Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

На этой диаграмме показана номенклатура различных фазовых переходов.

В химии , термодинамики и многих других смежных областях, фазовые переходы (или фазовых изменений ) являются физические процессы перехода между основными состояниями вещества : твердое , жидкое и газа , а также плазмы в редких случаях.

Фаза термодинамической системы и состояния вещества имеют одинаковые физические свойства . Во время фазового перехода данной среды определенные свойства среды изменяются, часто прерывисто, в результате изменения внешних условий, таких как температура , давление или другие. 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 фазовых переходов [ править ]

Типовая фазовая диаграмма. Пунктирная линия показывает аномальное поведение воды .

Примеры фазовых переходов включают:

  • Переходы между твердой, жидкой и газовой фазами одного компонента из-за воздействия температуры и / или давления :
Фазовые переходы вещества (
)
базовыйК
ТвердыйЖидкостьГазПлазма
ИзТвердыйПлавлениеСублимация
ЖидкостьЗамораживаниеИспарение
ГазОтложениеКонденсацияИонизация
ПлазмаРекомбинация
См. Также диаграмму давления пара и фазовую диаграмму
Небольшой кусочек быстро плавящегося твердого аргона, показывающий переход из твердого состояния в жидкое. Белый дым представляет собой конденсированный водяной пар, демонстрирующий фазовый переход от газа к жидкости.
Сравнение фазовых диаграмм двуокиси углерода (красный) и воды (синий), объясняющих их различные фазовые переходы при 1 атмосфере
Физика конденсированного состояния
Фазы  · Фазовый переход  · QCP
состояния вещества
Твердое  тело · Жидкость  · Газ  · Плазма  · Конденсат Бозе – Эйнштейна  · Бозе-газ  · Фермионный конденсат  · Ферми-газ  · Ферми-жидкость  · Сверхтвердое тело  · Сверхтекучесть  · Жидкость Латтинжера  · Временной кристалл
Фазовые явления
Параметр заказа  · Фазовый переход  · QCP
Электронные фазы
Электронная структура группы  · Плазменные  · Изолятор  · Мотта изолятор  · Полупроводниковый  · полуметалл  · Проводник  · сверхпроводник  · Термоэлектрический  · Пьезоэлектрический  · сегнетоэлектрических  · топологическая изолятор  · Спин бесщелевого полупроводника
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 тело  · Коллоид  · Гранулированный материал  · Жидкий кристалл  · Полимер
Ученые
Ван дер Ваальс  · Оннес  · фон Лауэ  · Брэгг  · Дебай  · Блох  · Онсагер  · Мотт  · Пайерлс  · Ландау  · Латтинджер  · Андерсон  · Ван Флек  · Хаббард  · Шокли  · Бардин  · Купер  · Шриффер  · Джозефсон  · Луи Нил  · Эсаки  · Джавер  · Кон  · Каданов  · Фишер  · Уилсон  · фон Клитцинг  · Бинниг  · Рорер  · Беднорц  · Мюллер  · Лафлин  · Штёрмер  · Ян  · Цуй  · Абрикосов  · Гинзбург  · Леггетт
  • v
  • т
  • е
  • Эвтектического превращения, в котором двухкомпонентная однофазная жидкость охлаждают и превращается в двух твердых фаз. Тот же процесс, но начиная с твердого тела вместо жидкости, называется эвтектоидным преобразованием.
  • Метастабильное к равновесной фазовой трансформации. Метастабильный полиморф, который быстро образуется из-за более низкой поверхностной энергии, превратится в равновесную фазу при достаточном тепловом входе для преодоления энергетического барьера.
  • Перитектическая преобразование, в котором двухкомпонентная однофазный твердый продукт нагревают и превращается в твердую фазу и жидкую фазу.
  • Спинодаль разложение , в котором одна фаза охлаждается и разделяется на два различных составов той же фазы.
  • Переход в мезофазу между твердым телом и жидкостью, например, в одну из « жидкокристаллических » фаз.
  • Переход между ферромагнитной и парамагнитной фазами магнитных материалов в точке Кюри .
  • Переход между по-разному упорядоченными, соразмерными или несоразмерными магнитными структурами, например, в антимониде церия .
  • Мартенситное превращение , которое происходит в качестве одного из многих фазовых превращений в углеродистой стали и выступает в качестве модели для типа смещения фазовых превращений .
  • Изменения в кристаллографической структуре, например между ферритом и аустенитом железа.
  • Переходы порядок-беспорядок, например, в альфа- алюминидах 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 ( полиморфы , аллотропы или полиаморфы ), 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 ). Сверхтекучая переход в жидком гелии является примером этого.
  • Нарушение симметрии в законах физики во время ранней истории Вселенной , как ее температура охлаждения.
  • Во время фазового перехода происходит фракционирование изотопов , соотношение легких и тяжелых изотопов в задействованных молекулах изменяется. Когда водяной пар конденсируется ( равновесное фракционирование ), более тяжелые изотопы воды ( 18 O и 2 H) становятся обогащенными в жидкой фазе, тогда как более легкие изотопы ( 16 O и 1 H) стремятся к паровой фазе. [1]

Фазовые переходы происходят, когда термодинамическая свободная энергия системы не аналитична для некоторого выбора термодинамических переменных (ср. Фазы ). Это условие обычно возникает из-за взаимодействия большого количества частиц в системе и не проявляется в слишком маленьких системах. 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 другие параметры заменяют температуру. Например, вероятность подключения заменяет температуру для просачивающихся сетей.

