Фаза перехода
Из Википедии, свободной энциклопедии
  (Перенаправлено с Изменение состояния )
Перейти к навигации Перейти к поиску

На этой диаграмме показана номенклатура различных фазовых переходов.

В химии , термодинамике и многих других смежных областях фазовые переходы (или фазовые превращения ) — это физические процессы перехода между состоянием среды, определяемым одними параметрами, и другим, с другими значениями параметров. Обычно этот термин используется для обозначения изменений основных состояний вещества : твердого , жидкого и газообразного , а также в редких случаях плазмы .

Например, фаза термодинамической системы и состояния вещества имеют одинаковые физические свойства . При фазовом переходе данной среды некоторые свойства среды изменяются, часто скачкообразно, в результате изменения внешних условий, например температуры , давления и др. Например, жидкость может стать газом при нагревании до точки кипения , что приведет к резкому изменению объема. Измерение внешних условий, при которых происходит превращение, называется фазовым переходом. Фазовые переходы обычно происходят в природе и сегодня используются во многих технологиях.

Типы фазового перехода

Типичная фазовая диаграмма. Пунктирная линия показывает аномальное поведение воды .

Примеры фазовых переходов включают:

  • Переходы между твердой, жидкой и газообразной фазами одного компонента из-за воздействия температуры и/или давления :
Фазовые переходы вещества (
)
К
От
ТвердыйЖидкостьГазПлазма
Твердыйплавлениесублимация
ЖидкостьЗамораживаниеИспарение
ГазСмещениеКонденсацияИонизация
ПлазмаРекомбинация
См. Также давление паров и фазовую диаграмму .
Небольшой кусочек быстро плавящегося твердого аргона , показывающий переход от твердого состояния к жидкому. Белый дым представляет собой конденсированный водяной пар, демонстрирующий фазовый переход из газа в жидкость.
Сравнение фазовых диаграмм диоксида углерода (красный) и воды (синий), объясняющих их различные фазовые переходы при 1 атмосфере.
Физика конденсированного состояния
Фазы  · Фазовый переход  · ККП
состояния вещества
Твердое тело  · Жидкость  · Газ  · Плазма  · Бозе-эйнштейновский конденсат  · Бозе-газ  · Фермионный конденсат  · Ферми-газ  · Ферми-жидкость  · Сверхтвердое тело  · Сверхтекучесть  · Латтинжеровская жидкость  · Временной кристалл
Фазовые явления
Параметр порядка  · Фазовый переход  · QCP
Электронные фазы
Электронная зонная структура  · Плазма  · Изолятор  · Изолятор Мотта  · Полупроводник  · Полуметалл  · Проводник  · Сверхпроводник  · Термоэлектрик  · Пьезоэлектрик  · Сегнетоэлектрик  · Топологический изолятор  · Спиновый бесщелевой полупроводник
Электронные явления
Квантовый эффект Холла  · Спиновый эффект Холла  · Эффект Кондо
Магнитные фазы
Диамагнетик  · Супердиамагнетик
Парамагнетик  · Суперпарамагнетик
Ферромагнетик  · Антиферромагнетик
Метамагнетик  · Спиновое стекло
Квазичастицы
Фонон  · Экситон  · Плазмон
Поляритон  · Полярон  · Магнон
Мягкая материя
Аморфное твердое вещество  · Коллоид  · Гранулированный материал  · Жидкий кристалл  · Полимер
Ученые
 Ван - дер-Ваальс , Оннес ,  фон Лауэ , Брэгг , Дебай , Блох , Онзагер , Мотт , Пайерлс , Ландау , Латтингер , Андерсон , Ван Флек , Хаббард , Шокли , Бардин , Купер , Шриффер , Джозефсон , Луи Неэль , Эсаки , Гиавер , Кон · Каданофф · Фишер ·                                              Вильсон  · фон Клитцинг  · Бинниг  · Рорер  · Беднорц  · Мюллер  · Лафлин  · Штермер  · Ян  · Цуй  · Абрикосов  · Гинзбург  · Леггетт  · Паризи
  •  Портал физики
  •  Категория
  • в
  • т
  • е
  • Эвтектическое превращение, при котором двухкомпонентная однофазная жидкость охлаждается и превращается в две твердые фазы. Тот же процесс, но начинающийся с твердого тела вместо жидкости, называется эвтектоидным превращением.
  • Метастабильное к равновесию фазовое превращение. Метастабильный полиморф, который быстро образуется из-за более низкой поверхностной энергии, преобразуется в равновесную фазу при достаточном тепловом входе для преодоления энергетического барьера.
  • Перитектическое превращение , при котором двухкомпонентное однофазное твердое тело нагревается и превращается в твердую фазу и жидкую фазу.
  • Спинодальный распад , при котором одна фаза охлаждается и разделяется на два разных состава одной и той же фазы.
  • Переход к мезофазе между твердым телом и жидкостью, такой как одна из фаз « жидкого кристалла ».
  • Переход между ферромагнитной и парамагнитной фазами магнетиков в точке Кюри .
  • Переход между разноупорядоченными, соизмеримыми или несоизмеримыми магнитными структурами, такими как антимонид церия .
  • Мартенситное превращение , происходящее как одно из многих фазовых превращений в углеродистой стали и являющееся моделью фазовых превращений смещения .
  • Изменения в кристаллографической структуре, такие как между ферритом и аустенитом железа.
  • Переходы порядок-беспорядок, например, в алюминидах альфа-титана .
  • Зависимость геометрии адсорбции от покрытия и температуры, например, для водорода на железе (110).
  • Возникновение сверхпроводимости у некоторых металлов и керамики при охлаждении ниже критической температуры.
  • Переход между различными молекулярными структурами ( полиморфами , аллотропами или полиаморфами ), особенно твердых тел, например, между аморфной структурой и кристаллической структурой, между двумя различными кристаллическими структурами или между двумя аморфными структурами.
  • Квантовая конденсация бозонных жидкостей ( конденсация Бозе–Эйнштейна ). Примером этого является сверхтекучий переход в жидком гелии .
  • Нарушение симметрии в законах физики на ранней стадии развития Вселенной по мере снижения ее температуры.
  • Изотопное фракционирование происходит при фазовом переходе, меняется соотношение легких и тяжелых изотопов в вовлеченных молекулах. При конденсации водяного пара ( равновесное фракционирование ) более тяжелые изотопы воды ( 18 О и 2 Н) обогащаются в жидкой фазе, а более легкие изотопы ( 16 О и 1 Н) стремятся в паровую фазу. [1]

