Квантовий фазовий перехід

Фазові переходи
Thermodynamics navigation image.svg
Стаття є частиною серії " Термодинаміка ".
Поняття фази
Рівновага фаз
Квантовий фазовий перехід
Розділи термодинаміки
Початку термодинаміки
Рівняння стану
Термодинамічні величини
Термодинамічні потенціали
Термодинамічні цикли
Фазові переходи
правити
Див також "Фізичний портал"

Квантовий фазовий перехід (квантове фазове перетворення) - перехід речовини з однієї термодинамічної фази в іншу при зміні зовнішніх умов, що відбувається, однак, за відсутності теплових флуктуацій, тобто при T_C \ to 0 . Таким чином, система перебудовується під дією яких-небудь нетеплових параметрів (наприклад тиск або магнітне поле).

Класичний фазовий перехід описується розривом термодинамічних функцій даної системи. Подібний розрив свідчить про те, що частинки системи перебудовуються. Типовим прикладом подібної поведінки є перехід води з рідкого стану в твердий ( лід). За процеси, що відбуваються при класичних фазових переходах, відповідальні два конкуруючих параметра: енергія системи та ентропія її термічних флуктуацій. Ентропія класичної системи при нульовій температурі відсутня, тому фазовий перехід статися не може (див. теорему Нернста).

Однак в квантово-механічної системі відбуваються квантові флуктуації, які і відповідальні за фазовий перехід. Таким чином, квантові флуктуації можуть переводити систему в іншу фазу. Контролюють ці квантові флуктуації нетеплові параметри, такі як тиск, концентрація.

Системою, що зазнає квантовий фазовий перехід першого роду є гелій 4 He: при атмосферному тиску він не переходить в тверду фазу навіть при абсолютному нулі. Однак, при тисках вище 25 атмосфер гелій кристалізується в гексагональну упаковку.

Найбільш яскравим представником матеріалів, у яких відбувається квантовий фазовий перехід другого роду, є гелікоідальний феромагнетик MnSi. Даний матеріал при нормальному тиску має критичну температуру переходу T_C з парамагнітного стану в слабке феромагнітне стан 29 K. Однак при додатку зовнішнього гідростатичного тиску порядка 14,6 кбар T_C \ to 0 , В результаті чого виникає квантовий фазовий перехід.

Часто, причини виникнення квантових фазових переходів залишаються неясними.