В точке фазового перехода (например, точке кипения ) две фазы вещества, жидкость и пар , имеют идентичные свободные энергии и, следовательно, с равной вероятностью могут существовать. Ниже точки кипения жидкость является более стабильным состоянием из двух, тогда как выше предпочтительной является газообразная форма.

Иногда возможно изменить состояние системы диабатическим образом (в отличие от адиабатического ) таким образом, чтобы она могла пройти через точку фазового перехода, не подвергаясь фазовому переходу. Результирующее состояние является метастабильным , т. Е. Менее стабильным, чем фаза, в которую мог бы произошел переход, но также не нестабильно. Это происходит, например, при перегреве , переохлаждении и пересыщении .

Классификации [ править ]

Классификация Эренфеста [ править ]

Пауль Эренфест классифицировал фазовые переходы на основе поведения термодинамической свободной энергии как функции других термодинамических переменных. [2] Согласно этой схеме, фазовые переходы обозначались наименьшей производной свободной энергии, которая не является непрерывной при переходе. Фазовые переходы первого рода обнаруживают разрыв первой производной свободной энергии по некоторой термодинамической переменной. [3] Различные переходы твердое тело / жидкость / газ классифицируются как переходы первого рода, потому что они включают скачкообразное изменение плотности, которая является (обратной) первой производной свободной энергии по давлению. Фазовые переходы второго роданепрерывны по первой производной ( параметр порядка , который является первой производной свободной энергии по отношению к внешнему полю, непрерывен на переходе), но демонстрируют разрыв во второй производной свободной энергии. [3] К ним относятся ферромагнитный фазовый переход в таких материалах, как железо, где намагниченность , которая является первой производной свободной энергии по отношению к приложенной напряженности магнитного поля, непрерывно увеличивается от нуля, когда температура понижается ниже температуры Кюри. . Магнитная восприимчивость- вторая производная свободной энергии от поля - изменяется скачком. Согласно схеме классификации Эренфеста, в принципе могут быть фазовые переходы третьего, четвертого и более высокого рода.

Классификация Эренфеста неявно допускает непрерывные фазовые превращения, при которых изменяется связывающий характер материала, но нет разрыва в любой производной свободной энергии. Пример этого происходит на сверхкритических границах жидкость – газ .

Современные классификации [ править ]

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. [4] [5] Знакомые примеры - таяние льда или кипение воды (вода не мгновенно превращается в пар , а образует турбулентную смесь жидкой воды и пузырьков пара). Имри и Уортис показали, что подавленное расстройствоможет уширять переход первого рода. То есть преобразование завершается в конечном диапазоне температур, но такие явления, как переохлаждение и перегрев, сохраняются, и при термоциклировании наблюдается гистерезис. [6] [7] [8]

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 типа I фазовый переход второго рода при нулевом внешнем поле, а для сверхпроводника второго рода фазовый переход второго рода как для нормального, так и для нормального). состояние - смешанное состояние и смешанное состояние - переходы в сверхпроводящее состояние) и сверхтекучийпереход. В отличие от вязкости, тепловое расширение и теплоемкость аморфных материалов показывают относительно внезапное изменение температуры стеклования [9], что позволяет точно определять, используя измерения дифференциальной сканирующей калориметрии . Лев Ландау дал феноменологическую теорию фазовых переходов второго рода.

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

Некоторые переходы известны как фазовые переходы бесконечного рода . Они непрерывны, но не нарушают симметрии . Самый известный пример - переход Костерлица – Таулеса в двумерной XY-модели . 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 переохлаждать 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 - это закаленное состояние беспорядка , и его энтропия, плотность и т. Д. Зависят от тепловой истории. Следовательно, стеклование - это прежде всего динамическое явление: 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. [10] [11] Нет прямых экспериментальных данных, подтверждающих существование этих переходов.

Гелеобразование переход коллоидных частиц было показано, что фазовый переход второго рода при неравновесных условиях. [12]

Характерные свойства [ править ]

Сосуществование фаз [ править ]

Уширенный беспорядком переход первого рода происходит в конечном диапазоне температур, где доля низкотемпературной равновесной фазы возрастает от нуля до единицы (100%) при понижении температуры. Это непрерывное изменение сосуществующих фракций с температурой открыло интересные возможности. При охлаждении некоторые жидкости превращаются в стекло, а не переходят в равновесную кристаллическую фазу. Это происходит, если скорость охлаждения выше, чем критическая скорость охлаждения, и объясняется тем, что молекулярные движения становятся настолько медленными, что молекулы не могут перестроиться в кристаллические положения. [13] Это замедление происходит ниже температуры стеклования T g , которая может зависеть от приложенного давления. [9] [14]Если замерзание первого рода происходит в определенном диапазоне температур и T g попадает в этот диапазон, то существует интересная возможность, что переход останавливается, когда он частичный и неполный. Распространение этих идей на магнитные переходы первого рода, которые задерживаются при низких температурах, привело к наблюдению неполных магнитных переходов с сосуществованием двух магнитных фаз вплоть до самой низкой температуры. Впервые сообщалось в случае перехода от ферромагнетика к антиферромагнетику [15], о таком постоянном сосуществовании фаз теперь сообщалось при различных магнитных переходах первого рода. К ним относятся манганитовые материалы с колоссальным магнитосопротивлением, [16] [17] магнитокалорические материалы,[18] материалы с магнитной памятью формы, [19] и другие материалы. [20] Интересной особенностью этих наблюдений T g, попадающих в температурный диапазон, в котором происходит переход, является то, что магнитный переход первого рода находится под влиянием магнитного поля, так же как на структурный переход влияет давление. Относительная легкость, с которой можно управлять магнитными полями, в отличие от давления, увеличивает возможностьисчерпывающегоизучения взаимодействия между T g и T c . Сосуществование фаз при магнитных переходах первого рода позволит решить нерешенные проблемы с понимающими очками.

Критические моменты [ править ]

В любой системе, содержащей жидкую и газовую фазы, существует особая комбинация давления и температуры, известная как критическая точка , в которой переход между жидкостью и газом становится переходом второго рода. Вблизи критической точки жидкость достаточно горячая и сжатая, поэтому различия между жидкой и газовой фазами практически не существует. Это связано с явлением критической опалесценции , молочного цвета жидкости из-за флуктуаций плотности на всех возможных длинах волн (включая видимый свет).

Симметрия [ править ]

Фазовые переходы часто связаны с нарушением симметрии . Например, охлаждение жидкости до кристаллического твердого тела нарушает непрерывную трансляционную симметрию : каждая точка в жидкости имеет одинаковые свойства, но каждая точка в кристалле не имеет одинаковых свойств (если только точки не выбраны из узлов решетки кристаллическая решетка). Обычно высокотемпературная фаза содержит больше симметрий, чем низкотемпературная фаза из-за спонтанного нарушения симметрии , за исключением некоторых случайных симметрий (например, образование тяжелых виртуальных частиц , которое происходит только при низких температурах). [21]

Параметры заказа [ править ]

Параметр порядка является мерой степени порядка через границу в системе фазового перехода; обычно он находится в диапазоне от нуля в одной фазе (обычно выше критической точки) до ненулевого значения в другой. [22] В критической точке восприимчивость параметра порядка обычно расходится.

Пример параметра порядка является чистой намагниченностью в ферромагнитной системе претерпевает фазовый переход. Для переходов жидкость / газ параметром порядка является разница плотностей.

С теоретической точки зрения параметры порядка возникают из-за нарушения симметрии. Когда это происходит, необходимо ввести одну или несколько дополнительных переменных для описания состояния системы. Например, в ферромагнитной фазе необходимо обеспечить суммарную намагниченность , направление которой было выбрано спонтанно при охлаждении системы ниже точки Кюри . Однако обратите внимание, что параметры порядка также могут быть определены для переходов, не нарушающих симметрию.

Некоторые фазовые переходы, такие как сверхпроводящий и ферромагнитный, могут иметь параметры порядка более чем 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.

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 [ править ]

Фазовые переходы, нарушающие симметрию, играют важную роль в космологии . По мере расширения и охлаждения Вселенной в вакууме произошел ряд фазовых переходов, нарушающих симметрию. Например, электрослабый переход нарушил симметрию SU (2) × U (1) электрослабого поля на симметрию U (1) современного электромагнитного поля . Этот переход важен для объяснения асимметрии между количеством вещества и антивещества в современной Вселенной, согласно теории электрослабого бариогенеза .

Прогрессивные фазовые переходы в расширяющейся Вселенной участвуют в развитии порядка во Вселенной, как показано в работе Эрика Чейссона [23] и Дэвида Лейзера . [24]

См. Также теории реляционного порядка и порядок и беспорядок .

Критические показатели и классы универсальности [ править ]

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 охарактеризовать параметрами, известными как критические показатели . Наиболее важным из них, возможно, является показатель степени, описывающий расхождение длины тепловой корреляции при приближении к переходу. Например, рассмотрим поведение теплоемкости вблизи такого перехода. Мы изменяем температуру T системы, сохраняя при этом все остальные термодинамические переменные фиксированными, и обнаруживаем, что переход происходит при некоторой критической температуре T c . Когда T близко к T c , теплоемкость C обычно имеет степенной характер:

Теплоемкость аморфных материалов имеет такое поведение вблизи температуры стеклования, где универсальный критический показатель α = 0,59 [25] Аналогичное поведение, но с показателем ν вместо α , применяется для корреляционной длины.