Фазовые переходы происходят, когда термодинамическая свободная энергия системы не является аналитической для некоторого выбора термодинамических переменных (см . фазы ). Это условие обычно возникает из-за взаимодействия большого количества частиц в системе и не возникает в системах, которые слишком малы. Важно отметить, что фазовые переходы могут происходить и определены для нетермодинамических систем, где температура не является параметром. Примеры включают: квантовые фазовые переходы, динамические фазовые переходы и топологические (структурные) фазовые переходы. В этих типах систем температуру заменяют другие параметры. Например, вероятность соединения заменяет температуру для перколяционных сетей.

В точке фазового перехода (например, при температуре кипения ) две фазы вещества, жидкость и пар , имеют одинаковую свободную энергию и поэтому с равной вероятностью существуют. Ниже точки кипения жидкость является более стабильным состоянием из двух, тогда как выше предпочтительна газообразная форма.

Иногда возможно изменить состояние системы диабатически (в отличие от адиабатического ) таким образом, чтобы она могла пройти точку фазового перехода, не подвергаясь фазовому переходу. Результирующее состояние является метастабильным , т. е. менее стабильным, чем та фаза, в которую произошел бы переход, но и не неустойчивым. Это происходит, например, при перегреве , переохлаждении и пересыщении .

Классификации

Классификация Эренфеста

Пауль Эренфест классифицировал фазовые переходы на основе поведения термодинамической свободной энергии как функции других термодинамических переменных. [2] По этой схеме фазовые переходы обозначались низшей производной свободной энергии, разрывной при переходе. Фазовые переходы первого рода демонстрируют разрыв первой производной свободной энергии по некоторой термодинамической переменной. [3] Различные переходы твердое тело/жидкость/газ классифицируются как переходы первого рода, потому что они связаны с прерывистым изменением плотности, которое является (обратным) первой производной свободной энергии по давлению. Фазовые переходы второго роданепрерывны по первой производной ( параметр порядка , являющийся первой производной свободной энергии по внешнему полю, непрерывен на всем протяжении перехода), но обнаруживают разрывы по второй производной свободной энергии. [3] К ним относится ферромагнитный фазовый переход в таких материалах, как железо, где намагниченность , которая является первой производной свободной энергии по отношению к напряженности приложенного магнитного поля, непрерывно увеличивается от нуля по мере снижения температуры ниже температуры Кюри . . Магнитная восприимчивость, вторая производная свободной энергии с полем, меняется скачком. В соответствии со схемой классификации Эренфеста в принципе могут быть фазовые переходы третьего, четвертого и более высоких порядков.

Классификация Эренфеста неявно допускает непрерывные фазовые превращения, когда изменяется характер связи материала, но нет разрыва ни в какой производной свободной энергии. Пример этого происходит на сверхкритических границах жидкость-газ .

Первым примером фазового перехода, не подпадающего под классификацию Эренфеста, было точное решение модели Изинга , открытое в 1944 г. Ларсом Онсагером . Точная удельная теплоемкость отличалась от более ранних приближений среднего поля , которые предсказывали, что она имеет простой разрыв при критической температуре. Вместо этого точная удельная теплоемкость имела логарифмическое расхождение при критической температуре. [4] В последующие десятилетия классификация Эренфеста была заменена упрощенной схемой классификации, способной включать такие переходы.

Современные классификации

В современной схеме классификации фазовые переходы делятся на две широкие категории, названные аналогично классам Эренфеста: [2]

Фазовые переходы первого рода — это переходы со скрытой теплотой . Во время такого перехода система либо поглощает, либо выделяет фиксированное (и обычно большое) количество энергии на единицу объема. Во время этого процесса температура системы будет оставаться постоянной по мере добавления тепла: система находится в «смешанном фазовом режиме», в котором некоторые части системы завершили переход, а другие нет. [5] [6] Знакомые примеры — таяние льда или кипение воды (вода не превращается мгновенно в пар , а образует турбулентную смесь жидкой воды и пузырьков пара). Йозеф Имри и Майкл Уортис показали, что подавленное расстройствоможет расширить переход первого рода. То есть превращение завершается в конечном диапазоне температур, но сохраняются такие явления, как переохлаждение и перегрев, и при термоциклировании наблюдается гистерезис. [7] [8] [9]

Фазовые переходы второго рода также называют «непрерывными фазовыми переходами» . Они характеризуются дивергентной восприимчивостью, бесконечной длиной корреляции и степенным затуханием корреляций вблизи критичности . Примерами фазовых переходов второго рода являются ферромагнитный переход, сверхпроводящий переход (для сверхпроводника I рода фазовый переход второго рода при нулевом внешнем поле, а для сверхпроводника II рода фазовый переход второго рода как для нормально- состояния–смешанное состояние и смешанное состояние–сверхпроводящее состояние) и сверхтекучеепереход. В отличие от вязкости, тепловое расширение и теплоемкость аморфных материалов демонстрируют относительно резкое изменение при температуре стеклования [10] , что позволяет проводить точное определение с помощью измерений дифференциальной сканирующей калориметрии . Лев Ландау дал феноменологическую теорию фазовых переходов второго рода.

Помимо изолированных простых фазовых переходов существуют линии перехода, а также многокритические точки при изменении внешних параметров, таких как магнитное поле или состав.

