Из Википедии, бесплатной энциклопедии
  (Перенаправлено из Quantum Critical Point )
Перейти к навигации Перейти к поиску

Квантовая критическая точка является точкой в фазовой диаграмме материала , где непрерывный фазовый переход происходит при абсолютном нуле . Квантовая критическая точка обычно достигается путем непрерывного подавления фазового перехода от ненулевой температуры к нулевой температуре путем приложения давления, поля или легирования. Обычные фазовые переходы происходят при ненулевой температуре, когда рост случайных тепловых флуктуаций приводит к изменению физического состояния системы. Исследования физики конденсированного состояния за последние несколько десятилетий выявили новый класс фазовых переходов, называемых квантовыми фазовыми переходами [1]которые имеют место при абсолютном нуле . В отсутствие тепловых флуктуаций, которые вызывают обычные фазовые переходы, квантовые фазовые переходы вызываются квантовыми флуктуациями нулевой точки, связанными с принципом неопределенности Гейзенберга .

Обзор [ править ]

В классе фазовых переходов есть две основные категории: при фазовом переходе первого рода свойства изменяются скачкообразно, как при плавлении твердого тела, тогда как при фазовом переходе второго рода состояние системы изменяется непрерывно. мода. Фазовые переходы второго рода отмечены ростом флуктуаций на все более длинных масштабах. Эти колебания называют «критическими колебаниями». В критической точке, где происходит переход второго рода, критические флуктуации масштабно инвариантны.и распространяются на всю систему. При фазовом переходе с ненулевой температурой флуктуации, которые развиваются в критической точке, регулируются классической физикой, поскольку характерная энергия квантовых флуктуаций всегда меньше характерной тепловой энергии Больцмана .

В квантовой критической точке критические флуктуации имеют квантово-механическую природу, демонстрируя масштабную инвариантность как в пространстве, так и во времени. В отличие от классических критических точек, где критические флуктуации ограничиваются узкой областью вокруг фазового перехода, влияние квантовой критической точки ощущается в широком диапазоне температур выше квантовой критической точки, поэтому эффект квантовой критичности ощущается без когда-либо достигнув абсолютного нуля. Квантовая критичность впервые была обнаружена в сегнетоэлектриках , в которых температура сегнетоэлектрического перехода подавлена ​​до нуля.

Было обнаружено, что широкий спектр металлических ферромагнетиков и антиферромагнетиков проявляет квантовое критическое поведение, когда их температура магнитного перехода доводится до нуля посредством приложения давления, химического легирования или магнитных полей. В этих случаях свойства металла радикально преобразуются критическими флуктуациями, качественно отклоняясь от стандартного поведения ферми-жидкости , чтобы сформировать металлическое состояние, которое иногда называют неферми-жидкостью или «странным металлом». Особый интерес представляют эти необычные металлические состояния, которые, как считается, демонстрируют заметный перевес в направлении развития сверхпроводимости.. Также было показано, что квантовые критические флуктуации приводят к образованию экзотических магнитных фаз вблизи квантовых критических точек. [2]

Квантовые критические конечные точки [ править ]

Квантовые критические точки возникают, когда восприимчивость расходится при нулевой температуре. Есть ряд материалов (например, CeNi 2 Ge 2 [3] ), где это происходит случайно. Чаще материал приходится настраивать на квантовую критическую точку. Чаще всего это делается, взяв систему с фазовым переходом второго рода, который происходит при ненулевой температуре, и настроив ее, например, приложив давление или магнитное поле или изменив ее химический состав. CePd 2 Si 2 является таким примером [4], где антиферромагнитный переход, который происходит при температуре около 10 К при атмосферном давлении, может быть настроен на нулевую температуру путем приложения давления в 28 000 атмосфер. [5]Реже переход первого рода можно сделать квантово-критическим. Переходы первого рода обычно не показывают критических флуктуаций, поскольку материал прерывисто перемещается из одной фазы в другую. Однако, если фазовый переход первого рода не включает изменение симметрии, тогда фазовая диаграмма может содержать критическую конечную точку, в которой фазовый переход первого рода заканчивается. Такая конечная точка имеет дивергентную восприимчивость. Переход между жидкой и газовой фазами является примером перехода первого рода без изменения симметрии, а критическая конечная точка характеризуется критическими флуктуациями, известными как критическая опалесценция .

Квантовая критическая конечная точка возникает, когда критическая точка с ненулевой температурой настраивается на нулевую температуру. Один из наиболее изученных примеров встречается в слоистом металлическом рутенате Sr 3 Ru 2 O 7 в магнитном поле. [6] Этот материал демонстрирует метамагнетизм.с низкотемпературным метамагнитным переходом первого рода, когда намагниченность скачкообразна при приложении магнитного поля внутри направлений слоев. Скачок первого порядка заканчивается в критической конечной точке при температуре около 1 кельвина. Путем переключения направления магнитного поля так, чтобы оно было почти перпендикулярно слоям, критическая конечная точка настраивается на нулевую температуру при поле около 8 тесла. Результирующие квантовые критические флуктуации определяют физические свойства этого материала при ненулевых температурах и вдали от критического поля. Удельное сопротивление показывает неферми-жидкостный отклик, эффективная масса электрона растет, а магнитотермическое расширение материала изменяется в ответ на квантовые критические флуктуации.