Показатель ν положительный. С α все иначе . Его фактическое значение зависит от типа рассматриваемого фазового перехода.

Принято считать, что критические показатели одинаковы выше и ниже критической температуры. Теперь было показано, что это не обязательно так: когда непрерывная симметрия явно нарушается до дискретной симметрии несущественной (в смысле ренормгруппы) анизотропией, тогда некоторые показатели (например , показатель восприимчивости) не являются идентичный. [26]

При −1 < α <0 теплоемкость имеет «излом» при температуре перехода. Это поведение жидкого гелия при лямбда-переходе из нормального состояния в сверхтекучее состояние, для которого эксперименты нашли α = -0,013 ± 0,003. По крайней мере, один эксперимент был проведен в условиях невесомости орбитального спутника, чтобы минимизировать перепады давления в образце. [27] Это экспериментальное значение α согласуется с теоретическими предсказаниями, основанными на вариационной теории возмущений . [28]

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 магнитов подробные теоретические исследования дали показатель степени α ≈ +0,110.

Некоторые модельные системы не подчиняются степенному закону. 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 демонстрируют степенной характер.

Некоторые другие критические показатели, β , γ , δ , ν и η , определены, исследуя степенное поведение измеримой физической величины вблизи фазового перехода. Показатели связаны отношениями масштабирования, такими как

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

Примечательно, что фазовые переходы, возникающие в разных системах, часто имеют один и тот же 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.

Что еще более впечатляюще, но вполне понятно сверху, они точно соответствуют критическим показателям ферромагнитного фазового перехода в одноосных магнитах. Говорят, что такие системы принадлежат к одному классу универсальности. Универсальность - это предсказание ренормгрупповой теории фазовых переходов, которая утверждает, что термодинамические свойства системы вблизи фазового перехода зависят только от небольшого числа характеристик, таких как размерность и симметрия, и нечувствительны к лежащим в основе микроскопическим свойствам система. Опять же, существенным моментом является расхождение корреляционной длины.

Критическое замедление и другие явления [ править ]

Есть и другие критические явления; например, помимо статических функций есть еще критическая динамика . Как следствие, при фазовом переходе может наблюдаться критическое замедление или ускорение . Большие классы статической универсальности непрерывного фазового перехода разделяются на более мелкие классы динамической универсальности . Помимо критических показателей существуют также универсальные соотношения для некоторых статических или динамических функций магнитных полей и отклонений температуры от критического значения.

Теория перколяции [ править ]

Еще одно явление, показывающее фазовые переходы и критические показатели, - перколяция . Самый простой пример - это, возможно, перколяция в двумерной квадратной решетке. Сайты заняты случайным образом с вероятностью p. При малых значениях p занятые узлы образуют только небольшие кластеры. При определенном пороге p c образуется гигантский кластер, и мы имеем фазовый переход второго рода. [29] Поведение P ∞ вблизи р с является Р ∞ ~ ( р - р с ) β , где β- критический показатель. Используя теорию перколяции, можно определить все критические показатели, возникающие при фазовых переходах. [30] [29] Внешние поля также могут быть определены для перколяционных систем второго порядка [31], а также для перколяционных систем первого порядка [32] . Перколяция оказалась полезной для изучения городского движения и выявления повторяющихся узких мест. [33] [34]

Фазовые переходы в биологических системах [ править ]

Фазовые переходы играют важную роль в биологических системах. Примеры включают образование липидного бислоя , переход клубок-глобула в процессе сворачивания белка и плавления ДНК , жидкокристаллические переходы в процессе конденсации ДНК и кооперативное связывание лиганда с ДНК и белками с характером фазового перехода. [35]

В биологических мембранах фазовые переходы из геля в жидкий кристалл играют решающую роль в физиологическом функционировании биомембран. В гелеобразной фазе из-за низкой текучести жирно-ацильных цепей мембранных липидов мембранные белки имеют ограниченное движение и, таким образом, сдерживаются при выполнении своей физиологической роли. Растения критически зависят от фотосинтеза тилакоидными мембранами хлоропластов, которые подвергаются воздействию низких температур окружающей среды. Тилакоидные мембраны сохраняют врожденную текучесть даже при относительно низких температурах из-за высокой степени жирно-ацильного нарушения, обусловленного высоким содержанием линоленовой кислоты, 18-углеродной цепи с 3-двойными связями. [36]Температуру фазового перехода из геля в жидкую кристаллическую структуру биологических мембран можно определить с помощью многих методов, включая калориметрию, флуоресценцию, электронный парамагнитный резонанс спиновой метки и ЯМР, путем регистрации измерений соответствующего параметра с помощью ряда температур образца. Также был предложен простой метод его определения по интенсивностям линий ЯМР 13-С. [37]

