Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • harvard1
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Graphical representations of Ising and Potts models: Stochastic geometry of the quantum Ising model and the space-time Potts model
KTH, School of Engineering Sciences (SCI), Mathematics (Dept.). (Kombinatorik)
2009 (English)Doctoral thesis, monograph (Other academic)
Abstract [en]

HTML clipboard Statistical physics seeks to explain macroscopic properties of matter in terms of microscopic interactions. Of particular interest is the phenomenon of phase transition: the sudden changes in macroscopic properties as external conditions are varied. Two models in particular are of great interest to mathematicians, namely the Ising model of a magnet and the percolation model of a porous solid. These models in turn are part of the unifying framework of the random-cluster representation, a model for random graphs which was first studied by Fortuin and Kasteleyn in the 1970’s. The random-cluster representation has proved extremely useful in proving important facts about the Ising model and similar models.

In this work we study the corresponding graphical framework for two related models. The first model is the transverse field quantum Ising model, an extension of the original Ising model which was introduced by Lieb, Schultz and Mattis in the 1960’s. The second model is the space–time percolation process, which is closely related to the contact model for the spread of disease. In Chapter 2 we define the appropriate space–time random-cluster model and explore a range of useful probabilistic techniques for studying it. The space– time Potts model emerges as a natural generalization of the quantum Ising model. The basic properties of the phase transitions in these models are treated in this chapter, such as the fact that there is at most one unbounded fk-cluster, and the resulting lower bound on the critical value in .

In Chapter 3 we develop an alternative graphical representation of the quantum Ising model, called the random-parity representation. This representation is based on the random-current representation of the classical Ising model, and allows us to study in much greater detail the phase transition and critical behaviour. A major aim of this chapter is to prove sharpness of the phase transition in the quantum Ising model—a central issue in the theory— and to establish bounds on some critical exponents. We address these issues by using the random-parity representation to establish certain differential inequalities, integration of which gives the results.

In Chapter 4 we explore some consequences and possible extensions of the results established in Chapters 2 and 3. For example, we determine the critical point for the quantum Ising model in and in ‘star-like’ geometries.

Abstract [sv]

HTML clipboard Statistisk fysik syftar till att förklara ett materials makroskopiska egenskaper i termer av dess mikroskopiska struktur. En särskilt intressant egenskap är är fenomenet fasövergång, det vill säga en plötslig förändring i de makroskopiska egenskaperna när externa förutsättningar varieras. Två modeller är särskilt intressanta för en matematiker, nämligen Ising-modellen av en magnet och perkolationsmodellen av ett poröst material. Dessa två modeller sammanförs av den så-kallade fk-modellen, en slumpgrafsmodell som först studerades av Fortuin och Kasteleyn på 1970-talet. fk-modellen har sedermera visat sig vara extremt användbar för att bevisa viktiga resultat om Ising-modellen och liknande modeller.

I den här avhandlingen studeras den motsvarande grafiska strukturen hos två näraliggande modeller. Den första av dessa är den kvantteoretiska Isingmodellen med transverst fält, vilken är en utveckling av den klassiska Isingmodellen och först studerades av Lieb, Schultz och Mattis på 1960-talet. Den andra modellen är rumtid-perkolation, som är nära besläktad med kontaktmodellen av infektionsspridning. I Kapitel 2 definieras rumtid-fk-modellen, och flera probabilistiska verktyg utforskas för att studera dess grundläggande egenskaper. Vi möter rumtid-Potts-modellen, som uppenbarar sig som en naturlig generalisering av den kvantteoretiska Ising-modellen. De viktigaste egenskaperna hos fasövergången i dessa modeller behandlas i detta kapitel, exempelvis det faktum att det i fk-modellen finns högst en obegränsad komponent, samt den undre gräns för det kritiska värdet som detta innebär.

I Kapitel 3 utvecklas en alternativ grafisk framställning av den kvantteoretiska Ising-modellen, den så-kallade slumpparitetsframställningen. Denna är baserad på slumpflödesframställningen av den klassiska Ising-modellen, och är ett verktyg som låter oss studera fasövergången och gränsbeteendet mycket närmare. Huvudsyftet med detta kapitel är att bevisa att fasövergången är skarp—en central egenskap—samt att fastslå olikheter för vissa kritiska exponenter. Metoden består i att använda slumpparitetsframställningen för att härleda vissa differentialolikheter, vilka sedan kan integreras för att lägga fast att gränsen är skarp.

I Kapitel 4 utforskas några konsekvenser, samt möjliga vidareutvecklingar, av resultaten i de tidigare kapitlen. Exempelvis bestäms det kritiska värdet hos den kvantteoretiska Ising-modellen på , samt i ‘stjärnliknankde’ geometrier.

Place, publisher, year, edition, pages
Stockholm: US AB , 2009. , xi, 140 p.
Series
Trita-MAT. MA, ISSN 1401-2278 ; 2009:13
Keyword [en]
Quantum Ising model, Ising model, Potts model, random-cluster model, random-current representation, random-parity representation, differential inequality, phase transition
National Category
Discrete Mathematics
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kth:diva-11267ISBN: 978-91-7415-460-3 (print)OAI: oai:DiVA.org:kth-11267DiVA: diva2:274311
Public defence
2009-11-18, F3, Lindstedtsvägen 26, Stokholm, 13:30 (English)
Opponent
Supervisors
Note
QC 20100705Available from: 2009-10-28 Created: 2009-10-13 Last updated: 2010-07-05Bibliographically approved

Open Access in DiVA

fulltext(1042 kB)748 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 1042 kBChecksum SHA-512
57fbb2980395bbff5531fbe6c26e2495643eb4d78d41809c8bf7a0260ab9e9a2bdf59c4ddbe9d2c784ed19fd6bdd86d2da933aa97ef6dc13d060542680987e4b
Type fulltextMimetype application/pdf

Search in DiVA

By author/editor
Björnberg, Jakob Erik
By organisation
Mathematics (Dept.)
Discrete Mathematics

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 748 downloads
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

isbn
urn-nbn

Altmetric score

isbn
urn-nbn
Total: 290 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • harvard1
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf