Diagramas de fase do modelo de Ising definido sobre dois grafos acoplados

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2017
Autor(a) principal: Bolfe, Maíra Angélica
Orientador(a): Não Informado pela instituição
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso aberto
dARK ID: ark:/26339/001300001393d
Idioma: por
Instituição de defesa: Universidade Federal de Santa Maria
Brasil
Física
UFSM
Programa de Pós-Graduação em Física
Centro de Ciências Naturais e Exatas
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Link de acesso: http://repositorio.ufsm.br/handle/1/14463
Resumo: In this work we study a model of two coupled complex networks, with the purpose to study the phase diagrams and the metastability of the system. The networks have internal ferromagnetic interactions and are coupled to each other through antiferromagnetic interactions. The model has finite connectivity, i.e., each Ising spin interacts with a finite number of other spins. The number of connections per site in each network is a random variable that follows a Poisson distribution, which characterizes Erdös-Rényi random graphs. The main objective of this work is to obtain the phase diagrams and the curves that limit the region of metastability as a function of the model parameters, such as the average connectivity between the networks, the intensity of the antiferromagnetic interactions between the networks and the temperature. Using the replica method, we derive the self-consistent equations for the distributions of effective fields, from which we can calculate the magnetization of each network and the free energy of the system. The self-consistent equations have been solved numerically through the population dynamics algorithm. We calculate numerically the magnetization of each network and the free energy, from which we construct the phase diagrams. In the first part of the results, we consider a vanishing average connectivity between the networks and we recover some known results for the Ising model on an Erdös-Rényi random graph. For the case of two coupled networks, we construct the phase diagrams and we calculate the free energy. The model has a paramagnetic phase, where the magnetization of each network is zero, and an antiferromagnetic phase, where the graphs have magnetizations with opposite signs. Based on the calculation of the free-energy, we show that this model has a metastable solution, where the ferromagnetic state corresponds to a local minimum of the free energy. We study the stability limit of the ferromagnetic solution as a function of the parameters of the model. Besides that, we observe the presence of a paramagnetic phase at low temperatures that is related to the low connectivity between the two networks and inside them. The theoretical results for the model of coupled networks have been compared with Monte-Carlo simulations, showing a very good agreement.
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The main objective of this work is to obtain the phase diagrams and the curves that limit the region of metastability as a function of the model parameters, such as the average connectivity between the networks, the intensity of the antiferromagnetic interactions between the networks and the temperature. Using the replica method, we derive the self-consistent equations for the distributions of effective fields, from which we can calculate the magnetization of each network and the free energy of the system. The self-consistent equations have been solved numerically through the population dynamics algorithm. We calculate numerically the magnetization of each network and the free energy, from which we construct the phase diagrams. In the first part of the results, we consider a vanishing average connectivity between the networks and we recover some known results for the Ising model on an Erdös-Rényi random graph. For the case of two coupled networks, we construct the phase diagrams and we calculate the free energy. The model has a paramagnetic phase, where the magnetization of each network is zero, and an antiferromagnetic phase, where the graphs have magnetizations with opposite signs. Based on the calculation of the free-energy, we show that this model has a metastable solution, where the ferromagnetic state corresponds to a local minimum of the free energy. We study the stability limit of the ferromagnetic solution as a function of the parameters of the model. Besides that, we observe the presence of a paramagnetic phase at low temperatures that is related to the low connectivity between the two networks and inside them. The theoretical results for the model of coupled networks have been compared with Monte-Carlo simulations, showing a very good agreement.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPESNeste trabalho estudamos o modelo de duas redes complexas acopladas, com o intuito de estudar os diagramas de fase e a metaestabilidade do sistema. As redes apresentam interações internas ferromagnéticas e são acopladas entre si através de interações antiferromagnéticas. O modelo possui conectividade finita, ou seja, cada spin de Ising interage com um número finito de outros spins. O número de conexões por sítio em cada rede é uma variável aleatória que segue uma distribuição de Poisson, o que caracteriza um grafo aleatório de Erdös-Rényi. O objetivo principal do trabalho é obter os diagramas de fase e as curvas que limitam a região de metaestabilidade em função dos parâmetros do modelo, como a conectividade média entre as redes, a intensidade da interação antiferromagnética entre as redes e a temperatura. Usando o método das réplicas, obtemos equações de auto-consistência para as distribuições de campos efetivos, a partir das quais podemos calcular a magnetização de cada rede e a energia livre do sistema. As equações de auto-consistência foram resolvidas numericamente através do algoritmo de dinâmica de populações. Nós calculamos numericamente a magnetização de cada rede, a energia livre e a partir disso construímos os diagramas de fase. Na primeira etapa dos resultados, consideramos que a conectividade média entre as redes é nula, e recuperamos alguns resultados conhecidos para o modelo de Ising com conectividade finita em um grafo aleatório de Erdös-Rényi. Para o caso de duas redes acopladas , construímos os diagramas de fase e calculamos a energia livre. O modelo possui uma fase paramagnética, onde a magnetização de cada rede é zero, e uma fase antiferromagnética, onde os grafos possuem magnetizações com sinais opostos. Com base no cálculo da energia livre nós mostramos que este modelo tem uma solução metaestável, onde o estado ferromagnético corresponde a um mínimo local de energia livre. Estudamos o limite de estabilidade da solução ferromagnética em função dos parâmetros do modelo. Além disso, observamos a presença de uma fase paramagnética a baixas temperaturas, que está relacionada à baixa conectividade entre as duas redes e no interior delas. Os resultados teóricos para o modelo de redes acopladas foram comparados com simulações de Monte-Carlo, mostrando uma ótima concordância.Universidade Federal de Santa MariaBrasilFísicaUFSMPrograma de Pós-Graduação em FísicaCentro de Ciências Naturais e ExatasMetz, Fernando Lucashttp://lattes.cnpq.br/7792896128018286Zimmer, Fábio Mallmannhttp://lattes.cnpq.br/6328420212181284Erichsen Junior, Rubemhttp://lattes.cnpq.br/2461173825552717Bolfe, Maíra Angélica2018-10-04T21:48:42Z2018-10-04T21:48:42Z2017-08-07info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfhttp://repositorio.ufsm.br/handle/1/14463ark:/26339/001300001393dporAttribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 Internationalinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Manancial - Repositório Digital da UFSMinstname:Universidade Federal de Santa Maria (UFSM)instacron:UFSM2018-10-04T21:48:42Zoai:repositorio.ufsm.br:1/14463Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttps://repositorio.ufsm.br/PUBhttps://repositorio.ufsm.br/oai/requestatendimento.sib@ufsm.br||tedebc@gmail.com||manancial@ufsm.bropendoar:2018-10-04T21:48:42Manancial - Repositório Digital da UFSM - Universidade Federal de Santa Maria (UFSM)false
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