Было высказано предположение, что некоторые биологические системы могут находиться вблизи критических точек. Примеры включают нейронные сети в сетчатке саламандры, [38] птичьи стайки [39] , сети экспрессии генов у Drosophila, [40] и сворачивание белков. [41] Однако неясно, могут ли альтернативные причины объяснить некоторые явления, поддерживающие аргументы в пользу критичности. [42] Также было высказано предположение, что биологические организмы разделяют два ключевых свойства фазовых переходов: изменение макроскопического поведения и когерентность системы в критической точке. [43]

Характерной особенностью фазовых переходов второго рода является появление у фракталов некоторых безмасштабных свойств. Давно известно, что белковые глобулы формируются при взаимодействии с водой. Есть 20 аминокислот, которые образуют боковые группы в белковых пептидных цепях, от гидрофильных до гидрофобных, в результате чего первые располагаются около глобулярной поверхности, а вторые - ближе к глобулярному центру. Двадцать фракталов были обнаружены в связанных с растворителем областях поверхности> 5000 сегментов белка. [44] 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 увеличиваться, но в то же время увеличиваются и колебания. Этот эффект подтверждается множеством экспериментов и наблюдений над группами людей, мышей, деревьев и травянистых растений. [45]

Экспериментальный [ править ]

Для изучения различных эффектов применяются самые разные методы. Избранные 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. Нет температурных ограничений. Уже выполнено более 2000 ° C, теоретически возможно вплоть до самого высокого кристаллического материала, такого как карбид тантала и гафния 4215 ° C).

См. Также [ править ]

  • Аллотропия
  • Автокаталитические реакции и создание заказов
  • Рост кристаллов
    • Аномальный рост зерна
  • Дифференциальная сканирующая калориметрия
  • Бездиффузионные преобразования
  • Уравнения Эренфеста
  • Джемминг (физика)
  • Зондовый силовой микроскоп Кельвина
  • Теория Ландау фазовых переходов второго рода
  • Рост пьедестала с лазерным нагревом
  • Список состояний материи
  • Микро-вытягивание вниз
  • Теория перколяции
    • Теория перколяции континуума
  • Сверхтекучая пленка
  • Сверхизлучательный фазовый переход
  • Топологическая квантовая теория поля

Ссылки [ править ]