Несколько переходов известны как фазовые переходы бесконечного порядка . Они непрерывны, но не нарушают симметрии . Самый известный пример — переход Костерлица—Таулесса в двумерной модели XY . К этому классу относятся многие квантовые фазовые переходы , например, в двумерных электронных газах .

Переход жидкость-стекло наблюдается во многих полимерах и других жидкостях, которые можно переохладить намного ниже точки плавления кристаллической фазы. Это нетипично в нескольких отношениях. Это не переход между термодинамическими основными состояниями: широко распространено мнение, что истинное основное состояние всегда кристаллическое. Стекло находится в закаленном неупорядоченном состоянии, и его энтропия, плотность и т. д. зависят от термической предыстории. Следовательно, стеклование — явление прежде всего динамическое: при охлаждении жидкости внутренние степени свободы последовательно выходят из равновесия. Некоторые теоретические методы предсказывают лежащий в основе фазовый переход в гипотетическом пределе бесконечно больших времен релаксации. [11] [12] Прямых экспериментальных данных, подтверждающих существование этих переходов, нет.

Показано , что гелеобразование коллоидных частиц является фазовым переходом второго рода в неравновесных условиях. [13]

Характерные свойства

Сосуществование фаз

Уширенный беспорядком переход первого рода происходит в конечном интервале температур, где доля низкотемпературной равновесной фазы возрастает от нуля до единицы (100 %) при понижении температуры. Это непрерывное изменение сосуществующих фракций в зависимости от температуры открыло интересные возможности. При охлаждении некоторые жидкости превращаются в стекло, а не в равновесную кристаллическую фазу. Это происходит, если скорость охлаждения выше критической скорости охлаждения, и объясняется тем, что молекулярные движения становятся настолько медленными, что молекулы не могут перестроиться в кристаллические позиции. [14] Это замедление происходит ниже температуры стеклования T g , которая может зависеть от приложенного давления. [10] [15]Если переход замерзания первого рода происходит в определенном диапазоне температур и T g попадает в этот диапазон, то существует интересная возможность того, что переход останавливается, когда он является частичным и неполным. Распространение этих идей на магнитные переходы первого рода, останавливающиеся при низких температурах, привело к наблюдению незавершенных магнитных переходов с сосуществованием двух магнитных фаз вплоть до самых низких температур. Впервые о таком постоянном сосуществовании фаз сообщалось в случае перехода из ферромагнитного в антиферромагнитное состояние [16] , теперь сообщается о множестве магнитных переходов первого рода. К ним относятся манганитовые материалы с колоссальным магнитосопротивлением, [17] [18] магнитокалорические материалы,[19] магнитные материалы с памятью формы, [20] и другие материалы. [21] Интересной особенностью этих наблюдений Tg , попадающих в диапазон температур, в котором происходит переход, является то, что на магнитный переход первого рода влияет магнитное поле, точно так же, как на структурный переход влияет давление. Относительная легкость, с которой можно контролировать магнитные поля, в отличие от давления,открывает возможность исчерпывающего изучения взаимодействия между T g и T c . Сосуществование фаз при магнитных переходах первого порядка позволит решить нерешенные вопросы понимания очков.

Критические точки

В любой системе, содержащей жидкую и газообразную фазы, существует особое сочетание давления и температуры, известное как критическая точка , при которой переход между жидкостью и газом становится переходом второго рода. Вблизи критической точки жидкость достаточно горячая и сжатая, так что различия между жидкой и газообразной фазами почти не существует. Это связано с явлением критической опалесценции — молочного цвета жидкости из-за колебаний плотности на всех возможных длинах волн (включая видимый свет).

Симметрия

Фазовые переходы часто включают процесс нарушения симметрии . Например, охлаждение жидкости в кристаллическое твердое тело нарушает непрерывную трансляционную симметрию : каждая точка в жидкости обладает одними и теми же свойствами, но каждая точка в кристалле не обладает одинаковыми свойствами (если только точки не выбраны из узлов решетки). кристаллическая решетка). Как правило, высокотемпературная фаза содержит больше симметрий, чем низкотемпературная, из-за спонтанного нарушения симметрии , за исключением некоторых случайных симметрий (например, образование тяжелых виртуальных частиц , которое происходит только при низких температурах). [22]

Параметры заказа

Параметр порядка — это мера степени упорядоченности границ в системе фазовых переходов; обычно он колеблется от нуля в одной фазе (обычно выше критической точки) до ненулевого значения в другой. [23] В критической точке восприимчивость параметра порядка обычно расходится.

Примером параметра порядка является результирующая намагниченность в ферромагнитной системе, претерпевающей фазовый переход. Для переходов жидкость/газ параметром порядка является разность плотностей.

С теоретической точки зрения параметры порядка возникают в результате нарушения симметрии. Когда это происходит, необходимо ввести одну или несколько дополнительных переменных для описания состояния системы. Например, в ферромагнитной фазе необходимо обеспечить результирующую намагниченность , направление которой самопроизвольно выбиралось при охлаждении системы ниже точки Кюри . Однако обратите внимание, что параметры порядка также могут быть определены для переходов без нарушения симметрии.

Некоторые фазовые переходы, такие как сверхпроводящий и ферромагнитный, могут иметь параметры порядка более чем для одной степени свободы. В таких фазах параметр порядка может принимать форму комплексного числа, вектора или даже тензора, величина которого стремится к нулю при фазовом переходе. [24]

Существуют также двойственные описания фазовых переходов в терминах параметров беспорядка. Они указывают на наличие линейных возбуждений, таких как вихревые или дефектные линии.

Актуальность в космологии

Нарушающие симметрию фазовые переходы играют важную роль в космологии . По мере того как Вселенная расширялась и охлаждалась, вакуум претерпел ряд фазовых переходов, нарушающих симметрию. Например, электрослабый переход нарушил SU (2) × U (1) симметрию электрослабого поля в U (1) симметрию современного электромагнитного поля . Этот переход важен для объяснения асимметрии между количеством материи и антиматерии в современной Вселенной, согласно теории электрослабого бариогенеза .

