Квантовая критическая точка
 | Эта статья нуждается в дополнительных цитатах для проверки . ( июль 2011 г. ) |
Квантовая критическая точка — это точка на фазовой диаграмме материала, в которой непрерывный фазовый переход происходит при абсолютном нуле . Квантовая критическая точка обычно достигается путем непрерывного подавления фазового перехода с ненулевой температурой в нулевую температуру 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 в области физики конденсированного состояния за последние несколько десятилетий выявили новый класс фазовых переходов, названный квантовыми фазовыми переходами. [1] которые происходят при абсолютном нуле . В отсутствие тепловых флуктуаций, которые вызывают обычные фазовые переходы, квантовые фазовые переходы управляются квантовыми флуктуациями нулевой точки, связанными с принципом неопределенности Гейзенберга .
Обзор [ править ]
Внутри класса фазовых переходов выделяют две основные категории: при фазовом переходе первого рода свойства смещаются скачком, как при плавлении твердого тела, тогда как при фазовом переходе второго рода состояние системы изменяется непрерывно. мода. Фазовые переходы второго рода характеризуются ростом флуктуаций на все более длинных масштабах. Эти колебания называются «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, развивающиеся в критической точке, подчиняются классической физике, поскольку характерная энергия квантовых флуктуаций всегда меньше характерной больцмановской тепловой энергии. .
В квантовой критической точке критические флуктуации носят квантовомеханический характер и демонстрируют масштабную инвариантность как в пространстве, так и во времени. В отличие от классических критических точек, где критические флуктуации ограничены узкой областью вокруг фазового перехода, влияние квантовой критической точки ощущается в широком диапазоне температур выше квантовой критической точки, поэтому влияние квантовой критичности ощущается без когда-либо достигавший абсолютного нуля. Квантовая критичность впервые наблюдалась в сегнетоэлектриках , в которых температура сегнетоэлектрического перехода подавлена до нуля.
Было замечено, что у широкого спектра металлических ферромагнетиков и антиферромагнетиков развивается квантово-критическое поведение, когда их температура магнитного перехода снижается до нуля за счет применения давления, химического легирования или магнитных полей. В этих случаях свойства металла радикально трансформируются критическими флуктуациями, качественно отклоняясь от стандартного поведения ферми-жидкости , с образованием металлического состояния, которое иногда называют неферми-жидкостью или «странным металлом». Особый интерес вызывают эти необычные металлические состояния, которые, как полагают, демонстрируют заметное преимущество в развитии сверхпроводимости . Также было показано, что квантовые критические флуктуации приводят к образованию экзотических магнитных фаз вблизи квантовых критических точек. [2]
Квантовые критические точки конечные
Квантовые критические точки возникают, когда восприимчивость расходится при нулевой температуре. Существует ряд материалов (например, CeNi 2 Ge 2 [3] ), где это происходит по счастливой случайности. Чаще всего материал необходимо настроить на квантовую критическую точку. Чаще всего это делается путем взятия системы с фазовым переходом второго рода, который происходит при ненулевой температуре, и настройки ее, например, путем приложения давления или магнитного поля или изменения ее химического состава. CePd 2 Si 2 является таким примером, [4] где антиферромагнитный переход, который происходит при температуре около 10 К под давлением окружающей среды, можно настроить на нулевую температуру, приложив давление в 28 000 атмосфер. [5] Реже переход первого рода можно сделать квантово-критическим. Переходы первого рода обычно не демонстрируют критических флуктуаций, поскольку материал прерывисто переходит из одной фазы в другую. Однако если фазовый переход первого рода не сопровождается изменением симметрии, то фазовая диаграмма может содержать критическую конечную точку, в которой завершается фазовый переход первого рода. Такая конечная точка имеет разную 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 настроена на нулевую температуру. Один из наиболее изученных примеров происходит в слоистом рутенате металла Sr 3 Ru 2 O 7 в магнитном поле. [6] Этот материал демонстрирует метамагнетизм с низкотемпературным метамагнитным переходом первого рода, при котором намагниченность скачет, когда магнитное поле прикладывается в направлениях слоев. Скачок первого порядка заканчивается в критической конечной точке около 1 кельвина. Переключив направление магнитного поля так, чтобы оно было почти перпендикулярно слоям, критическая конечная точка настраивается на нулевую температуру при поле около 8 Тл. Возникающие в результате квантовые критические флуктуации доминируют над физическими свойствами этого материала при отличных от нуля температурах и вдали от критического поля. Удельное сопротивление демонстрирует нефермижидкостный отклик, эффективная масса электрона растет, а магнитотермическое расширение материала изменяется в ответ на квантовые критические флуктуации.
