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1	Best practice of extracting magnetocaloric properties in magnetic simulations Bylin, Johan January 2019 (has links) In this thesis, a numerical study of simulating and computing the magnetocaloric properties of magnetic materials is presented. The main objective was to deduce the optimal procedure to obtain the isothermal change in entropy of magnetic systems, by evaluating two different formulas of entropy extraction, one relying on the magnetization of the material and the other on the magnet's heat capacity. The magnetic systems were simulated using two different Monte Carlo algorithms, the Metropolis and Wang-Landau procedures. The two entropy methods proved to be comparably similar to one another. Both approaches produced reliable and consistent results, though finite size effects could occur if the simulated system became too small. Erroneous fluctuations that invalidated the results did not seem stem from discrepancies between the entropy methods but mainly from the computation of the heat capacity itself. Accurate determination of the heat capacity via an internal energy derivative generated excellent results, while a heat capacity obtained from a variance formula of the internal energy rendered the extracted entropy unusable. The results acquired from the Metropolis algorithm were consistent, accurate and dependable, while all of those produced via the Wang-Landau method exhibited intrinsic fluctuations of varying severity. The Wang-Landau method also proved to be computationally ineffective compared to the Metropolis algorithm, rendering the method not suitable for magnetic simulations of this type. Magnetocaloric effect Thermodynamics Statistical mechanics Monte Carlo simulations Metropolis algorithm Wang-Landau method Isothermal change in entropy Adiabatic change in temperature Numerical methods Effective spin models Condensed Matter Physics Den kondenserade materiens fysik
2	Transition Matrix Monte Carlo Methods for Density of States Prediction Haber, René 03 July 2014 (has links) (PDF) Ziel dieser Arbeit ist zunächst die Entwicklung einer Vergleichsgrundlage, auf Basis derer Algorithmen zur Berechnung der Zustandsdichte verglichen werden können. Darauf aufbauend wird ein bestehendes übergangsmatrixbasiertes Verfahren für das großkanonisch Ensemble um ein neues Auswerteverfahren erweitert. Dazu werden numerische Untersuchungen verschiedener Monte-Carlo-Algorithmen zur Berechnung der Zustandsdichte durchgeführt. Das Hauptaugenmerk liegt dabei auf Verfahren, die auf Übergangsmatrizen basieren, sowie auf dem Verfahren von Wang und Landau. Im ersten Teil der Forschungsarbeit wird ein umfassender Überblick über Monte-Carlo-Methoden und Auswerteverfahren zur Bestimmung der Zustandsdichte sowie über verwandte Verfahren gegeben. Außerdem werden verschiedene Methoden zur Berechnung der Zustandsdichte aus Übergangsmatrizen vorgestellt und diskutiert. Im zweiten Teil der Arbeit wird eine neue Vergleichsgrundlage für Algorithmen zur Bestimmung der Zustandsdichte erarbeitet. Dazu wird ein neues Modellsystem entwickelt, an dem verschiedene Parameter frei gewählt werden können und für das die exakte Zustandsdichte sowie die exakte Übergangsmatrix bekannt sind. Anschließend werden zwei weitere Systeme diskutiert für welche zumindest die exakte Zustandsdichte bekannt ist: das Ising Modell und das Lennard-Jones System. Der dritte Teil der Arbeit beschäftigt sich mit numerischen Untersuchungen an einer Auswahl der vorgestellten Verfahren. Auf Basis der entwickelten Vergleichsgrundlage wird der Einfluss verschiedener Parameter auf die Qualität der berechneten Zustandsdichte quantitativ bestimmt. Es wird gezeigt, dass