Influence of magnetic field on phase transitions in the antiferromagnetic Potts model

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Based on the replica exchange algorithm of the Monte Carlo method, the influence of an external magnetic field on phase transitions and thermodynamic properties of the two-dimensional antiferromagnetic Potts model with the number of spin states q = 4 on a hexagonal lattice was studied. The studies were conducted in the range of external magnetic field values of 0.0 ≤ h ≤ 10.0. The magnetic field is measured in relative units of exchange interaction between nearest neighbors |J1|. The magnetic structures of the ground state were obtained, and the nature of phase transitions in the considered field range was analyzed. It has been established that in the intervals 0.0 ≤ h ≤ 3.0 and 6.0 ≤ h ≤ 6.5 a first-order phase transition is observed. It is shown that at the external magnetic field values h = 3.5 and 5.5, the system is frustrated, and in the magnetic field intervals 4.0 ≤ h ≤ 5.0 and 7.0 ≤ h ≤ 8.5, the system approaches the frustration regime. It was found that strong magnetic fields (h ≥ 9.0) suppress the phase transition in the system.

About the authors

M. K. Ramazanov

Amirkhanov Institute of Physics, Dagestan Federal Scientific Center, Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: sheikh77@mail.ru
Russian Federation, Makhachkala, 367003

A. K. Murtazaev

Amirkhanov Institute of Physics, Dagestan Federal Scientific Center, Russian Academy of Sciences

Email: sheikh77@mail.ru
Russian Federation, Makhachkala, 367003

M. A. Magomedov

Amirkhanov Institute of Physics, Dagestan Federal Scientific Center, Russian Academy of Sciences

Email: sheikh77@mail.ru
Russian Federation, Makhachkala, 367003

M. K. Mazagaeva

Amirkhanov Institute of Physics, Dagestan Federal Scientific Center, Russian Academy of Sciences

