Un esquema de elementos finitos completamente discreto para la ecuación de Derrida-Lebowitz-Speer-Spohn

Main Article Content

Jorge Mauricio Ruiz Vera https://orcid.org/0000-0003-0677-4704
Ignacio Mantilla Prada

Keywords

Elementos finitos, Ecuaciones no lineales de evolución, Semiconductores.

Resumen

La ecuación de Derrida-Lebowitz-Speer-Spohn (DLSS) es una ecuación de evolución no lineal de cuarto orden. Esta aparece en el estudio de las fluctuaciones de interface de sistemas de espín y en la modelación de semicoductores cuánticos.  En este artículo, se presenta una discretización por elementos finitos para una formulación exponencial de la ecuación DLSS abordada como un sistema acoplado de ecuaciones. Usando la información disponible acerca del fenómeno físico, se establecen las condiciones de contorno para el sistema acoplado. Se demuestra la existencia de la solución discreta global en el tiempo via un  argumento de punto fijo. Los resultados numéricos ilustran el carácter cuántico de la ecuación. Finalmente se presenta un test del orden de convergencia de la discretización porpuesta.

MSC: 35G25, 65M60, 82D37

Descargas

Los datos de descargas todavía no están disponibles.
Abstract 1498 | PDF (English) Downloads 555

Referencias

[1] P. M. Bleher, J. L. Lebowitz, and E. R. Speer, “Existence and positivity of solutions of a fourth-order nonlinear PDE describing interface fluctuations,” Communications on Pure and Applied Mathematics, vol. 47, no. 7, pp. 923–942, 1994. 98, 99, 108

[2] B. Derrida, J. L. Lebowitz, E. R. Speer, and H. Spohn, “Fluctuations of a stationary nonequilibrium interface,” Phys. Rev. Lett., vol. 67, pp. 165–168, July 1991. 98

[3] R. Pinnau, “The Linearized Transient Quantum Drift Diffusion Model-Stability of Stationary States,” ZAMM - Journal of Applied Mathematics and Mechanics / Zeitschrift für Angewandte Mathematik und Mechanik, vol. 80, no. 5, pp. 327–344, 2000. 98, 101

[4] L. L. A. Peletier and W. C. Troy, Spatial Patterns: Higher Order Models in Physics and Mechanics. Progress in Nonlinear Differential Equations and Their Applications Series, Boston: Springer, 2001. 99

[5] A. Jüngel and R. Pinnau, “Global Non-Negative Solutions of a Nonlinear Fourth-Order Parabolic Equation for Quantum Systems,” 2000. 99, 100, 108

[6] A. Jüngel and D. Matthes, “The Derrida-Lebowitz-Speer-Spohn equation: Existence, NonUniqueness, and Decay Rates of the Solutions,” SIAM Journal on Mathematical Analysis, vol. 39, no. 6, pp. 1996–2015, 2008. 99

[7] M. J. Cáceres, J. A. Carrillo, and G. Toscani, “Long-Time Behavior for a Nonlinear Fourth-Order Parabolic Equation,” Transactions of the American Mathematical Society, vol. 357, no. 3, pp. 1161–1175, 2005. 99

[8] M. Pia Gualdani, A. Jüngel, and G. Toscani, “A Nonlinear Fourth order Parabolic Equation with Nonhomogeneous Boundary Conditions,” SIAM Journal on Mathematical Analysis, vol. 37, no. 6, pp. 1761–1779, 2006. 99

[9] A. Jüngel and G. Toscani, “Exponential time decay of solutions to a nonlinear fourth-order parabolic equation,” Zeitschrift für angewandte Mathematik und Physik ZAMP, vol. 54, no. 3, pp. 377–386, 2003. 99

[10] B. Düring, D. Matthes, and J. P. Milišić, “A gradient flow scheme for nonlinear fourth order equations,” Discrete and Continuous Dynamical Systems - Series B (DCDS-B), vol. 14, no. 3, pp. 935 – 959, 2010. 99, 108

[11] R. Pinnau, “A note on boundary conditions for quantum hydrodynamic equations,” Applied Mathematics Letters, vol. 12, no. 5, pp. 77–82, 1999. 101

[12] M. G. Ancona and H. F. Tiersten, “Macroscopic physics of the silicon inversion layer,” Phys. Rev. B, vol. 35, pp. 7959–7965, May 1987. 101

[13] E. Zeidler, Nonlinear Functional Analysis and Its Applications II/A. Berlin: Springer-Verlag, 1 ed., 1990. 106