Übergangsmatrizen in Simulationen mit Wang-Landau-Verfahren eine wesentlich bessere Zustandsdichte liefern als das Verfahren selbst. Anschließend werden die gewonnenen Erkenntnisse genutzt um ein neues Verfahren zu entwickeln mit welchem die Zustandsdichte mittels Minimierung der Abweichungen des detaillierten Gleichgewichts aus großen, dünnbesetzten Übergangsmatrizen gewonnen werden kann. Im Anschluss wird ein Lennard-Jones-System im großkanonischen Ensemble untersucht. Es wird gezeigt, dass durch das neue Verfahren Zustandsdichte und Dampfdruckkurve bestimmt werden können, welche qualitativ mit Referenzdaten übereinstimmen. Statistische Mechanik Statistische Physik Markov-Ketten-Monte-Carlo Verfahren Simulated Annealing Zustandsdichte Wang-Landau Verfahren Übergangsmatrix Zufallsgraph Detailliertes Gleichgewicht Phasenübergang Großkanonisches Ensemble statistical mechanics statistical physics Markov-Chain Monte-Carlo Method simulated annealing density of states Wang-Landau method transition matrix random graph detailed balance phase transition grand canonical ensemble ddc:531 ddc:532 Statistische Physik Statistische Mechanik Zustandsdichte Stochastische Matrix Zufallsgraph Phasenumwandlung
3	Transition Matrix Monte Carlo Methods for Density of States Prediction Haber, René 20 June 2014 (has links) Ziel dieser Arbeit ist zunächst die Entwicklung einer Vergleichsgrundlage, auf Basis derer Algorithmen zur Berechnung der Zustandsdichte verglichen werden können. Darauf aufbauend wird ein bestehendes übergangsmatrixbasiertes Verfahren für das großkanonisch Ensemble um ein neues Auswerteverfahren erweitert. Dazu werden numerische Untersuchungen verschiedener Monte-Carlo-Algorithmen zur Berechnung der Zustandsdichte durchgeführt. Das Hauptaugenmerk liegt dabei auf Verfahren, die auf Übergangsmatrizen basieren, sowie auf dem Verfahren von Wang und Landau. Im ersten Teil der Forschungsarbeit wird ein umfassender Überblick über Monte-Carlo-Methoden und Auswerteverfahren zur Bestimmung der Zustandsdichte sowie über verwandte Verfahren gegeben. Außerdem werden verschiedene Methoden zur Berechnung der Zustandsdichte aus Übergangsmatrizen vorgestellt und diskutiert. Im zweiten Teil der Arbeit wird eine neue Vergleichsgrundlage für Algorithmen zur Bestimmung der Zustandsdichte erarbeitet. Dazu wird ein neues Modellsystem entwickelt, an dem verschiedene Parameter frei gewählt werden können und für das die exakte Zustandsdichte sowie die exakte Übergangsmatrix bekannt sind. Anschließend werden zwei weitere Systeme diskutiert für welche zumindest die exakte Zustandsdichte bekannt ist: das Ising Modell und das Lennard-Jones System. Der dritte Teil der Arbeit beschäftigt sich mit numerischen Untersuchungen an einer Auswahl der vorgestellten Verfahren. Auf Basis der entwickelten Vergleichsgrundlage wird der Einfluss verschiedener Parameter auf die Qualität der berechneten Zustandsdichte quantitativ bestimmt. Es wird gezeigt, dass Übergangsmatrizen in Simulationen mit Wang-Landau-Verfahren eine wesentlich bessere Zustandsdichte liefern als das Verfahren selbst. Anschließend werden die gewonnenen Erkenntnisse genutzt um ein neues Verfahren zu entwickeln mit welchem die Zustandsdichte mittels Minimierung der Abweichungen des detaillierten Gleichgewichts aus großen, dünnbesetzten Übergangsmatrizen gewonnen werden kann. Im Anschluss wird ein Lennard-Jones-System im großkanonischen Ensemble untersucht. Es wird gezeigt, dass durch das neue Verfahren Zustandsdichte und Dampfdruckkurve bestimmt werden können, welche qualitativ mit Referenzdaten übereinstimmen. info:eu-repo/classification/ddc/531 ddc:531 info:eu-repo/classification/ddc/532 ddc:532

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