Tranziție de fază cuantică

Versiunea actuală a paginii nu a fost încă revizuită de colaboratori experimentați și poate diferi semnificativ de versiunea revizuită la 30 septembrie 2015; verificările necesită 8 modificări .

Tranziția de fază cuantică (transformarea de fază cuantică) este trecerea unei substanțe de la o fază termodinamică cuantică la alta atunci când condițiile externe se schimbă, ceea ce are loc, totuși, în absența fluctuațiilor termice , adică la . Astfel, sistemul este reconstruit sub influența unor parametri non-termici (de exemplu , presiunea sau puterea câmpului magnetic ). $T_{C}\la 0$

Tranziția clasică de fază este descrisă de o discontinuitate în funcțiile termodinamice ale sistemului dat. Un astfel de decalaj indică faptul că particulele sistemului sunt rearanjate. Un exemplu tipic al acestui comportament este tranziția apei de la o stare lichidă la o stare solidă ( gheață ). Doi parametri concurenți sunt responsabili pentru procesele care au loc în timpul tranzițiilor clasice de fază: energia sistemului și entropia fluctuațiilor sale termice. Nu există entropie a unui sistem clasic la temperatură zero, așa că nu poate avea loc o tranziție de fază (vezi teorema lui Nernst ).

Cu toate acestea, fluctuațiile cuantice apar într-un sistem mecanic cuantic , care sunt responsabile pentru tranziția de fază. Astfel, fluctuațiile cuantice pot transfera sistemul într-o altă fază. Aceste fluctuații cuantice sunt controlate de parametri non-termici, cum ar fi presiunea , concentrația de particule .

Sistemul care experimentează o tranziție de fază cuantică de ordinul întâi este heliul 4 He: la presiunea atmosferică, nu intră într-o fază solidă, nici măcar la temperatura zero absolut. Cu toate acestea, la presiuni de peste 25 de atmosfere, heliul cristalizează într-o ambalare hexagonală.

Cel mai izbitor reprezentant al materialelor în care are loc o tranziție de fază cuantică de ordinul doi este feromagnetul elicoidal MnSi . Acest material la presiune normală are o temperatură critică de tranziție de la o stare paramagnetică la o stare feromagnetică slabă de 29 K. Cu toate acestea, atunci când se aplică o presiune hidrostatică externă de ordinul a 14,6 kbar , are loc o tranziție de fază cuantică. $T_{C}$ $T_{C}\la 0$

Interacțiunea cvasiparticulelor din apropierea punctului critic cuantic are o dependență puternică de impuls

$f(p_{1},p_{2})=-{\frac {\pi }{m)}{\frac {g}{m((p_{1}-p_{2})^{ 2}/q_{c}^{2}-1)^{2}+\beta ^{2}}},$

unde este constanta efectivă de cuplare, este vectorul de undă critică, este raza de interacțiune efectivă inversă. Acest tip de interacțiune cvasiparticulă se datorează probabil apropierii punctului critic cuantic de punctul de tranziție metal-izolator și poate fi considerat ca rezultat al schimbului de fluctuații de sarcină moale cu vectorul de undă. $g$ $q_{c}\simeq 2p_{F)$ $\beta \simeq 0,14$ $q_{c}.$

Ecuația abordării generalizate Fermi-lichid aplicabilă pe ambele părți ale punctului critic cuantic este:

${\begin{cases}{\frac {\varepsilon (p)}{\partial p)}={\frac {\varepsilon _{0}(p)}{\partial p))+\int f (p,p'){\frac {\partial n(p')}{\partial p'}}\,dv',\\n(p)=[1+\exp({\frac {\varepsilon ( p)}{T}})]^{-1},\\2\int n(p)\,dv=\rho ,\end{cases}}$

unde este spectrul de gol, este temperatura, este densitatea numărului de particule, este elementul de volum al spațiului de impuls N-dimensional. Prima ecuație a sistemului este relația Landau dintre spectrul de cvasiparticule și funcția de interacțiune a cvasiparticulelor pentru sisteme Fermi omogene, care este o consecință a invarianței șocului. A doua ecuație este formula statistică Fermi-Dirac, în care spectrul de cvasiparticule este considerat funcțional al distribuției momentului de cvasiparticule.A treia ecuație este condiția numărului constant de particule din sistem. Acest sistem de ecuații cu interacțiune cvasiparticule face posibilă reproducerea rezultatelor calculelor microscopice ale spectrului cvasiparticulelor din partea Fermi-lichid a punctului critic cuantic. $\varepsilon _{0}(p)={\frac {p^{2}}{2m}}$ $T$ $\rho$ $dv={\frac {d^{N}p}{(2\pi )^{N}))$ $\varepsilon (p)$ $f(p,p')$ $n(p).$

Punctul critic cuantic Fermi-lichid este asociat cu o tranziție de fază topologică continuă, în care apare o nouă stare fundamentală cu trei foi de suprafață Fermi. [unu]

Adesea motivele apariției tranzițiilor de fază cuantică rămân neclare.

Note

↑ Pankratov Sergey Sergeevich - Tranziții cuantice topologice în sisteme Fermi izotrope omogene.

Literatură

Shangina E. L., Dolgopolov V. T. Tranziții de fază cuantică în sisteme bidimensionale // Phys . - 2003. - T. 173 . — S. 801–812 . - doi : 10.3367/UFNr.0173.200308a.0801 .
Stishov SM Tranziții de fază cuantică // Fiz . - 2004. - T. 174 . — S. 853–860 . - doi : 10.3367/UFNr.0174.200408b.0853 .
Gantmakher VF, Dolgopolov VT Tranziții de fază cuantică „electroni localizați-delocalizați” // Phys . - 2008. - T. 178 . — pp. 3–24 . - doi : 10.3367/UFNr.0178.200801a.0003 .

Starile termodinamice ale materiei

Stări de fază

Starea de agregare Echilibrul de faze Regula fazei diagramă de fază Ecuația de stare
Solid	cristale Monocristal policristal Cristalit
Mezofază	Corpuri amorfe stare sticloasa cristal lichid Nematic Smectic colesteric Faza coloana Mezogen Membrană
Lichid	Fluid ideal Stare metastabilă lichid supraîncălzit lichid suprarăcit lichid întins Coltdown fluid supercritic
Gaz	Gaz ideal gaz real Aburi Abur saturat abur supraîncălzit abur suprasaturat
Plasma	electromagnetic Plasmă cuarc-gluon Glazma
Temperatura scazuta	condens bose Condens ferionic gaz cuantic gaz bose gaz Fermi gaz degenerat lichid cuantic bose lichid Fermi lichid solid superfluid Fenomene Superfluiditate Supraconductivitate
Alte	chestiune ciudată moleculă fotonică condens de sticla colorata

Tranziții de fază

Primul fel

Al doilea fel

în fenomene electrice	feroelectrice Antiferoelectric
în fenomenele magnetice	feromagneți Paramagneți Antiferomagneți

cuantic

punct lambda

Sisteme disperse

Geluri
- Aerogel
Soluții
sisteme coloide
- aspru
- Coloidal liber dispersat
Sol
Spray
- Fum
- Praf
- Ceaţă
- aburi
Suspensie
Emulsie

Vezi si