Les effets de taille finie au-dessus de la dimension critique supérieure

par Emilio José Flores-Sola

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Bertrand Berche et de Ralph Kenna.

Le président du jury était Malte Henkel.

Le jury était composé de Bertrand Berche, Ralph Kenna, Peter Holdsworth, Juan Jesús Ruíz Lorenzo, Thierry Platini.

Les rapporteurs étaient Peter Holdsworth, Juan Jesús Ruíz Lorenzo.


  • Résumé

    Dans cette thèse on étudie les effets de taille finie au-dessus de la dimension critique supérieure d_c. Les effets de taille finie y ont longtemps été incomplètement compris, en particulier vis-à-vis de leur dépendance en fonction des conditions aux limites. La violation de la relation d’échelle dite d’hyperscaling a été l’un des aspects les plus évidents des difficultés rencontrées. Le désaccord avec le scaling usuel est dû au caractère de variable non pertinente dangereuse du terme de self-interaction dans la théorie en ϕ^4. Celle-ci était considérée comme dangereuse pour la densité d’énergie libre et les fonctions thermodynamiques associées, mais pas dans le secteur des corrélations. Récemment, un schéma nouveau de scaling a été proposé dans lequel la longueur de corrélation joue un rôle central et est également affectée par la variable non pertinente dangereuse. Ce nouveau schéma, appelé QFSS, est basé sur le fait que la longueur de corrélation exhibe au lieu du scaling usuel ξ~L un comportement en puissance de la taille finie ξ~L^ϙ. Ce pseudo-exposant critique ϙ est lié à la dimension critique supérieure et à la variable dangereuse. Au-dessous de d_c, cet exposant prend la valeur ϙ=1, mais au-dessus, il vaut ϙ=d/d_c. Le schéma QFSS est parvenu à réconcilier les exposants de champs moyen et le Finite-Size-Scaling tel que dérivé du Groupe de Renormalisation pour les modèles avec interactions à courte portée au-dessus de d_c en conditions aux limites périodiques. Si ϙ est un exposant universel, la validité de la théorie doit toutefois s’étendre également aux conditions de bords libres. Des tests initiaux dans de telles conditions ont mis en évidence de nouvelles difficultés: alors que le QFSS est valable au point pseudo-critique auquel les grandeurs thermodynamiques telles que la susceptibilité manifestent un pic à taille finie, au point critique on a pensé que c’était le FSS standard qui prévalait avec les exposants de champ moyen et ξ~L. On montre dans ce travail qu’il en va différemment de la situation au point critique et qu’à la place ce sont les exposants gaussiens qui s’appliquent en l’absence de variable non pertinente dangereuse. Pour mettre en évidence ce résultat, nous avons mené des simulations de modèles avec interactions à longue portée, qui peuvent être à volonté étudiés au-dessus de leur dimension critique supérieure. Nous avons aussi développé une étude des modes de Fourier qui permet de fournir des exemples de quantités non affectées par la présence de la variable non pertinente dangereuse

  • Titre traduit

    Finite-size scaling above the upper critical dimension


  • Résumé

    In this project finite-size size scaling above the upper critical dimension〖 d〗_c is investigated. Finite-size scaling there has long been poorly understood, especially its dependency on boundary conditions. The violation of the hyperscaling relation above d_c has also been one of the most visible issues. The breakdown in standard scaling is due to the dangerous irrelevant variables presented in the self-interacting term in the ϕ^4 theory, which were considered dangerous to the free energy density and associated thermodynamic functions, but not to the correlation sector. Recently, a modified finite-size scaling scheme has been proposed, which considers that the correlation length actually plays a pivotal role and is affected by dangerous variables too. This new scheme, named QFSS, considers that the correlation length, instead of having standard scaling behaviour ξ~L , scales as ξ~L^ϙ. This pseudocritical exponent is connected to the critical dimension and dangerous variables. Below d_c this exponent takes the value ϙ=1, but above the upper critical dimension it is ϙ=d/d_c. QFSS succeeded in reconciling the mean-field exponents and FSS derived from the renormalisation-group for the models with short-range interactions above d_c with periodic boundary conditions. If ϙ is an universal exponent, the validity of that theory should also hold for the free boundary conditions. Initial tests for such systems faced new problems. Whereas QFSS is valid at pseudocritical points where quantities such as the magnetic susceptibility experience a peak for finite systems, at critical points the standard FSS seemed to prevail, i.e., mean-field exponents with ξ~L. Here, we show that this last picture at critical point is not correct and instead the exponents that applied there actually arise from the Gaussian fixed-point FSS where the dangerous variables are suppressed. To achieve this aim, we study Ising models with long-range interaction, which can be tuned above〖 d〗_c, with periodic and free boundary conditions. We also include a study of the Fourier modes which can be used as an example of scaling quantities without dangerous variables


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