물리:구면_p-스핀_유리_모형

구면 p-스핀 유리 모형(Spherical p-spin glass model)

이 모형의 해밀토니안은 무작위 에너지 모형의 해밀토니안과 같다. 단 한가지 차이는 이 모형에서는 스핀 변수가 부터 까지 실수의 값을 가질 수 있다는 것이다. 여기서도 복제 방법을 사용해서 모형을 분석해보자.

n개의 복제본에 대한 분배함수

무작위 에너지 모형을 참고하면 n개의 복제본에 대한 분배함수는 다음과 같이 쓸 수 있다. ¯Zn=Trσexp[(βJ)24Nαβp!Npi1<<ipσαi1σβi1σαipσβip+βhi,aσai] i1,,ip에 대한 합을 다음과 같이 나누어 쓰자. p!i1<<ip=i1,,ipp(p1)2i1,i1i3, 이렇게 두고 분배함수를 다시 쓰면 ¯Zn=Trσexp[(βJ)24Nαβ{1Np(iσαiσβi)pp(p1)21Np2(iσαiσβi)p2(i(σαiσβi)2)}+βhi,aσai] 가 된다. qαβ=N1iσαiσβi로 정의하고, 이를 만족하기 위한 구속조건 1=α<βdqαβδ(NqαβNi=1σαiσβi)=α<βdqαβ+iiα<βN2πidλαβexp[12αβλαβ(NqαβNi=1σαiσβi)] 과 스핀에 대한 대각합 Trσ=+i,αdσαiαδ(NNi=1(σαi)2)=+i,αdσαi+iiαdλαα4πiexp[12αλαα(NqααNi=1(σαi)2)] 을 넣어서 쓰면 분배함수를 ¯Zn=α<βdqαβ+iiα<βN2πidλαβ+iiαdλαα4πi+i,αdσαi×exp[N2αβλαβqαβ+(βJ)24Nαβqpαβ(βJ)28Np(p1)αβqp2αβ(i(σαiσβi)2)+12αβλαβiσαiσβi+βhi,ασαi] 와 같이 쓸 수 있다.

분배함수 중 스핀 변수와 관련된 부분을 모으면 +i,αdσαiexp[(βJ)28Np(p1)αβqp2αβ(i(σαiσβi)2)+12αβλαβiσαiσβi+βhi,ασαi]=[+αdσαexp[(βJ)28Np(p1)αβqp2αβ(σασβ)2+12αβλαβσασβ+βhασα]]N 로 쓸 수 있고, βHeff=12αβλαβσασβ+βhασα로 두고 위 식을 전개하면 [+αdσαeβHeffexp((βJ)28Np(p1)αβqp2αβ(σασβ)2)]N[+αdσαeβHeff(1(βJ)28Np(p1)αβqp2αβ(σασβ)2+O(N2))]N=exp[Nlog{+αdσαeβHeff(βJ)28Np(p1)αβqp2αβ+αdσαeβHeff(σασβ)2}]=exp[Nlog(+αdσαeβHeff)+Nlog{1(βJ)28Np(p1)αβqp2αβ(σασβ)2}]exp[Nlog(+αdσαeβHeff)N(βJ)28Np(p1)αβqp2αβ(σασβ)2] 이고, 지수 위의 첫 번째 항은 가우스 적분 αdσαexp[12σAσ+Jσ]=(2π)ndetΛexp[12JA1J] 를 이용해 Ji=βh, A=˜Λ로 두고 다음과 같이 계산할 수 있다. log(+αdσαeβHeff)=log(+αdσαexp[12αβλαβσασβ+βhασα])=n2log(2π)12logdet(˜Λ)+(βh)22αβ(˜Λ1)αβ 여기서 (˜Λ)αβ=λαβ이다. 따라서 분배함수는 ¯Zn=α<βdqαβ+iiα<βN2πidλαβ+iiαdλαα4πieNG[q,λ] 가 된다. 여기서 G[q,λ]=12αβλαβqαβ(βJ)22αβqpαβn2log(2π)+(βJ)28Np(p1)αβqp2αβ(σασβ)2+12logdet(˜Λ)+(βh)22αβ(˜Λ1)αβ 이다.

b=βh, μ=b2p/2.

(˜b2)αβ=b2: n×n 행렬 logdet(˜Λ˜b2)=logdet[˜Λ(I+˜b2˜Λ1)]=logdet(˜Λ)+logdet(I+˜b2˜Λ1)=logdet(˜Λ)+Trlog(I+˜b2˜Λ1)logdet(˜Λ)+Tr (˜b2˜Λ1(˜b2˜Λ1)22+O(n3))

극값 조건 σασβ=qαβ λαβ+b2+(q1)αβ=O(n)

분배함수 ¯Zn=enS()α<βN2πdqαβexp[NG0[q]G1[q]+O(N1)]

G0[q]=μ2pαβqpαβb22αβqαβ12logdetq+b44(αβqαβ)2 G1[q]=μ4(p1)αβ(σασβ)2qp2αβ+logdetq

극값 조건 μqp1αβ+b2+(q1)αβ=0αβ

2차항까지 전개 δ2G0=μ(p1)2αβqp2αβ(δqαβ)2+Tr(q1δq)2+b4(αβqαβ)2

Tr(q1δq)2=Tr(q1δqq1δq)=α(q1δqq1δq)αα=αβγϵ(Aδαβ+B)δqβγ(Aδγϵ+B)δqϵα=αβγϵ[A2δαβδγϵ+AB(δαβ+δγϵ)+B2]δqβγδqϵα=A2αβδq2αβ+2ABαβγδαγδγβ+B2(αβδqαβ)2 δ2G0=μ(p1)2αβqp2αβ(δqαβ)2+A2αβδq2αβ+2ABαβγδαγδγβ+(B2+b4)(αβqαβ)2

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