中國科學家用伊辛模型研究自旋玻璃獲進展

2020-08-05 中國青年報

中國青年報客戶端北京8月5日電（中青報•中青網記者 邱晨輝）記者今天從中國科學院金屬研究所獲悉，該所研究員張志東近日在解決鐵磁性三維伊辛模型精確解這個物理學難題後，又在計算機領域計算複雜性理論研究方面取得重要進展。相關成果日前發表在學術期刊《材料科學與技術》。

玻璃是我們日常生活中經常使用的用品，理解玻璃的形成機制以及動力學行為是一個重大科學問題。在磁性材料中，與玻璃相對應，存在一種自旋玻璃的狀態。

據張志東介紹，自旋玻璃是一個無序的磁體，其中原子的自旋不是按照規則圖案排列。與鐵磁體中的磁性有序相比較，自旋玻璃中的磁性無序，就類似於玻璃中的位置無序與石英的有序相比較。張志東說，某種程度上，我們可以把自旋玻璃態看成具有自旋的無序取向的有序狀態，在其中自旋在空間無序地取向，但是可能隨時間的演化保持有序。

在近期的研究工作中，張志東確定了自旋玻璃三維伊辛模型的計算複雜度的下限，為一個絕對極小核模型的計算複雜度，它包含一個與其最近鄰平面相互作用的自旋玻璃二維伊辛模型，是亞指數時間，超多項式時間。

為什麼用伊辛模型來研究自旋玻璃？張志東說，伊辛模型每個晶格點上有一個自旋，有自旋向上或者向下兩種狀態，自旋之間具有相互作用。伊辛模型不僅可以描述一個磁性晶格從順磁性到鐵磁性的相變，也可以描述不同的體系（如反鐵磁、格氣、大生物分子等）中有序—無序相變。

自旋玻璃三維伊辛模型有拓撲效應、隨機性、阻挫、非遍歷性質等特徵，導致其計算非常複雜，人們一直無法確定其計算複雜度的下限。為此，張志東證明了自旋玻璃三維伊辛模型計算複雜度的四個定理，並確定了自旋玻璃三維伊辛模型的計算複雜度的下限為亞指數時間，超多項式時間。

他表示，自旋玻璃三維伊辛模型可以被映射為許多其他的科學問題，此次研究工作的結論可以直接推廣應用，解決物理、化學、生物、數學、材料科學以及計算機領域一系列相關問題，特別是解決計算機領域的重大基礎科學問題。

來源：中國青年報客戶端

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