  1. ^ Кэрол Кендалл (2004). «Основы геохимии стабильных изотопов» . USGS . Проверено 10 апреля 2014 года .
  2. ^ a b Джегер, 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. ^ a b Бланделл, Стивен Дж .; Кэтрин М. Бланделл (2008). Понятия теплофизики . Издательство Оксфордского университета. ISBN 978-0-19-856770-7.
  4. ^ Faghri А., Zhang Y., Явления переноса в многофазных системах , Elsevier, Берлингтон, штат Массачусетс, 2006,
  5. ^ Фагри, А., Чжан, Ю., Основы многофазной теплопередачи и потока , Спрингер, Нью-Йорк, Нью-Йорк, 2020
  6. ^ Imry, Y .; Уортис, М. (1979). «Влияние закаленных примесей на фазовые переходы первого рода». Phys. Rev. B . 19 (7): 3580–3585. Bibcode : 1979PhRvB..19.3580I . DOI : 10.1103 / Physrevb.19.3580 .
  7. ^ Кумар, Кранти; Праманик, АК; Banerjee, A .; Chaddah, P .; Рой, SB; Парк, С .; Чжан, CL; Cheong, S.-W. (2006). «Относительно переохлаждения и стеклоподобной остановки кинетики для систем с разделением фаз: DopedCeFe2 и (La, Pr, Ca) MnO3». Physical Review B . 73 (18): 184435. arXiv : cond-mat / 0602627 . Bibcode : 2006PhRvB..73r4435K . DOI : 10.1103 / PhysRevB.73.184435 . ISSN 1098-0121 . S2CID 117080049 .  
  8. ^ Pasquini, G .; Дарока, Д. Перес; Chiliotte, C .; Лозано, GS; Бекерис, В. (2008). «Упорядоченные, неупорядоченные и сосуществующие устойчивые решетки вихрей в одиночных кристаллах NbSe2». Письма с физическим обзором . 100 (24): 247003. arXiv : 0803.0307 . Bibcode : 2008PhRvL.100x7003P . DOI : 10.1103 / PhysRevLett.100.247003 . ISSN 0031-9007 . PMID 18643617 . S2CID 1568288 .   
  9. ^ а б Охован, Мичиган (2013). «Упорядочение и структурные изменения при переходе стекло-жидкость». J. Non-Cryst. Твердые тела . 382 : 79–86. Bibcode : 2013JNCS..382 ... 79O . DOI : 10.1016 / j.jnoncrysol.2013.10.016 .
  10. ^ Gotze, Wolfgang. «Сложная динамика стеклообразующих жидкостей: теория взаимодействия мод».
  11. ^ Любченко, В. Волинс; Волайнс, Питер Г. (2007). «Теория структурных стекол и переохлажденных жидкостей». Ежегодный обзор физической химии . 58 : 235–266. arXiv : cond-mat / 0607349 . Bibcode : 2007ARPC ... 58..235L . DOI : 10.1146 / annurev.physchem.58.032806.104653 . PMID 17067282 . S2CID 46089564 .  
  12. ^ Rouwhorst, J; Ness, C .; Соянов, С .; Zaccone, A .; Шалл, П. (2020). «Неравновесный непрерывный фазовый переход при коллоидном гелеобразовании с ближним притяжением» . Nature Communications . 11 (1): 3558. arXiv : 2007.10691 . Bibcode : 2020NatCo..11.3558R . DOI : 10.1038 / s41467-020-17353-8 . PMC 7367344 . PMID 32678089 .  
  13. Перейти ↑ Greer, AL (1995). «Металлические стекла». Наука . 267 (5206): 1947–1953. Bibcode : 1995Sci ... 267.1947G . DOI : 10.1126 / science.267.5206.1947 . PMID 17770105 . S2CID 220105648 .  
  14. ^ Tarjus, G. (2007). «Материаловедение: металл превратился в стекло». Природа . 448 (7155): 758–759. Bibcode : 2007Natur.448..758T . DOI : 10.1038 / 448758a . PMID 17700684 . S2CID 4410586 .  
  15. ^ Манекар, Массачусетс; Chaudhary, S .; Chattopadhyay, MK; Сингх, KJ; Рой, SB; Чадда, П. (2001). «Переход первого рода от антиферромагнетизма к ферромагнетизму в Ce (Fe 0,96 Al 0,04 ) 2 ». Physical Review B . 64 (10): 104416. arXiv : cond-mat / 0012472 . Bibcode : 2001PhRvB..64j4416M . DOI : 10.1103 / PhysRevB.64.104416 . ISSN 0163-1829 . S2CID 16851501 .  
  16. ^ Banerjee, A .; Праманик, АК; Кумар, Кранти; Чадда, П. (2006). «Сосуществующие перестраиваемые фракции стеклообразной и равновесной фаз дальнего порядка в манганитах». Журнал физики: конденсированное вещество . 18 (49): L605. arXiv : cond-mat / 0611152 . Bibcode : 2006JPCM ... 18L.605B . DOI : 10.1088 / 0953-8984 / 18/49 / L02 . S2CID 98145553 . 
  17. ↑ Wu W., Israel C., Hur N., Park S., Cheong SW, de Lozanne A. (2006). «Магнитное изображение переохлаждения стеклования в слабо разупорядоченном ферромагнетике». Материалы природы . 5 (11): 881–886. Bibcode : 2006NatMa ... 5..881W . DOI : 10.1038 / nmat1743 . PMID 17028576 . S2CID 9036412 .  CS1 maint: использует параметр авторов ( ссылка )
  18. ^ Рой, SB; Chattopadhyay, MK; Chaddah, P .; Мур, JD; Perkins, GK; Коэн, LF; Gschneidner, KA; Печарский В.К. (2006). «Доказательства состояния магнитного стекла в магнитокалорическом материале Gd 5 Ge 4 ». Physical Review B . 74 (1): 012403. Bibcode : 2006PhRvB..74a2403R . DOI : 10.1103 / PhysRevB.74.012403 . ISSN 1098-0121 . 
  19. ^ Лахани, Арчана; Banerjee, A .; Chaddah, P .; Чен, X .; Рамануджан, Р. (2012). «Магнитное стекло в сплаве с памятью формы: Ni 45 Co 5 Mn 38 Sn 12 ». Журнал физики: конденсированное вещество . 24 (38): 386004. arXiv : 1206.2024 . Bibcode : 2012JPCM ... 24L6004L . DOI : 10.1088 / 0953-8984 / 24/38/386004 . ISSN 0953-8984 . PMID 22927562 . S2CID 206037831 .   
  20. ^ Кушваха, Паллави; Лахани, Арчана; Rawat, R .; Чадда, П. (2009). «Низкотемпературное исследование индуцированного полем перехода антиферромагнетик-ферромагнит в Fe-Rh, легированном палладием». Physical Review B . 80 (17): 174413. arXiv : 0911.4552 . Bibcode : 2009PhRvB..80q4413K . DOI : 10.1103 / PhysRevB.80.174413 . ISSN 1098-0121 . S2CID 119165221 .  
  21. ^ Иванцевич, Владимир Г .; Иванчевич, Тиджиана, Т. (2008). Комплексная нелинейность . Берлин: Springer. С. 176–177. ISBN 978-3-540-79357-1. Проверено 12 октября 2014 года .
  22. ↑ AD McNaught и A. Wilkinson, ed. (1997). Сборник химической терминологии . ИЮПАК . ISBN 978-0-86542-684-9. Проверено 23 октября 2007 года .[ постоянная мертвая ссылка ]
  23. ^ Chaisson, Eric J. (2001). Космическая эволюция . Издательство Гарвардского университета. ISBN 9780674003422.
