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相变是广泛存在于自然界中的一类突变现象,是统计物理里面的一个重要的基本问题,常见有固、液、气三相之间的转变、顺磁铁磁相变、蛋白质折叠等。一级相变往往涉及成核过程。成核动力学的研究在物理、化学、生物中起到非常重要的作用。伊辛模型是描述相变与成核的一个基本模型,一直受到大量关注。近年来的研究前沿逐渐转向非平衡条件下的成核。本论文对振荡外场驱动下Ising模型的成核问题进行了研究,主要内容包括如下几方面:
第一章,我们介绍了Ising模型及其相变的基本知识、一维Ising模型的精确求解、计算机模拟在Ising模型中的应用等。简单讨论了Ising模型的平均场理论。
第二章,我们对成核的基本概念,经典成核理论作了简单介绍。由于成核是小概率事件,我们重点描述了对成核进行有效模拟的最新统计力学方法:前向流采样(ForwardFluxSampling:FFS)。最后,我们简单总结了Ising模型的成核问题特别是剪切流这种非平衡因素对其成核的影响。
第三章,我们讨论了Ising模型在振荡外场下的成核,首先我们较详细地说明了振荡外场下Ising模型的行为,包括前人关注的动力学磁滞和动力学相变现象。由于振荡外场也是一种非平衡因素,我们研究了振荡外场下的Ising成核问题,重点考查了振荡外场的频率对成核速率的影响,发现随着外场振荡频率的变化,成核速率会出面明显的极大值。通过转变态系综(TransitionStateEnsemble:TSE)和初态相位的分析,我们对极值的出现给出了定性解释。