Численное моделирование гауссовского белого шума и индуцированного полем фазового перехода в объемных антиферроэлектриках на основе дигидрофосфата аммония
DOI:
https://doi.org/10.33910/2687-153X-2025-6-1-35-48Ключевые слова:
гауссовский белый шум, стохастический метод Рунге — Кутты четвертого порядка (SRK4), динамический фазовый переход, антиферроэлектрики, ферроэлектрикиАннотация
В настоящей работе представлены феноменологические и численные исследования гауссовского белого шума и индуцированного полем динамического фазового перехода в объемных антиферроэлектриках (АФЭ). Особое внимание уделено задержке перехода от антиферроэлектрического к ферроэлектрическому (ФЭ) состоянию. Стационарные состояния АФЭ приводятся на основе вариационного анализа термодинамического потенциала АФЭ при отсутствии шума. Стохастические уравнения релаксации для АФЭ выводятся с применением уравнения Ландау — Халатникова, где расчет термодинамического потенциала АФЭ учитывает гауссовский белый шум и изменяемое во времени синусоидальное электрическое поле. Эти уравнения решаются численно с использованием стохастического метода Рунге — Кутты четвертого порядка (SRK4). Результаты показывают, что при амплитуде приложенного поля, составляющей 97% от амплитуды перехода, дополнительный гауссовский белый шум с амплитудами менее 8% от приложенного поля вызывает задержку фазового перехода от АФЭ к ФЭ, при этом время задержки обратно пропорционально амплитуде шума.
Библиографические ссылки
Alexandrov, D. V., Bashkirtseva, I. A., Ryashko, L. B. (2018) Noise-induced transitions and shifts in a climate–vegetation feedback model. Royal Society Open Science, 5 (4), article 171531. http://dx.doi.org/10.1098/rsos.171531 (In English)
Benzi, R., Sutera, A., Vulpiani, A. (1981) The mechanism of stochastic resonance. Journal of Physics A: Mathematical and General, 14 (11), L453–L457. https://doi.org/10.1088/0305-4470/14/11/006 (In English)
Berglund, N. (2016) Noise-induced phase slips, log-periodic oscillations, and the Gumbel distribution. Markov Processes and Related Fields, 22 (3), 467–505. https://hal.science/hal-00967427v2 (In English)
Cao, F. J., Wood, K., Lindenberg, K. (2007) Noise-induced phase transitions in field-dependent relaxational dynamics: The Gaussian ansatz. Physical Review E, 76 (5), article 051111. https://doi.org/10.1103/PhysRevE.76.051111 (In English)
Carrillo, O., Ibanes, M., Garcia-Ojalvo, J. et al. (2003) Intrinsic noise-induced phase transitions: Beyond the noise interpretation. Physical Review E, 67 (4), article 046110. https://doi.org/10.1103/PhysRevE.67.046110 (In English)
Dagvadorj, G., Fellows, J. M., Matyjaśkiewicz, S. et al. (2015) Nonequilibrium phase transition in a two-dimensional driven open quantum system. Physical Review X, 5 (4), article 041028. https://doi.org/10.1103/PhysRevX.5.041028 (In English)
Garcia-Ojalvo, J., Sancho, J. M. (1999) Noise in Spatially Extended Systems. New York: Springer Publ., 307 p. (In English)
Gardiner, C. W. (1985) Handbook of stochastic methods: For physics, chemistry and the natural sciences. 2nd ed. Berlin: Springer Publ., 442 p. (In English)
Ghosh, P. K., Barik, D., Ray, D. S. (2005) Noise-induced transition in a quantum system. Physics Letters A, 342 (1–2), 12–21. https://doi.org/10.1016/j.physleta.2005.04.097 (In English)
Henkel, M., Pleimling, M. (2010) Non-equilibrium phase transitions. Vol. 2: Ageing and dynamical scaling far from equilibrium. Dordrecht: Springer Publ., 544 p. (In English)
Jin, Y., Xu, P. (2020) Noise-induced transitions and resonances in a delayed triple-well potential system. In: W. Lacarbonara, B. Balachandran, J. Ma et al. (eds.). Nonlinear Dynamics of Structures, Systems and Devices: Proceedings of the First International Nonlinear Dynamics Conference (NODYCON 2019). Cham: Springer Publ., pp. 523–531. https://doi.org/10.1007/978-3-030-34713-0_52 (In English)
Khodabin, M., Rostami, M. (2015) Mean square numerical solution of stochastic differential equations by fourth order Runge-Kutta method and its application in the electric circuits with noise. Advances in Difference Equations 2015, 2015, article 62. https://doi.org/10.1186/s13662-015-0398-6 (In English)
Kramers, H. A. (1940) Brownian motion in a field of force and the diffusion model of chemical reactions. Physica, 7, 4, 284–304. https://doi.org/10.1016/S0031-8914(40)90098-2 (In English)
