Статья является частью серии « Термодинамика ».
Фазовые переходы
Понятие фазы Равновесие фаз
Разделы термодинамики
Начала термодинамики Уравнение состояния Термодинамические величины Термодинамические потенциалы Термодинамические циклы Фазовые переходы
См. также «Физический портал»

Ква́нтовый фа́зовый перехо́д (квантовое фазовое превращение) — переход вещества из одной квантовой термодинамической фазы в другую при изменении внешних условий, происходящий, однако, при отсутствии тепловых флуктуаций , то есть при ${\displaystyle T_{C}\to 0}$ . Таким образом, система перестраивается под действием каких-либо нетепловых параметров (например давления или напряжённости магнитного поля ).

Классический фазовый переход описывается разрывом термодинамических функций данной системы. Подобный разрыв свидетельствует о том, что частицы системы перестраиваются. Типичным примером подобного поведения является переход воды из жидкого состояния в твёрдое ( лёд ). За процессы, происходящие при классических фазовых переходах, ответственны два конкурирующих параметра: энергия системы и энтропия её термических флуктуаций. Энтропия классической системы при нулевой температуре отсутствует, поэтому фазовый переход произойти не может (см. теорему Нернста ).

Однако в квантово-механической системе происходят квантовые флуктуации, которые и ответственны за фазовый переход. Таким образом, квантовые флуктуации могут переводить систему в другую фазу. Контролируют эти квантовые флуктуации нетепловые параметры, такие как давление , концентрация частиц .

Системой, испытывающей квантовый фазовый переход первого рода, является гелий ⁴ He: при атмосферном давлении он не переходит в твёрдую фазу, даже при абсолютном нуле температуры. Однако, при давлениях выше 25 атмосфер гелий кристаллизуется в гексагональную упаковку.

Наиболее ярким представителем материалов, в которых происходит квантовый фазовый переход второго рода, является MnSi . Данный материал при нормальном давлении имеет критическую температуру перехода ${\displaystyle T_{C}}$ из парамагнитного состояния в слабое ферромагнитное состояние 29 K. Однако, при приложении внешнего гидростатического давления порядка 14,6 кбар ${\displaystyle T_{C}\to 0}$ , возникает квантовый фазовый переход.

Часто причины возникновения квантовых фазовых переходов остаются пока неясными.

Примечания

Литература

• Шангина Е. Л., Долгополов В. Т. // УФН . — 2003. — Т. 173 . — С. 801–812 . — doi : .
• Стишов С. М. // УФН . — 2004. — Т. 174 . — С. 853–860 . — doi : .
• Гантмахер В. Ф., Долгополов В. Т. // УФН . — 2008. — Т. 178 . — С. 3–24 . — doi : .