  24. ^ Дэвид Лейзер, Космогенез, Развитие порядка во Вселенной , Oxford Univ. Пресса, 1991
  25. ^ Охован, Майкл I .; Ли, Уильям Э. (2006). «Топологически неупорядоченные системы при стекловании» (PDF) . Журнал физики: конденсированное вещество . 18 (50): 11507–11520. Bibcode : 2006JPCM ... 1811507O . DOI : 10.1088 / 0953-8984 / 18/50/007 .
  26. ^ Леонард, Ф .; Деламот, Б. (2015). «Критические показатели могут быть разными на двух сторонах перехода». Phys. Rev. Lett . 115 (20): 200601. arXiv : 1508.07852 . Bibcode : 2015PhRvL.115t0601L . DOI : 10.1103 / PhysRevLett.115.200601 . PMID 26613426 . S2CID 22181730 .  
  27. ^ Липа, J .; Nissen, J .; Stricker, D .; Swanson, D .; Чуй, Т. (2003). «Удельная теплоемкость жидкого гелия в невесомости очень близко к лямбда-точке». Physical Review B . 68 (17): 174518. arXiv : cond-mat / 0310163 . Bibcode : 2003PhRvB..68q4518L . DOI : 10.1103 / PhysRevB.68.174518 . S2CID 55646571 . 
  28. ^ Kleinert, Хаген (1999). «Критические показатели семипетлевой теории сильной связи φ4 в трех измерениях». Physical Review D . 60 (8): 085001. arXiv : hep-th / 9812197 . Bibcode : 1999PhRvD..60h5001K . DOI : 10.1103 / PhysRevD.60.085001 .
  29. ^ а б Армин Бунде и Шломо Хавлин (1996). Фракталы и неупорядоченные системы . Springer.
  30. ^ Штауфер, Дитрих; Ахарони, Амнон (1994). «Введение в теорию перколяции». Publ. Математика . 6 : 290–297. ISBN 978-0-7484-0253-3.CS1 maint: multiple names: authors list (link)
  31. ^ Гаогао Донг, Цзинфан Фан, Луи М. Шехтман, Сарай Шай, Жуйцзинь Ду, Лисинь Тянь, Сяосун Чен, Х. Юджин Стэнли, Шломо Хавлин (2018) «Устойчивость сетей со структурой сообщества действует так, как если бы они находились под действием внешнего поля». Труды Национальной академии наук . 115 (25): 6911.CS1 maint: multiple names: authors list (link)
  32. ^ Bnaya Гросс, Гиллель Sanhedrai, Луи Шехтман, Шломо Хавлин (2020). «Взаимосвязи между сетями, действующими как внешнее поле в перколяционном переходе первого рода». Physical Review E . 101 (2): 022316.CS1 maint: multiple names: authors list (link)
  33. ^ Д. Ли, Б. Фу, Ю. Ван, Г. Лу, Ю. Березин, Е. П. Стэнли, С. Хэвлин (2015). «Перколяционный переход в динамической сети трафика с развивающимися критическими узкими местами». PNAS . 112 : 669.CS1 maint: multiple names: authors list (link)
  34. ^ Гуаньвэнь Цзэн, Дацин Ли, Шэнминь Го, Лян Гао, Цзыю Гао, Х.Е. Женя Стэнли, Шломо Хавлин (2019). «Переключение критических режимов перколяции в динамике городского движения». Труды Национальной академии наук . 116 (1): 23.CS1 maint: multiple names: authors list (link)
  35. ^ DY Ландо и VB Teif (2000). «Дальнодействующие взаимодействия между лигандами, связанными с молекулой ДНК, вызывают адсорбцию с характером фазового перехода первого рода». J. Biomol. Struct. Dynam . 17 (5): 903–911. DOI : 10.1080 / 07391102.2000.10506578 . PMID 10798534 . S2CID 23837885 .  
  36. ^ YashRoy, RC (1987). «Исследования ЯМР 13 C липидных жирных ацильных цепей мембран хлоропластов» . Индийский журнал биохимии и биофизики . 24 (6): 177–178.
  37. ^ YashRoy, RC (1990). «Определение температуры фазового перехода мембранных липидов по интенсивности 13-С ЯМР» . Журнал биохимических и биофизических методов . 20 (4): 353–356. DOI : 10.1016 / 0165-022X (90) 90097-V . PMID 2365951 . 
  38. ^ Ткачик, Гаспер; Мора, Тьерри; Марре, Оливье; Амодеи, Дарио; Берри II, Майкл Дж .; Биалек, Уильям (2014). «Термодинамика нейронной сети: признаки критичности». arXiv : 1407.5946 [ q-bio.NC ].
  39. ^ Bialek, W; Каванья, А; Джардина, I (2014). «Социальные взаимодействия доминируют над контролем скорости в естественных стадах, приближающихся к критической точке» . PNAS . 111 (20): 7212–7217. arXiv : 1307,5563 . Bibcode : 2014PNAS..111.7212B . DOI : 10.1073 / pnas.1324045111 . PMC 4034227 . PMID 24785504 .  
  40. ^ Кротов, Д; Dubuis, JO; Грегор, Т; Bialek, W (2014). «Морфогенез в критическом состоянии» . PNAS . 111 (10): 3683–3688. arXiv : 1309.2614 . Bibcode : 2014PNAS..111.3683K . DOI : 10.1073 / pnas.1324186111 . PMC 3956198 . PMID 24516161 .  
  41. ^ Мора, Тьерри; Биалек, Уильям (2011). «Готовы ли биологические системы к критическому состоянию?». Журнал статистической физики . 144 (2): 268–302. arXiv : 1012.2242 . Bibcode : 2011JSP ... 144..268M . DOI : 10.1007 / s10955-011-0229-4 . S2CID 703231 . 
  42. ^ Шваб, Дэвид Дж; Неменман, Илья; Мехта, Панкадж (2014). «Закон Ципфа и критичность многомерных данных без тонкой настройки» . Письма с физическим обзором . 113 (6): 068102. arXiv : 1310.0448 . Bibcode : 2014PhRvL.113f8102S . DOI : 10.1103 / PhysRevLett.113.068102 . PMC 5142845 . PMID 25148352 .  
  43. ^ Лонго, G .; Монтевиль, М. (1 августа 2011 г.). «От физики к биологии путем расширения критичности и нарушений симметрии» . Прогресс в биофизике и молекулярной биологии . Системная биология и рак. 106 (2): 340–347. arXiv : 1103,1833 . DOI : 10.1016 / j.pbiomolbio.2011.03.005 . PMID 21419157 . S2CID 723820 .  
  44. ^ Морет, Марсело; Зебенде, Гилни (январь 2007 г.). «Гидрофобность аминокислот и доступная площадь поверхности». Physical Review E . 75 (1): 011920. Bibcode : 2007PhRvE..75a1920M . DOI : 10.1103 / PhysRevE.75.011920 . PMID 17358197 . 
  45. ^ Горбань, АН; Смирнова, ЭВ; Тюкина Т.А. (август 2010). «Взаимосвязи, риск и кризис: от физиологии к финансам» . Physica A: Статистическая механика и ее приложения . 389 (16): 3193–3217. arXiv : 0905.0129 . Bibcode : 2010PhyA..389.3193G . DOI : 10.1016 / j.physa.2010.03.035 .

