Repositorio
Institucional

Aguilera, Michel

Magnetocaloric Effect for a Q-Clock-Type System

MDPI

ENTROPY

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In this work, we study the magnetocaloric effect (MCE) in a working substance corresponding to a square lattice of spins with Q possible orientations, known as the "Q-state clock model". When the Q-state clock model has Q >= 5 possible configurations, it presents the famous Berezinskii-Kosterlitz-Thouless (BKT) phase associated with vortex states. We calculate the thermodynamic quantities using Monte Carlo simulations for even Q numbers, ranging from Q=2 to Q=8 spin orientations per site in a lattice. We use lattices of different sizes with N=LxL=82,162,322,642,and1282 sites, considering free boundary conditions and an external magnetic field varying between B=0 and B=1.0 in natural units of the system. By obtaining the entropy, it is possible to quantify the MCE through an isothermal process in which the external magnetic field on the spin system is varied. In particular, we find the values of Q that maximize the MCE depending on the lattice size and the magnetic phase transitions linked with the process. Given the broader relevance of the Q-state clock model in areas such as percolation theory, neural networks, and biological systems, where multi-state interactions are essential, our study provides a robust framework in applied quantum mechanics, statistical physics, and related fields.En este trabajo, estudiamos el efecto magnetocalórico (EMC) en una sustancia de trabajo correspondiente a una red cuadrada de espines con Q posibles orientaciones, conocida como el "modelo de reloj de Q estados". Cuando el modelo de reloj de Q estados tiene Q >= 5 configuraciones posibles, presenta la famosa fase de Berezinskii-Kosterlitz-Thouless (BKT) asociada con estados de vórtice. Calculamos las cantidades termodinámicas usando simulaciones de Monte Carlo para números Q pares, que van desde Q=2 hasta Q=8 orientaciones de espín por sitio en una red. Usamos redes de diferentes tamaños con N=LxL=82,162,322,642 y1282 sitios, considerando condiciones de contorno libres y un campo magnético externo que varía entre B=0 y B=1.0 en unidades naturales del sistema. Al obtener la entropía, es posible cuantificar el EMC a través de un proceso isotérmico en el que se varía el campo magnético externo sobre el sistema de espines. En particular, encontramos los valores de Q que maximizan el efecto magnetocalórico (EMC) en función del tamaño de la red y las transiciones de fase magnéticas asociadas al proceso. Dada la relevancia del modelo de reloj de estados Q en áreas como la teoría de la percolación, las redes neuronales y los sistemas biológicos, donde las interacciones multiestado son esenciales, nuestro estudio proporciona un marco sólido en mecánica cuántica aplicada, física estadística y campos relacionados.

artículo original

entropy

<italic>Q</italic>-clock

magnetocaloric

10.3390/e27010011

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ABELIAN SPIN

TRANSITION

ABELIAN SPIN

TRANSITION

Física de la Materia Condensada

Otras Especialidades de la Física

Estadísticas y Probabilidades

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WOS:001405329600001

Magnetocaloric Effect for a Q-Clock-Type System

artículo original

MDPI

ENTROPY

Physics, Multidisciplinary

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CC BY 4.0

ANID Fondecyt (Chile)#UTFSM DPP#Millennium Nucleus in NanoBioPhysics project#UTFSM DGIIE#ANID Iniciacion en Investigacion Fondecyt#DGII-UTA

ANID Fondecyt (Chile) [1240582]

UTFSM DPP

Millennium Nucleus in NanoBioPhysics project [NNBP NCN2021 _021]

UTFSM DGIIE

ANID Iniciacion en Investigacion Fondecyt [11221088]

DGII-UTA

[1230055]

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