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在1920年,W. Lenz为了探索磁性材料中的有序-无序(磁性)相变,率先提出了今天广为人知、极为简单、且图像清晰的物理模型—Ising模型(Physikalische Zeitschrift,1920, 21, 613-615)。之所以被称为Ising模型,是因为Lenz的学生Ising在五年后精确求解了一维Ising模型(Zeitschrift fur Physik, 1925, 31, 253-258),发现并不存在有限温度的相变。不管怎样,这个结果并不能简单地推广到高维情况。在1941年,H. A. Kramers和G. H. Wannier根据本征值问题中矩阵的对称性,确定了二维Ising模型中唯一的居里温度(Phys. Rev. 1941, 60, 252-276)。随后, L. Onsager 利用算符代数开创性地获得了二维Ising模型的精确解(Phys. Rev. 1944, 65, 117-149),通过对偶(dual)变换,固定了相变温度。 在1949年,Onsager的博后B. Kaufman雇用旋子方法重新精确求解了二维Ising模型(Phys. Rev. 1949, 76, 1232-1243)。
自从二维Ising模型被精确求解以来,为了破解三维Ising模型,无数学者前赴后继,熬过了无数的不眠夜晚。不同于二维Ising模型,三维Ising模型没有dual或self-dual对称,因此,临界温度不能靠此对称来确定。十年前,笔者根据Onsager的方法, 获得了在螺旋边界(X方向)和周期性边界(Y和Z方向)下三维Ising模型的精确解 (ChinaXiv:201607.00046)。像这样的边界条件,自然满足没有dual或self-dual对称的要求,通过转移矩阵方法和算符重整化,三维经典Ising模型变化成一维横向场量子Ising模型,这是解决三维Ising模型的关键,三个居里点被确定。该解投了多个国内、国际杂志,均被拒稿。J H H Perk 反复来信提问题(如:高温展开、为什么相变公式没有交换对称、为什么不将转移矩阵方向选在无相互作用方向等问题),我耐心地一一回复。非常幸运地,我的论文于2021年10月1日在期刊Symmetry上发表 (Symmetry 2021, 13, 1837)。其后,Perk写了一篇comment(Symmetry 2023, 15, 374),他根本就没读懂Onsager和我的论文,并误解了文中求和符号(是对格点上自旋组态求和,而不是对格点求和),也不懂在热力学极限和趋于热力学极限的区别。由于我使用的边界条件和以前的工作不一样,高温展开没有可比性,但当温度等于无穷大时(热力学极限),结果一致,与边界条件无关。我立即进行了反驳(Symmetry 2023, 15, 375)。最近,我也采用旋子方法,重新求解了三维Ising模型(DOI: 10.13140/RG.2.2.24642.96968)。当X或Y方向上的相互作用为零时,我的解完全退回到Onsager的结果。请注意Perk已承认他的关于三维Ising模型的工作,包括他在北京师大的学术报告(ppt),不能重复Onsager的解,因为他的第三维方向上的哈密顿量是错的。
关于三维Ising模型的数值计算,以前的所有工作都是二维时的简单推广,违背了三维Ising模型没有dual或self-dual对称的要求,因此都是错误的。这里我强调一下,我的三个临界温度与以前用唯象方法得到的结果一致(Zandvliet, H. J. W., Saedi, A., & Hoede, C. (2007). The anisotropic 3D Ising model. Phase Transitions, 80(9), 981–986. https://doi.org/10.1080/
01411590701462708),这是因为有三个自发磁化方向。
如对我的论文有疑问,我们可以交流一下(degangzhang@yahoo.com 或
dgzhang@sicnu.edu.cn)。
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