Прогрессивные фазовые переходы в расширяющейся Вселенной вовлечены в развитие порядка во Вселенной, как показано в работе Эрика Чейссона [25] и Дэвида Лайзера . [26]

См. также теории относительного порядка и порядка и беспорядка .

Критические показатели и классы универсальности

Основная статья: критический показатель

Непрерывные фазовые переходы легче изучать, чем переходы первого рода, из-за отсутствия скрытой теплоты , и было обнаружено, что они обладают многими интересными свойствами. Явления, связанные с непрерывными фазовыми переходами, называются критическими явлениями из-за их связи с критическими точками.

Оказывается, непрерывные фазовые переходы можно характеризовать параметрами, известными как критические показатели . Пожалуй, самым важным из них является показатель степени, описывающий расхождение длины тепловой корреляции при приближении к переходу. Например, рассмотрим поведение теплоемкости вблизи такого перехода. Варьируя температуру T системы, сохраняя фиксированными все остальные термодинамические переменные, мы обнаруживаем, что переход происходит при некоторой критической температуре T c . Когда T близко к T c , теплоемкость C обычно имеет поведение по степенному закону :

Теплоемкость аморфных материалов имеет такое поведение вблизи температуры стеклования, где универсальный критический показатель α = 0,59 [27] . Аналогичное поведение, но с показателем ν вместо α , характерно для корреляционной длины.

Показатель степени ν положителен. Это отличается от α . Его фактическое значение зависит от типа рассматриваемого нами фазового перехода.

Широко распространено мнение, что критические показатели одинаковы выше и ниже критической температуры. Теперь было показано, что это не обязательно верно: когда непрерывная симметрия явно разбивается на дискретную симметрию из-за нерелевантных (в смысле ренормализационной группы) анизотропий, то некоторые показатели (например , показатель восприимчивости) не равны. идентичный. [28]

При −1 < α < 0 теплоемкость имеет «излом» при температуре перехода. Так ведет себя жидкий гелий при лямбда-переходе из нормального состояния в сверхтекучее состояние, для которого экспериментально установлено α = −0,013 ± 0,003. По крайней мере, один эксперимент был проведен в условиях невесомости находящегося на орбите спутника, чтобы свести к минимуму перепады давления в образце. [29] Это экспериментальное значение α согласуется с теоретическими предсказаниями, основанными на вариационной теории возмущений . [30]

При 0 < α < 1 теплоемкость расходится при температуре перехода (хотя, поскольку α < 1, энтальпия остается конечной). Примером такого поведения является трехмерный ферромагнитный фазовый переход. В трехмерной модели Изинга для одноосных магнетиков детальные теоретические исследования дали показатель степени α ≈ +0,110.

Некоторые модельные системы не подчиняются степенному закону поведения. Например, теория среднего поля предсказывает конечный разрыв теплоемкости при температуре перехода, а двумерная модель Изинга имеет логарифмическую расходимость. Однако эти системы являются ограничивающими случаями и исключением из правил. Реальные фазовые переходы имеют степенной характер.

Некоторые другие критические показатели, β , γ , δ , ν и η , определяются путем изучения степенного поведения измеряемой физической величины вблизи фазового перехода. Показатели связаны масштабными отношениями, такими как

Можно показать, что существует только два независимых показателя степени, например, ν и η .

Замечательным фактом является то, что фазовые переходы, возникающие в разных системах, часто имеют одинаковый набор критических показателей. Это явление известно как универсальность . Например, было обнаружено, что критические показатели в критической точке жидкость-газ не зависят от химического состава жидкости.

Более впечатляюще, но понятно из вышеизложенного, они точно соответствуют критическим показателям ферромагнитного фазового перехода в одноосных магнитах. Говорят, что такие системы относятся к одному классу универсальности. Универсальность — это предсказание ренормгрупповой теории фазовых переходов, в которой утверждается, что термодинамические свойства системы вблизи фазового перехода зависят лишь от небольшого числа характеристик, таких как размерность и симметрия, и нечувствительны к основным микроскопическим свойствам система. Опять же, существенным моментом является расхождение длины корреляции.

Критическое замедление и другие явления

Имеются и другие критические явления; например, помимо статических функций есть еще и критическая динамика . Как следствие, при фазовом переходе можно наблюдать критическое замедление или ускорение . Большие статические классы универсальности непрерывного фазового перехода распадаются на более мелкие динамические классы универсальности. В дополнение к критическим показателям существуют также универсальные соотношения для некоторых статических или динамических функций магнитных полей и отклонений температуры от критического значения.

Теория перколяции

Другим явлением, которое показывает фазовые переходы и критические показатели, является перколяция . Простейший пример, пожалуй, перколяция в двумерной квадратной решетке. Сайты заняты случайным образом с вероятностью p. При малых значениях p занятые узлы образуют лишь небольшие кластеры. При некотором пороге p c образуется гигантский кластер, и мы имеем фазовый переход второго рода. [31] Поведение P ∞ вблизи p c равно P ∞ ~ ( p − p c ) β , где βявляется критическим показателем. Используя теорию перколяции, можно определить все критические показатели, возникающие при фазовых переходах. [32] [31] Внешние поля также могут быть определены для перколяционных систем второго порядка [33] , а также для перколяционных систем первого порядка [34] . Перколяция нашла геопространственные приложения , начиная от изучения городского трафика для выявления повторяющихся узких мест [35] [36] и заканчивая поведением лесных пожаров и пандемий.[37]

Фазовые переходы в биологических системах

Фазовые переходы играют много важных ролей в биологических системах. Примеры включают образование липидного бислоя , переход клубок-глобула в процессе фолдинга белка и плавления ДНК , жидкокристаллические переходы в процессе конденсации ДНК и кооперативное связывание лиганда с ДНК и белками, имеющее характер фазового перехода. [38]

