• 量子相變

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    量子相變

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    在物理學中,量子相變 (QPT) 是不同量子相(零溫度下的物質相)之間的相變。 與經典相變相反,量子相變只能通過在xxx零溫度下改變物理參數(例如磁場或壓力)來實現。 躍遷描述了多體系統的基態由于其量子漲落而發生的突然變化。 這種量子相變可以是二階相變。 量子相變也可以用拓撲費米子凝聚量子相變來表示,參見例如 強相關量子自旋液體。 在三維費米液體的情況下,這種轉變將費米面轉變為費米體積。 這種轉變可以是一階相變,因為它將二維結構(費米面)轉換為三維。 結果,費米液體的拓撲電荷突然改變,因為它只取一組離散值中的一個。

    經典描述

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    要理解量子相變,將它們與經典相變 (CPT)(也稱為熱相變)進行對比是很有用的。 CPT 描述了系統熱力學性質的尖點。 它標志著粒子的重組; 一個典型的例子是描述液體和固體之間轉變的水的凍結轉變。 經典相變是由系統能量與其熱波動的熵之間的競爭驅動的。 經典系統在零溫度下沒有熵,因此不會發生相變。 它們的順序由熱力學勢的一階不連續導數決定。 例如,從水到冰的相變涉及潛熱并且是一階的。 從鐵磁體到順磁體的相變是連續的并且是二階的。 這些從有序相到無序相的連續轉變由有序參數描述,該參數在無序相中為零,在有序相中為非零。 對于上述鐵磁轉變,有序參數將代表系統的總磁化強度

    雖然有序參數的熱力學平均值在無序狀態下為零,但其波動可以是非零的,并且在臨界點附近變得長程化,其中它們的典型長度尺度 ξ(相關長度)和典型波動衰減時間尺度 τc (相關時間)

    定義為與臨界溫度 Tc 的相對偏差。 我們稱 ν 為(相關長度)臨界指數,z 為動態臨界指數。 經典熱力學充分描述了非零溫度相變的臨界行為; 即使實際相需要量子力學描述(例如超導性),量子力學也不起作用。

    量子描述

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    談論量子相變意味著談論 T = 0 時的相變:通過調整壓力、化學成分或磁場等非溫度參數,可以抑制例如 一些轉變溫度,如居里或尼爾溫度到 0 K。

    由于在零溫度下處于平衡狀態的系統始終處于其最低能量狀態(如果最低能量是退化的,則處于同等權重的疊加狀態),QPT 不能用熱波動來解釋。

    量子相變

    QPT 發生在量子臨界點 (QCP),其中驅動躍遷的量子漲落發散并在空間和時間上變得尺度不變。

    雖然xxx零在物理上無法實現,但可以在系統在臨界點附近的低溫行為中檢測到轉變的特征。 在非零溫度下,能量標度為 kBT 的經典漲落與能量標度為 ?ω 的量子漲落競爭。 這里 ω 是量子振蕩的特征頻率,與相關時間成反比。

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    1. 量子相變
    2. 經典描述
    3. 量子描述

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