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  1. NTU Theses and Dissertations Repository
  2. 理學院
  3. 物理學系
請用此 Handle URI 來引用此文件: http://tdr.lib.ntu.edu.tw/jspui/handle/123456789/43207
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DC 欄位值語言
dc.contributor.advisor高英哲
dc.contributor.authorYang-Zhi Chouen
dc.contributor.author周揚智zh_TW
dc.date.accessioned2021-06-15T01:42:39Z-
dc.date.available2010-07-16
dc.date.copyright2009-07-16
dc.date.issued2009
dc.date.submitted2009-07-13
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dc.identifier.urihttp://tdr.lib.ntu.edu.tw/jspui/handle/123456789/43207-
dc.description.abstract自旋冰系統(spin ice)的最簡易模型可用一個非等向性(anisotropy)的Heisenberg 模型描述。過去的研究只著重在當此非等向性無限強的情況,此時可以得到一個Ising 模型來描述。 我們主要的研究在於有限非等向性的修正,嘗試更進一步的與真實物質比對。
首先在古典的Heisenbeg 模型裡,我們在強非等向性極限下使用微擾方法(perturbation),得到了一個q=0 的有序態。 我們在量子的Heisenberg 模型裡,採用簡併態的微擾理論,於強非等向性極限下得到了一個半古典的等效Ising模型。 我們亦使用VMFT 來探索其有序態且計算中子繞射圖。 VMFT 的結果也支持q=0 的有序態。 我們也用Monte Carlo 與loop update 方法來求半古典的等效Ising 模型的基態。得到的結果和古典模型一致,q=0 的有序態。從自旋冰到q=0 有序態的相變為一階相變。我們也提供了相關的相圖。
zh_TW
dc.description.provenanceMade available in DSpace on 2021-06-15T01:42:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1
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Previous issue date: 2009
en
dc.description.tableofcontents1 Introduction 8
1.1 Geometrical Frustration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
1.2 Geometrical Frustrated Ferromagnet: Spin Ice . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
1.3 Microscopic Models of Pyrochlore Spin Ice . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
1.4 Ice Rule: Strong Local Constraint . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
1.5 Quantum Corrections . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
1.6 Low Temperature behavior . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
1.7 Corrections of Finite Anisotropy in Spin Ice . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
2 Classical Heisenberg Model 17
2.1 Classical Heisenberg Model in a single Tetrahedron . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
2.2 Anisotropic Heisenberg Model in Pyrochlore . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
2.3 Ferromagnetic Interaction in The Strong Anisotropic Limit . . . . . . . . . . . . . . 19
3 Eective Hamiltonian 23
3.1 Rayleigh-Schr�odinger Perturbation Theory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
3.1.1 An Example: A Pair of Spin-S Model with Collinear Anisotropy . . . . . . . 26
3.2 The Eective Hamiltonian For Finite The Anisotropic Spin Ice . . . . . . . . . . . . 28
3.3 A Digression: Eective Hamiltonian for Spin-1 Heisenberg Model . . . . . . . . . . . 32
3.4 Brief Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
4 Variational Mean Field Theory 35
4.1 Review of VMFT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
4.1.1 Landau Theory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
4.2 VMFT for Pyrochlore . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
4.2.1 Anisotropic Classical Heisenberg Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
4.2.2 Eective Ising Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
4.3 Elastic Neutron Scattering Cross Section in VMFT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
4.3.1 Elastic Neutron Scattering Cross Section in Dipolar Approximation . . . . . 43
4.3.2 Neutron Scattering in The Mean Field Approximation . . . . . . . . . . . . . 45
4.3.3 Neutron Scattering Patterns in VMFT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
4.3.4 The Peak Shift And The Soft Mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
4.4 Summary of VMFT Study . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
5 Monte Carlo Simulation 53
5.1 Basic Ideas of Monte Carlo Simulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
5.1.1 Markov Processes, Ergodicity, and Detailed Balance . . . . . . . . . . . . . . 54
5.2 Metropolis Algorithm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
5.3 Loop Algorithm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
5.3.1 Long Loop Algorithm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
5.3.2 Short Loop Algorithm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
5.4 Summary of Monte Carlo Simulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
6 Simulation Results of Eective Ising Hamiltonian 61
6.1 Ground State . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
6.2 Excited States . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
6.2.1 Properties Between Two Phases . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
6.3 Phase Diagram . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
6.4 Brief Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
7 Conclusion 69
A Positions and Displacements 72
A.1 Positions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
A.2 Local Frame Basis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
B Eective Hamiltonian 74
B.1 Detailed Calculations for Eective Hamiltonian . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
B.1.1 Non-collinear Easy Axes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
B.1.2 Mapping to Ising Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
B.2 Lists of Coecients . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
B.3 Lists of Interaction Pairs In Eective Hamiltonian . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
B.4 Parameters in Spin-1 Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
C Interaction Matrices in VMFT 82
C.1 Construction of Interaction Matrices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
C.2 Reduction from Heisenberg Model to Ising Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
Bibliography . . . . . . . . . .85
dc.language.isoen
dc.subject非等向性zh_TW
dc.subject自旋冰zh_TW
dc.subject幾合挫折zh_TW
dc.subjectanisotropyen
dc.subjectgeometrical frustrationen
dc.subjectspin iceen
dc.title有限非等向性效應在自旋冰系統zh_TW
dc.titleFinite Anisotropy Effect in The Spin Ice Systemen
dc.typeThesis
dc.date.schoolyear97-2
dc.description.degree碩士
dc.contributor.oralexamcommittee郭光宇,胡崇德,陳智泓
dc.subject.keyword自旋冰,幾合挫折,非等向性,zh_TW
dc.subject.keywordspin ice,geometrical frustration,anisotropy,en
dc.relation.page87
dc.rights.note有償授權
dc.date.accepted2009-07-13
dc.contributor.author-college理學院zh_TW
dc.contributor.author-dept物理研究所zh_TW
顯示於系所單位:物理學系

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