В биологических мембранах фазовые переходы из геля в жидкие кристаллы играют решающую роль в физиологическом функционировании биомембран. В гелевой фазе из-за низкой текучести жирно-ацильных цепей мембранных липидов мембранные белки имеют ограниченное движение и, таким образом, ограничены в выполнении своей физиологической роли. Растения критически зависят от фотосинтеза тилакоидными мембранами хлоропластов, которые подвергаются воздействию низких температур окружающей среды. Мембраны тилакоидов сохраняют врожденную текучесть даже при относительно низких температурах из-за высокой степени жирно-ацильного беспорядка, обусловленного высоким содержанием в них линоленовой кислоты, 18-углеродной цепи с 3-двойными связями. [39]Температура фазового перехода биологических мембран из геля в жидкий кристалл может быть определена многими методами, включая калориметрию, флуоресценцию, электронный парамагнитный резонанс со спиновой меткой и ЯМР , путем регистрации измерений соответствующего параметра при серии температур образца. Предложен также простой метод его определения по интенсивностям линий ЯМР 13 С. [40]

Было высказано предположение, что некоторые биологические системы могут находиться вблизи критических точек. Примеры включают нейронные сети в сетчатке саламандры, [41] стаи птиц [42] , сети экспрессии генов у дрозофилы [43] и фолдинг белков. [44] Однако неясно, могут ли альтернативные причины объяснить некоторые явления, поддерживающие аргументы в пользу критичности. [45] Также было высказано предположение, что биологические организмы разделяют два ключевых свойства фазовых переходов: изменение макроскопического поведения и когерентность системы в критической точке. [46]

Характерной чертой фазовых переходов второго рода является появление фракталов в некоторых безмасштабных свойствах. Давно известно, что белковые глобулы формируются при взаимодействии с водой. Существует 20 аминокислот, образующих боковые группы в белковых пептидных цепях, которые варьируются от гидрофильных до гидрофобных, в результате чего первые располагаются вблизи поверхности глобулярного вещества, а вторые — ближе к центру глобулярного образования. Двадцать фракталов были обнаружены в областях поверхности, связанных с растворителем, состоящих из > 5000 белковых сегментов. [47] Существование этих фракталов доказывает, что белки функционируют вблизи критических точек фазовых переходов второго рода.

В группах организмов, находящихся в состоянии стресса (при приближении к критическим переходам), корреляции имеют тенденцию к увеличению, в то же время увеличиваются и флуктуации. Этот эффект подтверждается многими экспериментами и наблюдениями за группами людей, мышами, деревьями и травянистыми растениями. [48]

Экспериментальный

Для изучения различных эффектов применяются различные методы. Выбранные примеры:

  • Термогравиметрия (очень часто)
  • дифракция рентгеновских лучей
  • Нейтронная дифракция
  • Рамановская спектроскопия
  • СКВИД (измерение магнитных переходов)
  • Эффект Холла (измерение магнитных переходов)
  • Мессбауэровская спектроскопия (одновременное измерение магнитных и немагнитных переходов. Ограничено примерно до 800–1000 ° C)
  • Нарушенная угловая корреляция (одновременное измерение магнитных и немагнитных переходов. Без температурных ограничений. Уже выполнено более 2000 ° C, теоретически возможно до самого высокого кристаллического материала, такого как карбид тантала-гафния 4215 ° C.)

Смотрите также

  • Аллотропия
  • Автокаталитические реакции и создание порядка
  • Рост кристаллов
    • Аномальный рост зерна
  • Дифференциальная сканирующая калориметрия
  • Бездиффузионные преобразования
  • уравнения Эренфеста
  • Глушение (физика)
  • Силовой микроскоп с зондом Кельвина
  • Теория Ландау фазовых переходов второго рода
  • Рост пьедестала с лазерным нагревом
  • Список состояний вещества
  • микровытягивание
  • Теория перколяции
    • Теория перколяции континуума
  • сверхтекучий фильм
  • Сверхизлучающий фазовый переход
  • Топологическая квантовая теория поля