Levkivskyi, I. P., Sukhorukov, E. V. (2009) Noise-induced phase transition in the electronic Mach-Zehnder interferometer. Physical Review Letters, 103, article 036801. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.103.036801 (In English)
Lim, S.-Ch. (2022) Numerical simulations of nonlinear and chaotic order parameter responses in bulk antiferroelectrics using ammonium dihydrogen phosphate parameter. Physics of Complex Systems, 3 (3), 122–136. https://www.doi.org/10.33910/2687-153X-2022-3-3-122-136 (In English)
Lim, S.-Ch. (2023) Calculations of Lyapunov exponents and characterizations of nonlinear dynamics in bulk antiferroelectrics. Physics of Complex Systems, 4 (4), 176–194. https://www.doi.org/10.33910/2687-153X-2023-4-4-176-194 (In English)
Lines, M. E., Glass, A. M. (1977) Principles and applications of ferroelectrics and related materials. Oxford: Oxford University Press, 664 p. (In English)
Liu, S., Li, M.-R., Zhang, S.-Z. et al. (2024) Noise-induced phase transitions in hybrid quantum circuits. Physical Review B, 110 (6), article 064323. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.110.064323 (In English)
Nicolis, C. (1982) Stochastic aspects of climatic transitions-response to a periodic forcing. Tellus, 34 (1), 1–9. https://doi.org/10.3402/tellusa.v34i1.10781 (In English)
Press, W. H., Teukolsky, S. A., Vetterling, W. T., Flannery, B. P. (1996) Numerical Recipes in C: The Art of Scientific Computing. 2nd ed. Cambridge: Cambridge University Press, 537 p. (In English)
Schuller, B., Meistrenko, A., van Hees, H. et al. (2020) Kramers’ escape rate problem within a non-Markovian description. Annals of Physics, 412, article 168045. https://doi.org/10.1016/j.aop.2019.168045 (In English)
Toledano, P., Guennou, M. (2016) Theory of antiferroelectric phase transitions. Physical Review B, 94 (1), article 014107. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.94.014107 (In English)
Tong, N. H., Vojta, M. (2006) Signatures of a noise-induced quantum phase transition in a mesoscopic metal ring. Physical Review Letters, 97 (1), article 016802. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.97.016802 (In English)
Tsimring, L. S., A. Pikovsky, A. (2001) Noise-induced dynamics in bistable systems with delay. Physical Review Letters, 87 (25), article 250602. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.87.250602 (In English)
Van den Broeck, C., Parrondo, J. M. R., Toral, R. (1994) Noise-induced nonequilibrium phase transition. Physical Review Letters. 73 (25), 3395–3398. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.73.3395 (In English)
Zhang, G., Novais, E., Baranger, H. U. (2017) Rescuing a quantum phase transition with quantum noise. Physical Review Letters, 118 (5), article 050402. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.118.050402 (In English)
Zhang, M.-H., Fulanović, L., Egert, S. et al. (2020) Electric-field-induced antiferroelectric to ferroelectric phase transition in polycrystalline NaNbO3. Acta Materialia, 200, 127–135. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2020.09.002 (In English)
Zhang, M.-H., Fulanović, L., Zhao, C. H., Koruza, J. (2023) Review on field-induced phase transitions in lead-free NaNbO3-based antiferroelectric perovskite oxides for energy storage. Journal of Materiomics, 9 (1), 1–18. https://doi.org/10.1016/j.jmat.2022.09.008 (In English)
Загрузки
Опубликован
Выпуск
Раздел
Лицензия
Copyright (c) 2025 Сью-Чу Лим
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial» («Атрибуция — Некоммерческое использование») 4.0 Всемирная.
Автор предоставляет материалы на условиях публичной оферты и лицензии CC BY-NC 4.0. Эта лицензия позволяет неограниченному кругу лиц копировать и распространять материал на любом носителе и в любом формате, но с обязательным указанием авторства и только в некоммерческих целях. После публикации все статьи находятся в открытом доступе.
Авторы сохраняют авторские права на статью и могут использовать материалы опубликованной статьи при подготовке других публикаций, а также пользоваться печатными или электронными копиями статьи в научных, образовательных и иных целях. Право на номер журнала как составное произведение принадлежит издателю.
