is disordered phase of this model for a strong transverse field.. We obtain perturbative expansions for ground state energy, magnetization and parallel susceptibility around the ferromagnetic . We expect the critical exponents of ferromagnetic-paramagnetic quantum phase transition in one dimensional quantum Ising system be the same exponents related to the dir=rtl Keywords: Quantum phase transition, Quantum fluctuations, Series expansion method, Cluster expansion method, Heisenberg model, Transverse Ising model
در حالت کلی گذارفاز ها را به دو دسته تقسیم می کنیم : گذارفاز گرمایی و گذارفاز کوانتومی. گذار فاز گرمایی گذارفازی است که در اثر افزایش اهمیت آنتروپی با افزایش دما در تعیین فاز سیستم اتفاق می اُفتد. در مقابل، گذارفاز کوانتومی گذارفازی است در دمای صفر مطلق اتفاق می اُفتد و از اُفت و خیز های ناشی از اصل عدم قطعیت هایزنبرگ ناشی می شود. در دمای صفر مطلق یک سیستم در حالت پایه خود قرار می گیرد پس گذارفاز کوانتومی بین حالت پایه های ممکن برای یک سیستم در فضای پارامتری هامیلتونی اتفاق می اُفتد. مطالعه گذارفازهای کوانتومی در دمای صفر مطلق برای یک ماده یک قدم ضروری برای درک کامل خصوصیات این ماده در دماهای بالای صفر است. در این تحقیق گذارفاز کوانتومی در سیستم های اسپینی را بررسی می کنیم. یکی از روش هایی که برای بررسی سیستم های اسپینی بکار می رود روش بسط سری ها است. روش بسط سری ها شامل انواع بسط سری های دمای بالا و دمای پایین و بسط خوشه است. در این پایان نامه روش بسط خوشه را مطالعه می کنیم. بسط خوشه روشی اختلالی بر اساس نظریه اختلال غیر تبهگن ریلی-شرودینگر است که برای بدست آوردن سری های اختلالی تا مرتبه های بالا برای سیستم های کوانتومی بس ذره ای توسعه داده شده است. روش بسط خوشه خود دو نوع دارد که بسط از نوع دمای بالا و بسط از نوع دمای پایین نامیده می شوند. با استفاده از روش بسط خوشه کمیت هایی مثل انرژی حالت پایه، انرژی حالت برانگیخته، مغناطش و پذیرفتاری مغناطیسی به طور اختلالی تا یک مرتبه بالا محاسبه می شوند. پس از بدست آمدن سری های اختلالی مرتبه بالا، آنها را با روش های استاندارد آنالیز سری ها بررسی می کنیم. هدف از آنالیز سری ها مطالعه خصوصیات سیستم در باز های وسیع تر در فضای پارامتری و همچنین مطالعه خواص بحرانی کمیت ها است. در نهایت کاربرد روش بسط خوشه را در دو مسئله بررسی می کنیم. اول مدل هایزنبرگ آنتی فرومغناطیس با برهم کنش های همسایه اول و همسایه دوم روی شبکه لانه زنبوری را بررسی می کنیم. در مسئله دوم مدل آیزینگ کوانتومی با برهم کنش های ناکام بین همسایه های اول و دوم، در یک میدان عرضی را تحقیق می کنیم. این مدل سه فاز شناخته شده دارد، که فازهای فرومغناطیس، آنتی فاز و پارامغناطیس نام دارند، و یک فاز نسبتا ناشناخته به نام فاز شناور دارد. فاز شناور یک فاز میانه بین فاز های منظم و پارامغناطیس است. سؤالات بسیاری در مورد طبیعت و محدوده فاز شناور وجود دارد. سری هایی اختلالی برای انرژی حالت پایه، مغناطش و پذیرفتاری مغناطیسی حول حد فرومغناطیس را تا یک مرتبه بالا (24) بدست آورده و با استفاده از روش های استاندارد آنالیز سری ها نقاط بحرانی و نماهای بحرانی مربوط به گذار از فاز فرومغناطیس بدست آورده ایم. در ستی این رابطه را در محدودی بزرگی مشاهده می کنیم. اما در یک محدوده خاص کوچک انحرافی از این نماها را مشاهده کرده ایم

ارتقاء امنیت وب با وف بومی