использованная литература

  1. ^ Кэрол Кендалл (2004). «Основы геохимии стабильных изотопов» . Геологическая служба США . Проверено 10 апреля 2014 г.
  2. ^ a b Джагер, Грегг (1 мая 1998 г.). «Классификация фазовых переходов Эренфеста: введение и эволюция». Архив истории точных наук . 53 (1): 51–81. doi : 10.1007/s004070050021 . S2CID 121525126 . 
  3. ^ б Бланделл , Стивен Дж .; Кэтрин М. Бланделл (2008). Понятия теплофизики . Издательство Оксфордского университета. ISBN 978-0-19-856770-7.
  4. ^ Стэнли, Х. Юджин (1971). Введение в фазовые переходы и критические явления . Оксфорд: Кларендон Пресс.
  5. ^ Фагри, А., и Чжан, Ю., Транспортные явления в многофазных системах , Elsevier, Burlington, MA, 2006,
  6. ^ Фагри, А., и Чжан, Ю., Основы многофазной теплопередачи и течения , Springer, Нью-Йорк, штат Нью-Йорк, 2020 г.
  7. ^ Имри, Ю .; Уортис, М. (1979). «Влияние закаленных примесей на фазовые переходы первого рода». физ. Преподобный Б. 19 (7): 3580–3585. Бибкод : 1979PhRvB..19.3580I . doi : 10.1103/physrevb.19.3580 .
  8. ^ Кумар, Кранти; Праманик, А.К.; Банерджи, А .; Чадда, П.; Рой, С.Б.; Парк, С.; Чжан, CL; Чеонг, С.-В. (2006). «Связь переохлаждения и стеклообразной остановки кинетики для систем с фазовым разделением: DopedCeFe2 и (La, Pr, Ca) MnO3». Физический обзор B . 73 (18): 184435. arXiv : cond-mat/0602627 . Бибкод : 2006PhRvB..73r4435K . doi : 10.1103/PhysRevB.73.184435 . ISSN 1098-0121 . S2CID 117080049 .  
  9. ^ Пасквини, Г .; Дарока, Д. Перес; Чилиотт, К.; Лосано, Г.С.; Бекерис, В. (2008). «Упорядоченные, неупорядоченные и сосуществующие стабильные вихревые решетки в монокристаллах NbSe2». Физические обзорные письма . 100 (24): 247003. Архив : 0803.0307 . Бибкод : 2008PhRvL.100x7003P . doi : 10.1103/PhysRevLett.100.247003 . ISSN 0031-9007 . PMID 18643617 . S2CID 1568288 .   
  10. ^ a b Ожован, Мичиган (2013). «Упорядочивание и структурные изменения при переходе стекло-жидкость». J. Некристалл. Твердые тела . 382 : 79–86. Бибкод : 2013JNCS..382...79O . doi : 10.1016/j.jnoncrysol.2013.10.016 .
  11. ^ Гетце, Вольфганг. «Сложная динамика стеклообразующих жидкостей: теория связи мод».
  12. ^ Лубченко, В. Волынс; Волинс, Питер Г. (2007). «Теория структурных стекол и переохлажденных жидкостей». Ежегодный обзор физической химии . 58 : 235–266. arXiv : cond-mat/0607349 . Бибкод : 2007ARPC...58..235L . doi : 10.1146/annurev.physchem.58.032806.104653 . PMID 17067282 . S2CID 46089564 .  
  13. ^ Роухорст, Дж; Несс, К.; Соянов С.; Закконе, А .; Шалль, П. (2020). «Неравновесный непрерывный фазовый переход в коллоидном гелеобразовании с короткодействующим притяжением» . Связь с природой . 11 (1): 3558. arXiv : 2007.10691 . Бибкод : 2020NatCo..11.3558R . doi : 10.1038/s41467-020-17353-8 . ПВК 7367344 . PMID 32678089 .  
  14. ^ Грир, А.Л. (1995). «Металлические очки». Наука . 267 (5206): 1947–1953. Бибкод : 1995Sci...267.1947G . doi : 10.1126/наука.267.5206.1947 . PMID 17770105 . S2CID 220105648 .  
  15. ^ Тарьюс, Г. (2007). «Материаловедение: металл превратился в стекло» . Природа . 448 (7155): 758–759. Бибкод : 2007Natur.448..758T . дои : 10.1038/448758a . PMID 17700684 . S2CID 4410586 .  
  16. ^ Манекар, Массачусетс; Чаудхари, С.; Чаттопадхьяй, МК; Сингх, К.Дж.; Рой, С.Б.; Чадда, П. (2001). «Переход первого рода от антиферромагнетизма к ферромагнетизму в Ce (Fe 0,96 Al 0,04 ) 2 ». Физический обзор B . 64 (10): 104416. arXiv : cond-mat/0012472 . Бибкод : 2001PhRvB..64j4416M . doi : 10.1103/PhysRevB.64.104416 . ISSN 0163-1829 . S2CID 16851501 .  
  17. ^ Банерджи, А .; Праманик, А.К.; Кумар, Кранти; Чадда, П. (2006). «Сосуществование перестраиваемых фракций стекловидной и равновесной фаз дальнего порядка в манганитах». Журнал физики: конденсированное вещество . 18 (49): L605. arXiv : cond-mat/0611152 . Бибкод : 2006JPCM...18L.605B . doi : 10.1088/0953-8984/18/49/L02 . S2CID 98145553 . 
  18. ^ Ву В., Исраэль К., Хур Н., Парк С., Чеонг С.В., де Лозанн А. (2006). «Магнитная визуализация переохлаждения стеклования в слабо неупорядоченном ферромагнетике». Природные материалы . 5 (11): 881–886. Бибкод : 2006NatMa...5..881W . doi : 10.1038/nmat1743 . PMID 17028576 . S2CID 9036412 .  {{cite journal}}: CS1 maint: использует параметр авторов ( ссылка )
  19. ^ Рой, С.Б.; Чаттопадхьяй, МК; Чадда, П.; Мур, Джей Ди; Перкинс, Г.К.; Коэн, Л.Ф.; Гшнайднер, К.А.; Печарский, В.К. (2006). «Доказательства состояния магнитного стекла в магнитокалорическом материале Gd 5 Ge 4 ». Физический обзор B . 74 (1): 012403. Бибкод : 2006PhRvB..74a2403R . doi : 10.1103/PhysRevB.74.012403 . ISSN 1098-0121 . 
  20. ^ Лахани, Арчана; Банерджи, А .; Чадда, П.; Чен, X .; Рамануджан, Р.В. (2012). «Магнитное стекло из сплава с памятью формы: Ni 45 Co 5 Mn 38 Sn 12 ». Журнал физики: конденсированное вещество . 24 (38): 386004. arXiv : 1206.2024 . Бибкод : 2012JPCM...24L6004L . doi : 10.1088/0953-8984/24/38/386004 . ISSN 0953-8984 . PMID 22927562 . S2CID 206037831 .   
  21. ^ Кушваха, Паллави; Лахани, Арчана; Рават, Р.; Чадда, П. (2009). «Низкотемпературное исследование индуцированного полем антиферромагнитно-ферромагнитного перехода в Fe-Rh, легированном палладием». Физический обзор B . 80 (17): 174413. arXiv : 0911.4552 . Бибкод : 2009PhRvB..80q4413K . doi : 10.1103/PhysRevB.80.174413 . ISSN 1098-0121 . S2CID 119165221 .  
  22. ^ Иванцевич, Владимир Г .; Иванчевич, Тиджиана, Т. (2008). Комплексная нелинейность . Берлин: Спрингер. стр. 176–177. ISBN 978-3-540-79357-1. Проверено 12 октября 2014 г.
  23. ^ А. Д. Макнот и А. Уилкинсон, изд. (1997). Сборник химической терминологии . ИЮПАК . ISBN 978-0-86542-684-9. Проверено 23 октября 2007 г.[ постоянная мертвая ссылка ]
  24. ^ "Как измерить параметр сверхпроводящего порядка - Quora" . www.quora.com . Проверено 21 июня 2021 г.
  25. ^ Чейссон, Эрик Дж. (2001). Космическая Эволюция . Издательство Гарвардского университета. ISBN 9780674003422.
  26. ^ Дэвид Лайзер, Космогенез, Развитие порядка во Вселенной , Oxford Univ. Пресса, 1991 г.