Неравновесный квантовый фазовый переход [ править ]

Интуитивное предположение о влиянии шума на квантовую критическую точку будет заключаться в том, что внешний шум определяет эффективную температуру . Эта эффективная температура привнесла бы в проблему четко определенный энергетический масштаб и нарушила бы масштабную инвариантность квантовой критической точки. Напротив, недавно было обнаружено, что определенные типы шума могут вызывать неравновесное квантовое критическое состояние. Это состояние выходит из равновесия из-за непрерывного потока энергии, вносимого шумом, но оно все еще сохраняет масштабно-инвариантное поведение, типичное для критических точек.

Заметки [ править ]

  1. ^ Sachdev, Subir (2000). Квантовые фазовые переходы . CiteSeerX  10.1.1.673.6555 . DOI : 10,1017 / cbo9780511622540 . ISBN 9780511622540.
  2. ^ Conduit, ГДж; Грин, АГ; Саймонс, Б.Д. (9 ноября 2009 г.). «Неоднородное фазообразование на границе странствующего ферромагнетизма». Письма с физическим обзором . 103 (20): 207201. arXiv : 0906.1347 . Bibcode : 2009PhRvL.103t7201C . DOI : 10.1103 / PhysRevLett.103.207201 . PMID 20366005 . 
  3. ^ Gegenwart, P .; Kromer, F .; Lang, M .; Sparn, G .; Geibel, C .; Стеглич, Ф. (8 февраля 1999 г.). «Эффекты неферми-жидкости при атмосферном давлении в стехиометрическом соединении с тяжелыми фермионами с очень низким уровнем беспорядка: CeNi 2 Ge 2 ». Письма с физическим обзором . Американское физическое общество (APS). 82 (6): 1293–1296. DOI : 10.1103 / physrevlett.82.1293 . ISSN 0031-9007 . 
  4. ^ Джулиан, SR ; Pfleiderer, C; Гроше, FM; Матур, Северная Дакота; McMullan, GJ; Дайвер, AJ; Уокер, ИК; Лонзарич, Г.Г. (25 ноября 1996 г.). «Нормальные состояния магнитных d- и f-переходных металлов». Журнал физики: конденсированное вещество . IOP Publishing. 8 (48): 9675–9688. DOI : 10.1088 / 0953-8984 / 8/48/002 . ISSN 0953-8984 . 
  5. ^ Н.Д. Матур; Ф.М. Гроше; SR Julian; ИК-Уокер; DM Freye; RKW Haselwimmer; Г.Г. Лонзарич (1998). «Магнитно-опосредованная сверхпроводимость в тяжелых фермионных соединениях». Природа . 394 (6688): 39–43. Bibcode : 1998Natur.394 ... 39M . DOI : 10.1038 / 27838 .
  6. ^ Grigera, SA (12 октября 2001). «Настроенная на магнитное поле квантовая критичность в металлическом рутенате Sr 3 Ru 2 O 7 ». Наука . Американская ассоциация развития науки (AAAS). 294 (5541): 329–332. DOI : 10.1126 / science.1063539 . ISSN 0036-8075 . 

Ссылки [ править ]

  • Кирилл Домб (1996). Критический момент: историческое введение в современную теорию критических явлений . Тейлор и Фрэнсис.
  • Герц, Дж. (1976). «Квантовые критические явления». Phys. Rev. B . 14 (3): 1165–1184. Bibcode : 1976PhRvB..14.1165H . DOI : 10.1103 / PhysRevB.14.1165 .
  • М.А. Континентино (2001). Квантовое масштабирование в системах многих тел . World Scientific.
  • П. Коулман; А. Дж. Скофилд (2005). «Квантовая критичность». Природа . 433 (7023): 226–229. arXiv : cond-mat / 0503002 . Bibcode : 2005Natur.433..226C . DOI : 10,1038 / природа03279 . PMID  15662409 .
  • EG Далла Торре; и другие. (2010). «Квантовые критические состояния и фазовые переходы при наличии неравновесного шума» (Представленная рукопись) . Физика природы . 6 (10): 806–810. arXiv : 0908.0868 . Bibcode : 2010NatPh ... 6..806D . DOI : 10.1038 / nphys1754 .
  • Карр, Линкольн Д. (2010). Понимание квантовых фазовых переходов . CRC Press. ISBN 978-1-4398-0251-9.

  • Мариано де Соуза (2020). «Открытие физики взаимных взаимодействий в парамагнетиках». Научные отчеты. DOI : 10.1038 / s41598-020-64632-х .