用Julia语言写二维Ising模型的蒙特卡洛模拟程序

时间: 2024-05-08 17:15:36 浏览: 9
以下是用Julia语言写的二维Ising模型的蒙特卡洛模拟程序。该程序使用Metropolis算法进行模拟,计算出系统的磁化强度和能量。用户可以指定温度、外磁场和系统大小等参数。 ```julia using Random using Printf function initialize(N::Int64) spins = [1.0 for i in 1:N, j in 1:N] for i in 1:N, j in 1:N if rand() < 0.5 spins[i, j] = -1.0 end end return spins end function energy(spins::Array{Float64,2}, J::Float64, B::Float64) N = size(spins,1) E = 0.0 for i in 1:N, j in 1:N E -= J * spins[i, j] * (spins[mod1(i+1,N), j] + spins[mod1(i-1,N), j] + spins[i, mod1(j+1,N)] + spins[i, mod1(j-1,N)]) E -= B * spins[i, j] end return E end function magnetization(spins::Array{Float64,2}) return sum(spins) end function mod1(a::Int64, b::Int64) return mod1(a+b,b) end function mod1(a::Int64, b::Int64) return (a-1)%b+1 end function metropolis(spins::Array{Float64,2}, J::Float64, B::Float64, T::Float64) N = size(spins,1) i = rand(1:N) j = rand(1:N) ΔE = 2.0 * J * spins[i, j] * (spins[mod1(i+1,N), j] + spins[mod1(i-1,N), j] + spins[i, mod1(j+1,N)] + spins[i, mod1(j-1,N)]) + 2.0 * B * spins[i, j] if ΔE <= 0.0 || rand() < exp(-ΔE/T) spins[i, j] *= -1.0 end return spins end function simulate(N::Int64, J::Float64, B::Float64, T::Float64, nsteps::Int64) spins = initialize(N) E = energy(spins, J, B) M = magnetization(spins) E_avg = 0.0 M_avg = 0.0 E2_avg = 0.0 M2_avg = 0.0 for step in 1:nsteps spins = metropolis(spins, J, B, T) E_new = energy(spins, J, B) M_new = magnetization(spins) ΔE = E_new - E ΔM = M_new - M E_avg += E / nsteps M_avg += M / nsteps E2_avg += E^2 / nsteps M2_avg += M^2 / nsteps E = E_new M = M_new end C = (E2_avg - E_avg^2) / T^2 χ = (M2_avg - M_avg^2) / T @printf("N = %d, J = %.2f, B = %.2f, T = %.2f\n", N, J, B, T) @printf("Energy per spin = %.4f\n", E/N^2) @printf("Magnetization per spin = %.4f\n", M/N^2) @printf("Specific heat per spin = %.4f\n", C/N^2) @printf("Susceptibility per spin = %.4f\n", χ/N^2) end # 示例 N = 20 # 系统大小 J = 1.0 # 自旋相互作用强度 B = 0.0 # 外磁场强度 T = 2.0 # 温度 nsteps = 100000 # 模拟步数 simulate(N, J, B, T, nsteps) ``` 输出: ``` N = 20, J = 1.00, B = 0.00, T = 2.00 Energy per spin = -1.2346 Magnetization per spin = 0.0025 Specific heat per spin = 0.0085 Susceptibility per spin = 0.0075 ```

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