Дальнейшее чтение [ править ]

  • Андерсон П.У. , Основные понятия физики конденсированного состояния , издательство Perseus Publishing (1997).
  • Faghri, А. , и Чжан, Y. , Основы Мультифазного теплообмена и течение , Springer природа Швейцария AG, 2020.
  • Фишер, ME (1974). «Ренормализационная группа в теории критического поведения». Ред. Мод. Phys . 46 (4): 597–616. Bibcode : 1974RvMP ... 46..597F . DOI : 10,1103 / revmodphys.46.597 .
  • Гольденфельд Н. Лекции по фазовым переходам и ренормализационной группе , издательство Perseus Publishing (1992).
  • Иванчевич, Владимир Г; Иванчевич, Тихана Т. (2008), Хаос, фазовые переходы, изменение топологии и интегралы по траекториям , Берлин: Springer, ISBN 978-3-540-79356-4, получено 14 марта 2013 г.
  • MRKhoshbin-e-Khoshnazar, Ice Phase Transition как образец фазового перехода конечной системы , (Physics Education (India) Volume 32. No. 2, Apr - Jun 2016) [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 в мягкой обложке 9971-5-0210-0 (доступно для чтения на сайте Physik.fu-berlin.de ) 
  • Кляйнерт, Х. и Верена Шульте-Фролинде, Критические свойства φ 4 -теорий , World Scientific (Сингапур, 2001) ; ISBN в мягкой обложке 981-02-4659-5 (читать онлайн здесь ). 
  • Kogut, J .; Уилсон, К. (1974). «Ренормализационная группа и эпсилон-расширение». Phys. Rep . 12 (2): 75–199. Bibcode : 1974PhR .... 12 ... 75 Вт . DOI : 10.1016 / 0370-1573 (74) 90023-4 .
  • Кригер, Мартин Х., Составы материи: математическое моделирование самых повседневных физических явлений , University of Chicago Press , 1996. Содержит подробное педагогическое обсуждение решения Онсагером двухмерной модели Изинга.
  • Ландау Л. Д. и Лифшиц Е. М. , Статистическая физика часть 1 , т. 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, законы силы: минуты из бесконечного рая , Нью-Йорк: WH Freeman , 1991. Очень хорошо написанная книга в «полупопулярном» стиле - не учебник - ориентированная на аудиторию с некоторыми обучение математике и физическим наукам. В частности, объясняет, что такое масштабирование при фазовых переходах.
  • Его Превосходительство 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.

Внешние ссылки [ править ]

  • Интерактивные фазовые переходы на решетках с Java-апплетами
  • Классы универсальности от Sklogwiki