Примечания [ править ]
- ^ Сачдев, Субир (2000). Квантовые фазовые переходы . CiteSeerX 10.1.1.673.6555 . дои : 10.1017/cbo9780511622540 . ISBN 9780511622540 .
- ^ Проводник, ГДж; Грин, АГ; Саймонс, Б.Д. (9 ноября 2009 г.). «Неоднородное фазообразование на границе зонного ферромагнетизма». Письма о физических отзывах . 103 (20): 207201. arXiv : 0906.1347 . Бибкод : 2009PhRvL.103t7201C . doi : 10.1103/PhysRevLett.103.207201 . ПМИД 20366005 . S2CID 8949620 .
- ^ Гегенварт, П.; Кромер, Ф.; Ланг, М.; Спарн, Г.; Гейбель, К.; Стеглич, Ф. (8 февраля 1999 г.). «Нефермижидкостные эффекты при внешнем давлении в стехиометрическом соединении тяжелых фермионов с очень низким беспорядком: CeNi 2 Ge 2 » . Письма о физических отзывах . 82 (6). Американское физическое общество (APS): 1293–1296. Бибкод : 1999PhRvL..82.1293G . дои : 10.1103/physrevlett.82.1293 . ISSN 0031-9007 .
- ^ Джулиан, СР ; Пфлайдерер, К; Гроше, FM; Матур, Северная Дакота; Макмаллан, Дж.Дж.; Дайвер, Эй Джей; Уокер, ИК; Лонзарич, Г.Г. (25 ноября 1996 г.). «Нормальные состояния магнитных d- и f-переходных металлов». Физический журнал: конденсированное вещество . 8 (48). Издательство ИОП: 9675–9688. Бибкод : 1996JPCM....8.9675J . дои : 10.1088/0953-8984/8/48/002 . ISSN 0953-8984 . S2CID 250905283 .
- ^ Н. Д. Матур; ФМ Гроше; С.Р. Джулиан; И. Р. Уокер; Д.М. Фрей; RKW Хазельвиммер; Г.Г. Лонзарич (1998). «Магнитно-опосредованная сверхпроводимость в соединениях тяжелых фермионов». Природа . 394 (6688): 39–43. Бибкод : 1998Natur.394...39M . дои : 10.1038/27838 . S2CID 52837444 .
- ^ Григера, С.А. (12 октября 2001 г.). «Квантовая критичность, настроенная магнитным полем, в рутенате металла Sr 3 Ru 2 O 7 ». Наука . 294 (5541). Американская ассоциация содействия развитию науки (AAAS): 329–332. Бибкод : 2001Sci...294..329G . дои : 10.1126/science.1063539 . ISSN 0036-8075 . ПМИД 11598292 . S2CID 23703342 .
Ссылки [ править ]
- Кирилл Домб (1996). Критическая точка: историческое введение в современную теорию критических явлений . Тейлор и Фрэнсис. ISBN 9780748404353 .
- Герц, Дж. (1976). «Квантовые критические явления». Физ. Преподобный Б. 14 (3): 1165–1184. Бибкод : 1976PhRvB..14.1165H . дои : 10.1103/PhysRevB.14.1165 .
- М. А. Континентино (2001). Квантовое масштабирование в системах многих тел . Всемирная научная.
- П. Коулман; Эй Джей Шофилд (2005). «Квантовая критичность». Природа . 433 (7023): 226–229. arXiv : cond-mat/0503002 . Бибкод : 2005Natur.433..226C . дои : 10.1038/nature03279 . ПМИД 15662409 . S2CID 4394166 .
- EG Далла Торре; и др. (2010). «Квантовые критические состояния и фазовые переходы при наличии неравновесного шума» . Физика природы . 6 (10): 806–810. arXiv : 0908.0868 . Бибкод : 2010NatPh...6..806D . дои : 10.1038/nphys1754 . S2CID 27610619 .
- Карр, Линкольн Д. (2010). Понимание квантовых фазовых переходов . ЦРК Пресс. ISBN 978-1-4398-0251-9 .
- Мариано де Соуза (2020). «Раскрытие физики взаимных взаимодействий в парамагнетиках». Научные отчеты . Том. 10. дои : 10.1038/s41598-020-64632-x .