  27. ^ Оджован, Майкл И .; Ли, Уильям Э. (2006). «Топологически неупорядоченные системы при стекловании» (PDF) . Журнал физики: конденсированное вещество . 18 (50): 11507–11520. Бибкод : 2006JPCM...1811507O . doi : 10.1088/0953-8984/18/50/007 .
  28. ^ Леонард, Ф .; Деламотт, Б. (2015). «Критические показатели могут быть разными по обе стороны перехода». физ. Преподобный Летт . 115 (20): 200601. arXiv : 1508.07852 . Бибкод : 2015PhRvL.115t0601L . doi : 10.1103/PhysRevLett.115.200601 . PMID 26613426 . S2CID 22181730 .  
  29. ^ Липа, Дж.; Ниссен, Дж.; Стрикер, Д.; Суонсон, Д.; Чуй, Т. (2003). «Удельная теплоемкость жидкого гелия в невесомости очень близко к лямбда-точке». Физический обзор B . 68 (17): 174518. arXiv : cond-mat/0310163 . Бибкод : 2003PhRvB..68q4518L . doi : 10.1103/PhysRevB.68.174518 . S2CID 55646571 . 
  30. ^ Кляйнерт, Хаген (1999). «Критические показатели семипетлевой теории сильной связи φ4 в трех измерениях». Физический обзор D. 60 (8): 085001. arXiv : hep-th/9812197 . Бибкод : 1999PhRvD..60х5001K . doi : 10.1103/PhysRevD.60.085001 .
  31. ^ a b Армин Бунде и Шломо Хавлин (1996). Фракталы и неупорядоченные системы . Спрингер. Архивировано из оригинала 14 октября 2020 года . Проверено 27 апреля 2011 г.
  32. ^ Штауффер, Дитрих; Ахарони, Амнон (1994). «Введение в теорию перколяции». Опубл. Математика . 6 : 290–297. ISBN 978-0-7484-0253-3.{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  33. ↑ Гаогао Дун, Цзинфан Фан, Луи М. Шехтман, Сарай Шай, Жуйджин Ду, Лисинь Тянь, Сяосун Чен, Х. Юджин Стэнли, Шломо Хавлин (2018). «Устойчивость сетей с общественной структурой ведет себя так, как будто находится во внешнем поле» . Труды Национальной академии наук . 115 (25): 6911–6915. архив : 1805.01032 . Бибкод : 2018PNAS..115.6911D . doi : 10.1073/pnas.1801588115 . ПМК 6142202 . PMID 29925594 .  {{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  34. ↑ Бная Гросс, Гилель Санхедрай, Луи Шехтман, Шломо Хавлин (2020). «Взаимосвязи между сетями, действующими как внешнее поле при перколяционном переходе первого порядка». Физический обзор E. 101 (2): 022316. Архив : 1905.07009 . Бибкод : 2020PhRvE.101b2316G . doi : 10.1103/PhysRevE.101.022316 . PMID 32168699 . S2CID 158047025 .  {{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  35. ^ Д. Ли, Б. Фу, Ю. Ван, Г. Лу, Ю. Березин, HE Стэнли, С. Хавлин (2015). «Переход к просачиванию в сети с динамическим трафиком с развивающимися критическими узкими местами» . ПНАС . 112 (3): 669–672. Бибкод : 2015PNAS..112..669L . doi : 10.1073/pnas.1419185112 . ПМС 4311803 . PMID 25552558 .  {{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  36. ↑ Гуаньвэнь Цзэн, Дацин Ли, Шэнмин Го, Лян Гао, Зию Гао, Хьюджин Стэнли, Шломо Хавлин (2019). «Переключение между критическими режимами фильтрации в динамике городского движения» . Труды Национальной академии наук . 116 (1): 23–28. Бибкод : 2019PNAS..116...23Z . doi : 10.1073/pnas.1801545116 . ПМС 6320510 . PMID 30591562 .  {{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  37. ^ Шредер, М. Р. (1991). Фракталы, хаос, степенные законы: минуты из бесконечного рая . Нью-Йорк: WH Freeman . стр. 345–356. ISBN 978-0-7167-2136-9. OCLC  21522909 .
  38. ^ Д.Ю. Ландо и В.Б. Тейф (2000). «Дальнодействующие взаимодействия между лигандами, связанными с молекулой ДНК, вызывают адсорбцию, имеющую характер фазового перехода первого рода». Дж. Биомол. Структура Дин . 17 (5): 903–911. дои : 10.1080/07391102.2000.10506578 . PMID 10798534 . S2CID 23837885 .  
  39. ^ Яшрой, RC (1987). «Исследования 13-C ЯМР липидных жирных ацильных цепей мембран хлоропластов» . Индийский журнал биохимии и биофизики . 24 (6): 177–178.
  40. ^ Яшрой, RC (1990). «Определение температуры фазового перехода мембранных липидов по интенсивности 13-C ЯМР» . Журнал биохимических и биофизических методов . 20 (4): 353–356. doi : 10.1016/0165-022X(90)90097-V . PMID 2365951 . 
  41. ^ Ткачик, Гаспер; Мора, Тьерри; Марре, Оливье; Амодей, Дарио; Берри II, Майкл Дж.; Биалек, Уильям (2014). «Термодинамика сети нейронов: признаки критичности». arXiv : 1407.5946 [ q-bio.NC ].
  42. ^ Бялек, В; Каванья, А; Джардина, я (2014). «Социальные взаимодействия доминируют над контролем скорости в равновесии естественных стад вблизи критического состояния» . ПНАС . 111 (20): 7212–7217. архив : 1307.5563 . Бибкод : 2014PNAS..111.7212B . doi : 10.1073/pnas.1324045111 . ПВК 4034227 . PMID 24785504 .  
  43. ^ Кротов, Д; Дюбюи, Дж. О.; Грегор, Т; Бялек, В. (2014). «Морфогенез при критичности» . ПНАС . 111 (10): 3683–3688. архив : 1309.2614 . Бибкод : 2014PNAS..111.3683K . doi : 10.1073/pnas.1324186111 . ПВК 3956198 . PMID 24516161 .  
  44. ^ Мора, Тьерри; Биалек, Уильям (2011). «Готовы ли биологические системы к критичности?». Журнал статистической физики . 144 (2): 268–302. архив : 1012.2242 . Бибкод : 2011JSP...144..268M . doi : 10.1007/s10955-011-0229-4 . S2CID 703231 . 
  45. ^ Шваб, Дэвид Дж.; Неменман, Илья; Мехта, Панкадж (2014). «Закон Ципфа и критичность в многомерных данных без тонкой настройки» . Физические обзорные письма . 113 (6): 068102. arXiv : 1310.0448 . Бибкод : 2014PhRvL.113f8102S . doi : 10.1103/PhysRevLett.113.068102 . ПВК 5142845 . PMID 25148352 .  
  46. ^ Лонго, Г .; Монтевиль, М. (1 августа 2011 г.). «От физики к биологии путем расширения критичности и нарушения симметрии» . Прогресс в биофизике и молекулярной биологии . Системная биология и рак. 106 (2): 340–347. архив : 1103.1833 . doi : 10.1016/j.pbiomolbio.2011.03.005 . PMID 21419157 . S2CID 723820 .  
  47. ^ Море, Марсело; Зебенде, Гилни (январь 2007 г.). «Гидрофобность аминокислот и доступная площадь поверхности». Физический обзор E. 75 (1): 011920. Бибкод : 2007PhRvE..75a1920M . doi : 10.1103/PhysRevE.75.011920 . PMID 17358197 . 
  48. ^ Горбань, А.Н.; Смирнова, Е.В.; Тюкина, Т.А. (август 2010 г.). «Корреляции, риск и кризис: от физиологии к финансам» . Physica A: статистическая механика и ее приложения . 389 (16): 3193–3217. архив : 0905.0129 . Бибкод : 2010PhyA..389.3193G . doi : 10.1016/j.physa.2010.03.035 . S2CID 276956 . 

