¿Modo Goldstone como onda de espín en 2D?

Estoy tratando de entender cómo los modos Goldstone destruyen el orden de largo alcance en la red de giro 1D y 2D. Empecé con una cadena de espín, usando un modelo XY 1D, que tiene simetría continua. H = < i j > j i j porque ( θ i θ j ) sin campo externo.

Si hay una onda de espín en esta cadena, media longitud de onda destruirá la magnetización. El costo de la energía será Δ mi = ( j porque ( π norte ) + j ) norte . Como norte , Δ mi 0 . Así que no importa cuán baja sea la temperatura, este modo destruirá la magnetización espontánea.

Pero tengo problemas para entenderlo en 2D. La construcción más fácil es simplemente poner norte cadenas juntas, y el costo de la energía se multiplicará por norte : Δ mi = ( j porque ( π norte ) + j ) norte 2 . Pero esta vez como norte , Δ mi π 2 2 j . Así que si k B T π 2 2 j , este modo no puede existir y ocurrirá una magnetización espontánea. Probé otras construcciones posibles, como una onda giratoria en dirección diagonal, que no funciona. También observé los vórtices en el modelo XY, los 4 giros en el centro del costo del vórtice 4 j y creo que sumando sobre otros bonos el costo total será igual o mayor que π 2 2 j . Estoy pensando si es posible destruir la magnetización con menos energía que π 2 2 j . Pero el teorema de Mermin-Wagner establece que el modo Goldstone con energía cero destruirá el estado ordenado, por lo que debe haber algo que me estoy perdiendo. Traté de encontrar una ilustración de este modo, pero la búsqueda de "onda de espín 2D" o "modo Goldstone 2D" solo devuelve cálculos o experimentos. Así que me pregunto cómo se ve, ¿cuál es exactamente la alineación de los giros?

¿Cómo se relaciona el título con la pregunta?
Solo un breve comentario, pero la energía de un sistema a temperatura T es extenso, ya que tenemos k T para cada modo. Entonces Δ mi norte k T , que en el límite termodinámico siempre será mayor que cualquier brecha de energía finita (no extensiva), como su π 2 2 j .
En cierto modo, en realidad está defendiendo indirectamente el teorema de Coleman: a temperatura cero, ha demostrado que en el caso 1D, incluso el estado fundamental no es estable, ya que cualquier energía infinitesimalmente pequeña lo interrumpiría, es decir, cualquier estado que no sea *literalmente* /100% el estado fundamental no tendría una ruptura de simetría continua estable. Y luego descubrió que en 2D parece que el estado fundamental es estable frente a perturbaciones de energía finitas (pero no extensivas), lo que permite la ruptura espontánea de simetría de simetrías continuas a temperatura cero. (Pero no a temperatura finita, consulte la respuesta de Schuch).
(Descargo de responsabilidad: tenga en cuenta que mis comentarios son solo para fines manuales y están tratando de abordar la intuición que estaba obteniendo en su pregunta, pero la respuesta real está en la publicación de Schuch).
Gracias por las respuestas y las discusiones, eso ayudó mucho. Pensé que el caso 2D se puede visualizar como el caso 1D, una sola onda de energía cero destruye el estado ordenado. Ahora veo que el caso 1D es realmente especial. Es difícil visualizar cómo las redes 1D y 2D son inestables también debido a los fonones. La divergencia infrarroja es la verdadera naturaleza de este fenómeno. (Aunque es difícil explicárselo a personas con poca experiencia en matemáticas).

Respuestas (1)

Por lo general, el argumento se basa en el hecho de que hay una banda de espinones (es decir, un continuo de modos) por encima de los estados fundamentales, por lo que no veo cómo funciona su argumento anterior. Luego se argumenta que esos modos están ocupados de acuerdo con la distribución de Bose-Einstein, y luego se calcula la corrección de la magnetización de estos modos y se encuentra que la corrección diverge. Por lo tanto, la suposición inicial de un estado roto de simetría + teoría de onda de espín para las excitaciones anteriores no puede ser correcta.

Este argumento se lleva a cabo, por ejemplo, aquí: http://www.scholarpedia.org/article/Mermin-Wagner_Theorem#Spin_Waves , pero existen muchas otras fuentes.