Кіріспе
Материалдың фазалық диаграммасындағы үздіксіз фазалық ауысу абсолютті нөлде орын алатын нүкте Кванттық сыни нүкте - материалдың фазалық диаграммасындағы үздіксіз фазалық ауысу абсолютті нөлде орын алатын нүкте. Кванттық сыни нүктеге, әдетте, нөлдік емес температураның нөлдік температураға фазалық ауысуын қысым, өріс немесе допинг арқылы қолдану арқылы үздіксіз басу арқылы қол жеткізіледі. Кәдімгі фазалық ауысулар нөлден тыс температурада кездейсоқ жылу ауытқуларының өсуі жүйенің физикалық күйінің өзгеруіне әкеледі. Соңғы онжылдықта конденсацияланған материя физикасы зерттеулері абсолютті нөлде болатын кванттық фазалық ауысулар деп аталатын фазалық ауысулардың жаңа класын анықтады. Дәстүрлі фазалық ауысуларды тудыратын жылулық ауытқулар болмаған кезде, кванттық фазалық ауысулар Хайзенбергтің белгісіздік принципімен байланысты нөлдік нүктелік кванттық ауытқулармен басқарылады.
A quantum critical point is a point in the phase diagram of a material where a continuous phase transition takes place at absolute zero. A quantum critical point is typically achieved by a continuous suppression of a nonzero temperature phase transition to zero temperature by the application of a pressure, field, or through doping. Conventional phase transitions occur at nonzero temperature when the growth of random thermal fluctuations leads to a change in the physical state of a system. Condensed matter physics research over the past few decades has revealed a new class of phase transitions called quantum phase transitions which take place at absolute zero. In the absence of the thermal fluctuations which trigger conventional phase transitions, quantum phase transitions are driven by the zero point quantum fluctuations associated with Heisenberg's uncertainty principle.
Шолу
Фазалық ауысулар класы ішінде екі негізгі категория бар: бірінші реттік фазалық ауысуда қасиеттер қатты заттардың балқыуындағыдай үздіксіз ауысады, ал екінші реттік фазалық ауысуда жүйе күйі үздіксіз өзгереді. Екінші реттік фазалық ауысулар ұзындығы ұзағырақ масштабтағы ауытқулардың өсуімен сипатталады. Бұл ауытқулар "критикалық ауытқулар" деп аталады. Екінші реттік ауысу орын алған сындық нүктеде сындық ауытқулар масштабты инвариант болып табылады және бүкіл жүйеге созылады. Нөлден тыс температуралық фазалық ауысу кезінде, сын нүктесінде пайда болатын ауытқулар классикалық физикамен реттеледі, өйткені кванттық ауытқулардың сипаттама энергиясы әрқашан болцмандық жылу энергиясынан кіші болады. Кванттық сын нүктесінде сын ауытқулар табиғаты бойынша кванттық механикалық болып табылады, кеңістікте де, уақытында да масштабтық инварианттылық көрсетеді. Классикалық сындық нүктелерден айырмашылығы, онда сындық ауытқулар фазалық ауысудың айналасындағы тар аймақпен шектеледі, кванттық сындық нүкте әсері кванттық сындық нүктеден жоғары температураның кең ауқымында сезіледі, сондықтан кванттық сындық әсері абсолюттік нөлге жетпей сезіледі. Кванттық сынилық алғаш рет ферроэлектрикада байқалды, онда ферроэлектрлік ауысу температурасы нөлге дейін басылады. Металл ферромагниттер мен антиферромагниттердің кең ауқымы қысым, химиялық допинг немесе магнит өрістерін қолдану арқылы олардың магниттік ауысу температурасы нөлге дейін жеткізілген кезде кванттық сыни мінез-құлықты дамытатыны байқалады. Бұл жағдайларда металлдың қасиеттері сындық ауытқулар арқылы түбегейлі өзгеріп, стандартты Ферми сұйықтығы мінез-құлқынан сапалы түрде ауытқып, металл күйін қалыптастырады, кейде Ферми емес сұйықтық немесе "қажайып металл" деп аталады. Бұл ерекше металл күйлеріне ерекше қызығушылық бар, олар суперөткізгіштіктің дамуына айтарлықтай басымдық береді деп есептеледі. Кванттық сыни ауытқулар кванттық сыни нүктелердің маңында экзотикалық магниттік фазалардың пайда болуына әсер ететіндігі де дәлелденді.
