2023-06-09 13:34:00
Courant TUC
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Des chercheurs de la chaire Simulation of Scientific Processes de l’Université de technologie de Chemnitz mettent en lumière les principes géométriques fondamentaux de la transition de phase dans les aimants désordonnés
Lambert Münster (à gauche) et Prof. Dr. Martin Weigel regarde les courbes à l’écran qui décrivent le chevauchement des réseaux dans des lunettes de spin. Photo: Jacob Muller 
Le graphique montre des réseaux dans un système de verre de spin, dont deux couvrent le système et sont de tailles différentes. Les liens rouges appartiennent au plus grand réseau et les liens verts appartiennent au deuxième plus grand réseau. Les deux ont un signe opposé de chevauchement. Les liens bleus appartiennent à des réseaux plus petits. Les obligations vacantes sont blanches. Graphique : Chaire de Simulation des Processus Scientifiques
La vie quotidienne et de nombreux domaines d’application techniques – par exemple dans les moteurs électriques, les haut-parleurs, les disques durs ou même les MRT – ne peuvent plus être imaginés sans systèmes magnétiques. L’attraction gravitationnelle bien connue est le résultat de l’alignement magnétique ordonné et uniforme des atomes contenus, ce qui conduit finalement à cet effet notable. Cependant, de tels ordres n’existent qu’en dessous d’une température de transition spécifique au matériau, similaire à la façon dont l’eau liquide ne gèle que pour former des cristaux d’eau à une température inférieure à zéro degré. Mais comment fonctionne ce processus de commande ? Dans la revue actuelle “Physical Review E” Prof. Dr. Martin Weigel, titulaire de la chaire de simulation des processus scientifiques à l’Université de technologie de Chemnitz, et son doctorant Lambert Münster éclairent maintenant cela en expliquant le comportement des aimants frustrés avec des impuretés, appelées verres de spin.
L’article a été reconnu par la revue pour son importance particulière dans la compréhension de la physique des verres de spin et a reçu la suggestion de l’éditeur.
Comment l’ordre se propage-t-il dans un aimant contaminé ? En ayant un réseau ténu de moments magnétiques connectés couvrant tout le réseau. Un aimant est constitué d’atomes magnétiques, de minuscules aimants élémentaires pour ainsi dire, disposés dans un réseau cristallin. Dans les systèmes magnétiques simples sans impuretés, comme l’aimant du réfrigérateur, on sait depuis longtemps que l’apparition d’un ordre à longue portée dans la transition de phase, c’est-à-dire l’alignement régulier des moments magnétiques lorsque le système est refroidi, est lié à un phénomène de percolation. Une fois que le réseau de minuscules aimants alignés pénètre pour la première fois dans tout le réseau, l’état ordonné est atteint.
Comme le rapportent les chercheurs de Chemnitz, un comportement différent peut être observé pour les verres de spin : ici, deux de ces réseaux d’environ la même taille sont initialement formés, qui existent en parallèle et couvrent le réseau. Cependant, ce processus n’est pas suffisant pour générer l’ordre du verre de spin. Ce n’est qu’à des températures plus basses que l’un des deux réseaux commence à croître et l’autre à se rétrécir. Le processus peut être considéré comme une fusion de bulles de savon, où les grosses bulles “assimilent” les petites, pour ainsi dire. Cette disparité de densité marque alors le début de l’ordre du verre de spin.
À l’aide de simulations informatiques approfondies, les deux chercheurs de Chemnitz ont examiné le comportement de toute une série de définitions de réseau possibles lors du refroidissement d’un système de verre de spin en couche mince. Les températures auxquelles les réseaux s’étendent pour la première fois (“percolent”) dans le système diminuent avec l’augmentation de la taille du système – une indication de l’apparition de la phase de verre de spin, qui ne se produit pour ce système qu’à des températures de fuite.
Dans des études de suivi prévues, le professeur Weigel et son équipe souhaitent mener des enquêtes analogues sur des systèmes en trois dimensions et déterminer l’utilité des résultats pour la construction d’algorithmes particulièrement efficaces pour la simulation de verres de spin. L’importance de ce travail découle également de la multitude d’applications des modèles de verre de spin, allant des systèmes magnétiques aux modèles d’interaction sociale en passant par la théorie des réseaux de neurones dans les applications d’intelligence artificielle.
publication: L. Münster et M. Weigel, Cluster percolation in the two-dimensional Ising spin glass, Phys. Rév. E, 107, 054103 (2023), DOI :
Plus d’informations accorde le Prof. Dr. Martin Weigel, téléphone +49 (0) 371 531-34570, e-mail [email protected].
Matthias Fejes
09.06.2023
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