Email: sheikh77@mail.ru
Russian Federation, Makhachkala, 367003

References

  1. Haseda T., Wada N., Hata M., Amaya K. Spin ordering in a triangular X-Y antiferromagnet: CsFeCl3 and RbFeCl3 // Physica B+C. 1981. V. 108. P. 841–842.
  2. Wada N., Ubukoshi K., Hirakawa K. Incommensurate magnetic phase transitions in the triangular XY-like antiferromagnet RbFeCl3 // J. Phys. Soc. Jpn. 1981. V. 51. P. 2833–2839.
  3. Shiba H. Quantization of magnetic excitation continuum due to interchain coupling in nearly one-dimensional Ising-like antiferromagnets // Prog. Theor. Phys. 1980. V. 64. P. 466–478.
  4. Kuburagi M., Tonegawa T., Kanamori J. Magnetic phase diagram for the triangular Ising lattice with antiferromagnetic nearest-neighbor and ferromagnetic next-nearest-neighbor interactions // J. Phys. Soc. Jpn. 1982. V. 51. P. 3857–3867.
  5. Itakura M. Monte Carlo Renormalization group study of the Heisenberg and the XY antiferromagnet on the stacked triangular lattice and the chiral φ4 model // J. Phys. Soc. Jpn. 2003. V. 72. P. 74–82.
  6. Муртазаев А.К., Рамазанов М.К. Фазовые переходы в фрустрированных моделях Изинга // ФТТ. 2023. Т. 65. С. 1455–1475.
  7. Dotsenko V.S. Critical phenomena and quenched disorder // Phys. Usp. 1995. V. 38. P. 457–496.
  8. Korshunov S.E. Phase transitions in two-dimensional systems with continuous degeneracy // Phys. Usp. 2006. V. 49. P. 225–262.
  9. Diep H.T. Frustrated Spin Systems. Singapore: World Scientific Publishing Co. Pte. Ltd., 2004. 624 р.
  10. Malakis A., Kalozoumis P., Tyraskis N. Monte Carlo studies of the square Ising model with next-nearest-neighbor interactions // Eur. Phys. J. B. 2006. V. 50. Р. 63–67.
  11. Сосин С.С., Прозорова Л.А., Смирнов А.И. Новые магнитные состояния в кристаллах // УФН. 2005. Т. 175. С. 92–99.
  12. Murayama K., Ozeki Yu. Dynamical scaling analysis of symmetry breaking for the antiferromagnetic triangular Heisenberg model in a uniform magnetic field // Phys. Rev. B. 2020. V. 101. P. 184427-1–184427-11.
  13. Гехт Р.С. Магнитные состояния и фазовые переходы во фрустрированных антиферромагнетиках с треугольной решеткой // УФН. 1989. Т. 159. С. 261–296.
  14. Johnson M.T., Bloemen P.J.H., Broeder F.J.A., den de Vries J.J. Magnetic anisotropy in metallic multilayers // Rep. Prog. Phys. 1996. V. 59. P. 1409–1458.
  15. Poulopoulos P., Baberschke K. Magnetism in thin films // J. Phys.: Condens. Matter. 1999. V. 11. P. 9495–9515.
  16. De Jonge W.J.M., Bloemen P.G.H., den Broeder F.J.A. Ultrathin Magnetic Structures. Berlin: Springer, 1994. V. 1. 350 р.
  17. Wu F.Y. The Potts model // Rev. Mod. Phys. 1982. V. 54. P. 235–268.
  18. Wu F.Y. Potts model of magnetism // J. Appl. Phys. 1984. V. 55. P. 2421–2425.
  19. Schwenger L., Budde K., Voges C., Pfnur H. Effect of random quenched impurities on the critical behavior of a four-state Potts system in two dimensions: An experimental study // Phys. Rev. Lett. 1994. V. 73. P. 296–299.
  20. Budde K., Schwenger L., Voges C., Pfnur H. Effect of oxygen impurities on the critical properties of the (2 × 2)-2HiNi(111) order-disorder phase transition // Phys. Rev. B. 1995. V. 52. P. 9275–9282.
  21. Муртазаев А.К., Рамазанов М.К., Мазагаева М.К., Магомедов М.А. Фазовая диаграмма антиферромагнитной модели Поттса с числом состояний спина q = 4 на гексагональной решетке // ФММ. 2021. Т. 122. Вып. 5. С. 460–465.
  22. Муртазаев А.К., Рамазанов М.К., Мазагаева М.К., Магомедов М.А. Фазовые переходы и термодинамические свойства модели Поттса с числом состояний спина q=4 на гексагональной решетке // ЖЭТФ. 2019. Т. 156. Вып. 3. С. 502–506.
  23. Рамазанов М.К., Муртазаев А.К., Магомедов М.А., Мазагаева М.К. Исследование фазовых переходов и термодинамических свойств модели Поттса с q=4 на гексагональной решетке с взаимодействиями вторых ближайших соседей // ФТТ. 2020. Т. 62. Вып. 3. С. 442–446.
  24. Рамазанов М.К., Муртазаев А.К., Магомедов М.А., Мазагаева М.К. Фазовые переходы и магнитные свойства модели Поттса с числом состояний спина q = 4 на гексагональной решетке в слабых магнитных полях // Письма в ЖЭТФ. 2021. Т. 114. Вып. 11–12. С. 762–767.
  25. Рамазанов М.К., Муртазаев А.К., Магомедов М.А., Мазагаева М.К., Джамалудинов М.Р. Исследование влияния слабых магнитных полей на термодинамические свойства модели Поттса с числом состояний спина q = 4 на гексагональной решетке // ФТТ. 2022. Т. 64. С. 237–240.
  26. Фадеева М.А., Щур Л.Н. Моделирование четырехкомпонентной модели Поттса на гексагональной решетке методом Ванга-Ландау с контролируемой точностью // ЖЭТФ. 2022. Т. 162. С. 909–916.
  27. Муртазаев А.К., Мазагаева М.К., Рамазанов М.К., Магомедов М.А., Муртазаева А.А. Фазовая диаграмма модели Поттса с числом состояний спина q = 4 на гексагональной решетке // ФТТ. 2021. Т. 63. Вып. 5. С. 622–627.
  28. Рамазанов М.К., Муртазаев А.К., Магомедов М.А., Мазагаева М.К. Фазовые переходы фрустрированной четырехвершинной модели Поттса на гексагональной решетке в магнитном поле // ФММ. 2023. Т. 124. Вып. 5. С. 339–346.
  29. Рамазанов М.К., Муртазаев А.К. Фазовые переходы и критические свойства в антиферромагнитной модели Гейзенберга на слоистой кубической решетке // Письма в ЖЭТФ. 2017. Т. 106. Вып. 2. С. 72–77.
  30. Муртазаев А.К., Магомедов М.А., Рамазанов М.К. Фазовая диаграмма и структура основного состояния антиферромагнитной модели Изинга на объемно-центрированной кубической решетке // Письма в ЖЭТФ. 2018. Т. 107. Вып. 4. С. 265–269.
  31. Рамазанов М.К., Муртазаев А.К., Магомедов М.А., Мазагаева М.К., Муртазаева А.А. Исследование влияния сильных магнитных полей на фазовые переходы фрустрированной модели Поттса с числом состояний спина q = 4 // ФММ. 2022. Т. 123. Вып. 3. С. 313–319.
  32. Mitsutake A., Sugita Y., Okamoto Y. Generalized-ensemble algorithms for molecular simulations of biopolymers // Biopolymers (Peptide Science). 2001. V. 60. P. 96–123.
  33. Peczak P., Ferrenberg A.M., and Landau D.P. High-accuracy Monte Carlo study of the three-dimensional classical Heisenberg ferromagnet // Phys. Rev. B. 1991. V. 43. P. 6087–6093.
  34. Proshkin A.I., Kassan-Ogly F.A. Frustration and Phase Transitions in Ising Model on Decorated Square Lattice // Phys. Met. Metal. 2019. V. 120. P. 1366–1372.
  35. Kassan-Ogly F.A., Proshkin A.I. Ising Model on Planar Decorated Lattices. Frustrations and Their Influence on Phase Transitions // Physics of Metals and Metallography. 2019. V. 120. P. 1359–1365.
  36. Kassan-Ogly F.A., Proshkin A.I. Frustrations and Ordering in Magnetic Systems of Various Dimensions // Phys. Solid State. 2018. V. 60. P. 1090–1097.
  37. Wang F., Landau D.P. Determining the density of states for classical statistical models: a random walk algorithm to produce a flat histogram // Phys. Rev. E. 2001. V. 64. P. 056101(16).
  38. Wang F., Landau D.P. Efficient, Multiple-Range Random Walk Algorithm to Calculate the Density of States // Phys. Rev. Lett. 2001. V. 86. P. 2050–2053.
  39. Рамазанов М.К., Муртазаев А.К. Фазовая диаграмма антиферромагнитной модели Гейзенберга на кубической решетке // Письма в ЖЭТФ. 2019. Т. 109. Вып. 9. С. 610–614.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download