Un modelo de espín es un modelo matemático utilizado en física principalmente para explicar el magnetismo . Los modelos de espín pueden ser de naturaleza clásica o de mecánica cuántica . Los modelos de espín se han estudiado en la teoría cuántica de campos como ejemplos de modelos integrables . Los modelos de espín también se utilizan en la teoría de la información cuántica y la teoría de la computabilidad en la informática teórica . La teoría de los modelos de espín es un tema unificador y de gran alcance que abarca muchos campos.
En los materiales ordinarios, los momentos dipolares magnéticos de los átomos individuales producen campos magnéticos que se cancelan entre sí, porque cada dipolo apunta en una dirección aleatoria. Sin embargo, los materiales ferromagnéticos por debajo de su temperatura de Curie exhiben dominios magnéticos en los que los momentos dipolares atómicos están alineados localmente, produciendo un campo magnético macroscópico distinto de cero desde el dominio. Estos son los "imanes" ordinarios que todos conocemos.
El estudio del comportamiento de tales "modelos de espín" es un área de investigación próspera en la física de la materia condensada . Por ejemplo, el modelo de Ising describe espines (dipolos) que tienen sólo dos estados posibles, arriba y abajo, mientras que en el modelo de Heisenberg se permite que el vector de espín apunte en cualquier dirección. En determinados imanes, los dipolos magnéticos sólo pueden girar libremente en un plano 2D, un sistema que puede describirse adecuadamente mediante el llamado modelo xy .
La falta de una teoría unificada del magnetismo [1] obliga a los científicos a modelar teóricamente sistemas magnéticos con uno o una combinación de estos modelos de espín para comprender el intrincado comportamiento de las interacciones magnéticas atómicas. La implementación numérica de estos modelos ha dado lugar a varios resultados interesantes, como la investigación cuantitativa en la teoría de las transiciones de fase .
Un modelo de espín cuántico es un modelo hamiltoniano cuántico que describe un sistema que consta de espines que interactúan o no y es un área activa de investigación en los campos de sistemas de electrones fuertemente correlacionados , teoría de la información cuántica y computación cuántica . [2] Los observables físicos en estos modelos cuánticos son en realidad operadores en un espacio de Hilbert que actúan sobre vectores de estado a diferencia de los observables físicos en los modelos de espín clásicos correspondientes, como el modelo de Ising, que son variables conmutativas .