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问汝拼搏到几何II


R. M. Liu, W. Z. Zhuo, J. Chen, M. H. Qin(秦明辉), M. Zeng, X. B. Lu, X. S. Gao, and J.-M. Liu(刘俊明)


Ashkin-Teller criticality and weak first-order behavior of the phase transition to a fourfold degenerate state in two-dimensional frustrated Ising antiferromagnets


Physical Review E 96, 012103 (2017)


时光荏苒,岁月如梭!转眼之间,距离上一篇相关文章发表已过去整整16个月了(参见http://pld.nju.edu.cn/cgi-bin/news.cgi?newsid=137)。作者之一刘汝梅也从一些同学口中的“小师妹”成功升级为另一些同学的“大师姐”,现在也开始积极找寻自己新的岗位。我们祝福刘汝梅前程顺利。

言归正传,大自然的神奇之一体现在相同表象背后还存在不同的微观物理图像。打个不是很精确的比方,一对非常相像的双胞胎,外表很难区分,却各自拥有非常不同的内在品性和习性等。物理范例之一,四方晶格Ising自旋体系中高温顺磁态到低温(四态简并)反铁磁态的转变,其临界现象极为丰富多样。随着相关参数的变化,相变标度因子甚至相变属性都发生了变化。我们之前工作也表明体系远近邻自旋间交互作用也可以改变相变的临界行为。继而,一个新的问题浮现:是否所有四态简并Ising自旋序的相变都存在类似的行为呢?这个问题的解答关系到这一大类相变属性的普适性问题,不仅可以解释一些实验报道,更重要的是可以给统计物理学做出贡献。

为解决这一问题,我们将目光转向了另一著名的磁性阻挫Shastry-Sutherland体系。这个体系在外磁场下往往表现出十分有趣的台阶状磁化行为,从而吸引了研究者的关注。我们小组前些年在这一领域也进行了一系列研究,并大量灌水论文。基于之前的研究经验,我们留意到这个体系存在四态简并的共线/方块反铁磁序等。因此,这些态的相变研究可以较好回答上面提出的问题。于是,我们兴致勃勃的开展了大量的计算工作,并对结果进行了系统细致的分析。结果表明,随着交换作用参数的改变,该体系的同样表现出类Ashkin-Teller和弱一级相变行为。此外,我们在三角体系引入了交换各向异性,研究了其反铁磁共线态(四态简并)的相变,得到的结果进一步验证了我们的结论:四方体系共线反铁磁相变理论同样适用于其它磁性阻挫体系。这一结果再次反映了大自然的神奇之处:满足一定条件的双胞胎,其各自的习性和品性都存在特定的关联。

我们认为该工作揭示了这一大类相变的普适性,具有非常大的基础研究价值。这项工作初稿完成于2016年7月份,前后历经了六个审稿人,获得了数篇很长的审稿意见,经过了数次精细修改,最终在统计物理领域的权威杂志PRE发表,或许算是好事多磨吧。可贵的是,博学严谨的审稿人们给予了我们很多宝贵的修改建议,使得我们的文章内容不断充实,质量也不断提升。

这一经历对于第一作者来说更是一笔宝贵的财富,严重提高了其抗击打能力,使其或许可以更快更好地适应即将到来的工作学习生活:若逢折挫君弗忘,忐忑艰辛几载投。这种经历更是一个物理人在困境中战胜自我的良好演绎。

稍有遗憾的是,文章第一作者最终还是放弃了其物理学术人生。话说回来,这或许才正是科学研究以及人类生活的常态。

撰稿人:刘汝梅,秦明辉

We study the thermal phase transition of the fourfold degenerate phases (the plaquette and single-stripe states) in the two-dimensional frustrated Ising model on the Shastry-Sutherland lattice using Monte Carlo simulations. The critical Ashkin-Teller-like behavior is identified both in the plaquette phase region and the single-stripe phase region. The four-state Potts critical end points differentiating the continuous transitions from the first-order ones are estimated based on finite-size-scaling analyses. Furthermore, a similar behavior of the transition to the fourfold single-stripe phase is also observed in the anisotropic triangular Ising model. Thus, this work clearly demonstrates that the transitions to the fourfold degenerate states of two-dimensional Ising antiferromagnets exhibit similar transition behavior.




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