At a quantum critical point, the critical fluctuations are quantum mechanical in nature, exhibiting scale invariance in both space and in time. Unlike classical critical points, where the critical fluctuations are limited to a narrow region around the phase transition, the influence of a quantum critical point is felt over a wide range of temperatures above the quantum critical point, so the effect of quantum criticality is felt without ever reaching absolute zero. Quantum criticality was first observed in ferroelectrics, in which the ferroelectric transition temperature is suppressed to zero. A wide variety of metallic ferromagnets and antiferromagnets have been observed to develop quantum critical behavior when their magnetic transition temperature is driven to zero through the application of pressure, chemical doping or magnetic fields. In these cases, the properties of the metal are radically transformed by the critical fluctuations, departing qualitatively from the standard Fermi liquid behavior, to form a metallic state sometimes called a non Fermi liquid or a "strange metal". There is particular interest in these unusual metallic states, which are believed to exhibit a marked preponderance towards the development of superconductivity. Quantum critical fluctuations have also been shown to drive the formation of exotic magnetic phases in the vicinity of quantum critical points.
Кванттық маңызды соңғы нүктелер
Кванттық сыни нүктелер нөлдік температурада сезімталдықтың ауысуы кезінде пайда болады. Бұл бірнеше материалда (мысалы, CeNi2Ge2) кездейсоқ кездеседі. Көбінесе материалды кванттық критикалық нүктеге келтіру керек. Әдетте бұл нөлден тыс температурада пайда болатын екінші реттік фазалық ауысуы бар жүйені алып, оны баптау арқылы жүзеге асырылады, мысалы, қысым немесе магнит өрісін қолдану немесе оның химиялық құрамын өзгерту арқылы. CePd2Si2 осындай мысал болып табылады, онда қоршаған ортаның қысымы кезінде шамамен 10 К кезінде болатын антиферромагниттік ауысу 28 000 атмосфера қысымын қолдану арқылы нөлдік температураға бейімделуі мүмкін. Әдетте бірінші реттік ауысу кванттық түрде сынға алынады. Бірінші реттік ауысулар әдетте материал бір фазадан екіншісіне үздіксіз қозғалғанда, маңызды ауытқулар көрсетілмейді. Алайда, егер бірінші реттік фазалық ауысу симметрияның өзгеруін қамтымаса, онда фазалық диаграммада бірінші реттік фазалық ауысу аяқталған жердегі маңызды соңғы нүкте болуы мүмкін. Мұндай қорытындыда әртүрлі сезімталдылық болады. Сұйық және газ фазалары арасындағы ауысу - симметрияның өзгермеуі жоқ бірінші реттік ауысудың мысалы, ал сындық соңғы нүкте сындық опалеценция деп аталатын сындық ауытқулармен сипатталады. Кванттық критикалық соңғы нүкте нөлдік температурадан басқа температурадағы критикалық нүкте нөлдік температураға теңелгенде пайда болады. Ең жақсы зерттелген мысалдардың бірі магнит өрісінде қабатталған рутенат металл, Sr3Ru2O7 болып табылады. Бұл материалда төмен температуралы бірінші реттік метамагниттік өтпелі метамагнетизм байқалады, онда магниттік өріс қабаттар бағытында қолданылғанда магниттеу секіреді. Бірінші сатыдағы секіру 1 Кельвин шамасындағы соңғы нүктеде аяқталады. Магниттік өрістің бағытын өзгертіп, қабаттарға перпендикуляр бағыттаған кезде, критикалық нүкте шамамен 8 тесла өрісімен нөлдік температураға бейімделеді. Нәтижесінде пайда болған кванттық сынық ауытқулары осы материалдың физикалық қасиеттеріне нөлден тыс температурада және сынық өрістен алыста басымдық береді. Қиындық Фермиге тән емес сұйықтық реакциясын көрсетеді, электронның тиімді массасы өседі және материалдың магнитотермиялық кеңеюі кванттық сынық ауытқуларға жауап ретінде өзгертіледі.