Ising模型是一种用来模拟铁磁体的物理模型,它将每个原子的磁矩简化为一个只有两种取值(+1或-1)的自旋变量,然后考虑相邻自旋之间的相互作用。为了画出Ising模型的自旋图,我们需要以下几个步骤:
初始化一个二维矩阵,表示一个平面上的自旋格点。每个元素的值为+1或-1,表示该位置的自旋方向。我们可以随机生成这个矩阵,或者根据某种规则给定初始状态。
定义一个函数,计算给定矩阵中某个位置的自旋能量,即该位置的自旋与其四个最近邻居的自旋之积的和。这个函数可以用来判断自旋是否会发生翻转。
定义一个函数,使用Metropolis算法对给定矩阵进行Monte Carlo模拟,即随机选取一个位置,计算其自旋能量,然后根据温度和玻尔兹曼分布决定是否将其翻转。这个函数可以用来更新矩阵中的自旋状态。
定义一个函数,使用imagesc或pcolor函数将给定矩阵绘制为彩色图像,其中不同的颜色表示不同的自旋方向。这个函数可以用来可视化矩阵中的自旋分布。
在一个循环中,反复调用上述函数,模拟不同温度下的Ising模型,并绘制出相应的自旋图。
% 初始化参数
N = 100% 矩阵大小
J = 1% 相互作用常数
T = [2.0, 2.5]% 温度列表
kTc = 2*J / log (1+sqrt (2))% 居里温度
numSteps = 1000% 模拟步数
numPlots = 10% 绘图次数
% 初始化矩阵
spin = sign (0.5 - rand (N, N))% 随机生成+1或-1
% 定义计算能量的函数
function E = energy (spin, i, j, J)
% spin是矩阵,i和j是位置索引,J是相互作用常数
% E是该位置的能量
% 获取矩阵大小
[N, M] = size (spin)
% 找到最近邻居的索引,考虑周期边界条件
up = mod (i - 2, N) + 1
down = mod (i, N) + 1
left = mod (j - 2, M) + 1
right = mod (j, M) + 1
% 计算能量
E = - J * spin (i, j) * (spin (up, j) + spin (down, j) + spin (left, i) + spin (right, i))
end
% 定义Metropolis算法的函数
function spin = metropolis (spin, kT, J)
% spin是矩阵,kT是温度乘以玻尔兹曼常数,
方法/步骤如下
1、首先打开matlab软件,点击Simulink按钮打开Simulink仿真环境(需要一点时间),如下图所示:
2、打开Simulink后,主界面如下所示:
3、点击Simulink界面中的File/New/Model,如下图所示建立并保存模型文件:
4、在Simulink的左侧资源栏拖拽控件到model文件内并设置连线,完成后如下图所示:
5、检查系统框图无误后点击运行按钮(如下图箭头所指),大概几秒后仿真结束:
6、双击图中的示波器就可以查看系统仿真输出,如下图所示:
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