Kvantum fázisátmenet

Az oldal jelenlegi verzióját még nem ellenőrizték tapasztalt közreműködők, és jelentősen eltérhet a 2015. szeptember 30-án áttekintett verziótól ; az ellenőrzések 8 szerkesztést igényelnek .

A kvantumfázis-átalakulás (kvantumfázis-transzformáció) egy anyag átmenete egyik kvantumtermodinamikai fázisból a másikba, amikor a külső körülmények megváltoznak, ami azonban hőingadozások hiányában , azaz . Így a rendszer átépül néhány nem termikus paraméter (például nyomás vagy mágneses térerősség ) hatására. $T_{C}\to 0$

A klasszikus fázisátalakulást az adott rendszer termodinamikai függvényeinek megszakítása írja le . Egy ilyen rés azt jelzi, hogy a rendszer részecskéi átrendeződnek. Ennek a viselkedésnek egy tipikus példája a víz átalakulása folyékonyból szilárd halmazállapotba ( jég ). A klasszikus fázisátalakulások során fellépő folyamatokért két versengő paraméter felelős: a rendszer energiája és hőingadozásainak entrópiája . Nulla hőmérsékleten a klasszikus rendszernek nincs entrópiája, így fázisátalakulás nem jöhet létre (lásd Nernst tétel ).

A kvantummechanikai rendszerekben azonban előfordulnak kvantumfluktuációk , amelyek felelősek a fázisátalakulásért. Így a kvantumfluktuációk átvihetik a rendszert egy másik fázisba. Ezeket a kvantum-ingadozásokat nem termikus paraméterek, például nyomás , részecskekoncentráció szabályozzák .

Az elsőrendű kvantumfázisváltást átélő rendszer a hélium 4 He: légköri nyomáson még abszolút nulla hőmérsékleten sem megy szilárd fázisba. 25 atmoszféra feletti nyomáson azonban a hélium hatszögletű töltetté kristályosodik.

Azon anyagok legszembetűnőbb képviselője, amelyekben másodrendű kvantumfázis-átalakulás következik be, a helikoid ferromágnes , az MnSi . Ennek az anyagnak normál nyomáson a kritikus átmeneti hőmérséklete paramágneses állapotból gyenge ferromágneses állapotba 29 K. Ha azonban 14,6 kbar nagyságrendű külső hidrosztatikus nyomást alkalmazunk , kvantumfázisváltás következik be. $T_{C}$ $T_{C}\to 0$

A kvantumkritikus pont közelében lévő kvázirészecske-kölcsönhatás erős impulzusfüggőséggel bír

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

ahol az effektív csatolási állandó, a kritikus hullámvektor, az inverz effektív kölcsönhatási sugár. Az ilyen típusú kvázirészecske kölcsönhatás valószínűleg a kvantumkritikus pont és a fém-szigetelő átmeneti pont közelsége miatt következik be, és a lágy töltésingadozások hullámvektorral való cseréjének eredményeként tekinthető. $g$ ${\displaystyle q_{c}\simeq 2p_{F))$ $\beta \simeq 0.14$ $q_{c}.$

Az általánosított Fermi-folyadék megközelítés egyenlete, amely a kvantumkritikus pont mindkét oldalán alkalmazható:

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

ahol az üres spektrum, a hőmérséklet, a részecskék számának sűrűsége, az N-dimenziós impulzustér térfogateleme. A rendszer első egyenlete a homogén Fermi-rendszerek kvázirészecske-spektruma és a kvázirészecske-kölcsönhatás-függvény közötti Landau-féle összefüggés , amely a sokk-invarianciának a következménye. A második egyenlet a Fermi-Dirac statisztikai képlet, amelyben a kvázirészecske-spektrumot a kvázirészecske-impulzus-eloszlás függvényének tekintjük, a harmadik egyenlet a rendszerben lévő állandó részecskeszám feltétele. Ez a kvázirészecske-kölcsönhatású egyenletrendszer lehetővé teszi a kvázirészecske-spektrum mikroszkópos számításainak eredményeinek reprodukálását a kvantumkritikus pont Fermi-folyadék oldaláról. $\varepsilon _{0}(p)={\frac {p^{2}}{2m}}$ $T$ $\rho$ ${\displaystyle dv={\frac {d^{N}p}{(2\pi )^{N))))$ $\varepsilon (p)$ $f(p,p')$ $n(p).$

A Fermi-folyadék kvantumkritikus pontja egy folyamatos topológiai fázisátalakuláshoz kapcsolódik, amelyben a Fermi felület három lapjával új alapállapot jön létre. [egy]

A kvantumfázis-átmenetek megjelenésének okai gyakran tisztázatlanok maradnak.

Jegyzetek

↑ Pankratov Sergey Sergeevich - Topológiai kvantumátmenetek homogén izotróp Fermi-rendszerekben.

Irodalom

Shangina E. L., Dolgopolov V. T. Kvantum fázisátalakulások kétdimenziós rendszerekben // Phys . - 2003. - T. 173 . – S. 801–812 . - doi : 10.3367/UFNr.0173.200308a.0801 .
Stishov SM Kvantum fázisátalakulások // Phys . - 2004. - T. 174 . — S. 853–860 . - doi : 10.3367/UFNr.0174.200408b.0853 .
Gantmakher VF, Dolgopolov VT Kvantum fázisátmenetek "lokalizált-delokalizált elektronok" // Phys . - 2008. - T. 178 . — 3–24 . - doi : 10.3367/UFNr.0178.200801a.0003 .

Az anyag termodinamikai állapotai

Fázis állapotok

Az összesítés állapota Fázis egyensúly Fázisszabály fázisdiagram Állapotegyenlet
Szilárd	kristályok Monokristály polikristály Kristály
mezofázis	Amorf testek üveges állapot folyékony kristály Nematikus Smectic koleszterikus Oszlopos fázis Mesogen Membrán
Folyékony	Ideális folyadék Metastabil állapot túlhevített folyadék túlhűtött folyadék kinyújtott folyadék Olvadás szuperkritikus folyadék
Gáz	Ideális gáz igazi gáz Gőz Telített gőz túlhevített gőz túltelített gőz
Vérplazma	elektromágneses Kvark-gluon plazma Glazma
Alacsony hőmérséklet	bose kondenzátum Fermion kondenzátum kvantumgáz bose gáz Fermi gáz degenerált gáz kvantumfolyadék bose folyadék Fermi folyadék szuperfolyékony szilárd Jelenségek Szupra folyékonyság Szupravezetés
Egyéb	furcsa ügy fotonikus molekula színes üveg kondenzátum

Fázisátmenetek

Első fajta

Második fajta

elektromos jelenségekben	ferroelektromos Antiferroelektromos
mágneses jelenségekben	ferromágnesek Paramágnesek Antiferromágnesek

kvantum

lambda pont

Diszpergált rendszerek

Gélek
- Airgel
Megoldások
kolloid rendszerek
- durva
- Szabadon diszpergált kolloid
Sol
Festékszóró
- Füst
- Por
- Köd
- köd
Felfüggesztés
Emulzió

Lásd még