дальнейшее чтение

  • Андерсон, П.В. , Основные понятия физики конденсированных сред , издательство Perseus Publishing (1997).
  • Фагри А. и Чжан Ю. , Основы многофазного теплообмена и течения , Springer Nature Switzerland AG, 2020.
  • Фишер, Мэн (1974). «Ренормализационная группа в теории критического поведения». Преподобный Мод. физ . 46 (4): 597–616. Бибкод : 1974RvMP...46..597F . doi : 10.1103/revmodphys.46.597 .
  • Гольденфельд, Н., Лекции о фазовых переходах и ренормализационной группе , издательство Perseus Publishing (1992).
  • Иванчевич, Владимир Г; Иванчевич, Тияна Т. (2008), Хаос, фазовые переходы, изменение топологии и интегралы пути , Берлин: Springer, ISBN 978-3-540-79356-4, получено 14 марта 2013 г.
  • М.Р.Хошбин-э-Хошназар, Ледяной фазовый переход как образец фазового перехода конечной системы , (Физическое образование (Индия), том 32. № 2, апрель-июнь 2016 г.) [1]
  • Kleinert , H. Калибровочные поля в конденсированных средах , Vol. I, « Сверхтекучие и вихревые линии ; поля беспорядка, фазовые переходы », стр. 1–742, World Scientific (Сингапур, 1989) ; ISBN 9971-5-0210-0 в мягкой обложке (можно прочитать на сайте physik.fu-berlin.de ) 
  • Кляйнерт Х. и Верена Шульте-Фролинде, Критические свойства φ 4 -теорий , World Scientific (Сингапур, 2001 г.) ; Мягкая обложка ISBN 981-02-4659-5 (читается онлайн здесь ). 
  • Когут, Дж.; Уилсон, К. (1974). «Ренормализационная группа и эпсилон-расширение». физ. Представитель _ 12 (2): 75–199. Бибкод : 1974PhR....12...75W . doi : 10.1016/0370-1573(74)90023-4 .
  • Кригер, Мартин Х., Конституция материи: математическое моделирование самых повседневных физических явлений , University of Chicago Press , 1996. Содержит подробное педагогическое обсуждение решения Онзагера для двумерной модели Изинга.
  • Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. , Статистическая физика, часть 1 , том. 5 курса теоретической физики , Pergamon Press, 3-е изд. (1994).
  • Муссардо Г., «Статистическая теория поля. Введение в точно решаемые модели статистической физики», Oxford University Press, 2010.
  • Шредер, Манфред Р. , Фракталы, хаос, степенные законы: минуты из бесконечного рая , Нью-Йорк: WH Freeman , 1991. Очень хорошо написанная книга в «полупопулярном» стиле — не учебник — предназначена для аудитории с некоторыми подготовка по математике и физическим наукам. Объясняет, среди прочего, что такое масштабирование в фазовых переходах.
  • HE Стэнли, Введение в фазовые переходы и критические явления (издательство Оксфордского университета, Оксфорд и Нью-Йорк, 1971).
  • Йоманс Дж. М., Статистическая механика фазовых переходов , Oxford University Press, 1992.

внешняя ссылка

  • Интерактивные фазовые переходы на решетках с Java-апплетами
  • Классы универсальности от Sklogwiki
Получено с " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Phase_transition&oldid=1062667439 "
Contribute a better translation