Есть ли у квантового фазового перехода скрытая теплота?

Как следует из названия, я думаю о том, имеет ли квантовый фазовый переход скрытую теплоту. Если да, то при 0 температуре мы можем перевести систему по какому-то параметру из фазы беспорядка в упорядоченную фазу, куда девается тепло, так как уже 0 температура.

тепло и температура не одно и то же. фазовый переход первого рода с конечной температурой также имеет скрытую теплоту; тепло идет на изменение конфигурации степеней свободы, но температура не меняется при добавлении большего количества тепла до тех пор, пока не завершится фазовый переход.
Разве это не должно зависеть от квантового фазового перехода? Существует не только один тип этих. Есть ли какой-то конкретный квантовый фазовый переход, о котором вы думаете?
Некоторые делают, некоторые нет. Как и классические фазовые переходы, квантовые могут быть первого рода (со скрытой теплотой) или второго рода (без теплоты) — или еще что-то. Большинство традиционных примеров, которые приходят мне на ум, относятся ко второму порядку.
Теперь я думаю, что изменение внешнего параметра для управления квантовым фазовым переходом добавит тепла в систему. Но это не скрытая теплота. Если я ввожу внешнюю работу, чтобы изменить параметр, чтобы перевести одно основное состояние A в другое B. Если нет выхода тепла, это означает, что B имеет более высокую энергию. И, используя тот же аргумент, A также имеет более высокую энергию, чем B. Итак, здесь есть противоречие. Таким образом, кажется, что часть работы, используемой для изменения внешнего параметра, должна стать теплотой, тогда система нагревается.

Ответы (1)

См . википедию .

Там говорится, что квантовый фазовый переход второго рода , что означает отсутствие скрытой теплоты.

По-видимому, по этому поводу есть некоторые разногласия. Из аннотации к этой статье :

«Часто утверждают, что только фазовые переходы второго рода при T = 0 заслуживают того, чтобы называться квантовыми фазовыми переходами, в то время как квантовые фазовые переходы первого рода являются противоречием в терминах».

Я постараюсь объяснить несколько подробнее. Из статьи в Википедии: «В отличие от классических фазовых переходов, к квантовым фазовым переходам можно получить доступ только путем изменения физического параметра, такого как магнитное поле или давление, при температуре абсолютного нуля».Предположим, что параметр, который мы изменяем, — это давление (магнитное поле работает так же, но будет удобно иметь конкретное название для этого параметра). Квантовый фазовый переход происходит при температуре T = 0. То есть при любом заданном давлении система будет находиться в самом низком энергетическом состоянии. Однако не требуется, чтобы энергия материала была одинаковой при всех давлениях. Когда мы меняем давление, энергия может меняться. Если это произойдет, то изменение давления либо потребует работы, либо извлечет работу из системы. Например, увеличение давления может сделать основное состояние материала более плотным; в этом случае потребуется энергия для увеличения давления, так как мы совершаем работу по сжатию материала.

Разница между квантовым фазовым переходом первого рода и квантовым фазовым переходом второго рода заключается в том, изменяется ли наклон кривой энергия/давление при фазовом переходе. Чтобы понять, как работает квантовый фазовый переход первого рода, рассмотрим материал с двумя разными состояниями. Для п < п с , первое состояние имеет меньшую энергию. Для п > п с , второе состояние имеет меньшую энергию. Однако кривая энергия/давление для каждого отдельного состояния является гладкой по мере прохождения перехода. В п с , то в идеале материал будет переходить из одного состояния в другое при п с . Я подозреваю, что для большинства веществ это произойдет плавно только в том случае, если вы измените давление до значения, немного превышающего п с и долго ждать на этом этапе.

Скрытая теплота — это энергия, которую вы должны передать системе во время фазового перехода. Для обычных фазовых переходов существует разница в энтропии между двумя фазами, и дополнительная энергия необходима, потому что энтропия материала изменяется, когда вы проходите через фазовый переход; это связано со вторым законом термодинамики . При T = 0 энтропия отсутствует в обеих фазах. При T = 0, если две фазы могут сосуществовать, они должны иметь одинаковую энергию. Это означает, что даже фазовые переходы первого рода при Т = 0 не могут иметь скрытой теплоты.

Давайте подумаем о двух основных состояниях. Если я ввожу внешнюю работу, чтобы изменить параметр, чтобы перевести одно основное состояние A в другое B. Если нет выхода тепла, это означает, что B имеет более высокую энергию. И, используя тот же аргумент, A также имеет более высокую энергию, чем B. Итак, здесь есть противоречие. Таким образом, кажется, что часть работы, используемой для изменения внешнего параметра, должна стать теплотой, тогда система нагревается.
Но, похоже, это не то же самое, что скрытая теплота. Просто есть теплоемкость, связанная с параметром, управляющим КПТ.
Если вы введете внешнюю работу, чтобы изменить систему с A на B, то изменение системы с B на A выполнит работу.
Если изменение системы с B на A, как вы говорите, будет выполнять работу, то система нестабильна. Если система стабильна, это означает, что изменение в любом направлении требует энергии.
@Xiao-Qi Sun: я попытался ответить на ваши комментарии в своем исправленном ответе. Не может быть, чтобы изменение в любом направлении стоило энергии, потому что энергия сохраняется.
Энергия сохраняется. Но тем не менее нам нужна энергия, чтобы изменить основное состояние с A на B и с B на A. Поскольку стоимость энергии — это не просто разность энергий двух основных состояний A и B. Причина, по которой они стабильны, заключается в том, что они находятся в энергетическом минимум. Таким образом, чтобы переместить их из стабильного основного состояния А в состояние В путем фазового перехода, мы перемещаем систему из одного энергетического минимума в другой. По крайней мере, нам нужна энергия около энергетического барьера в обоих направлениях.
О, теперь я думаю, что ты прав. В критическом режиме основные состояния A и B имеют почти одинаковую энергию. Квантовой флуктуации достаточно, чтобы изменить систему без дополнительной внешней энергии. Большое спасибо! @Питер Шор
Есть ли у квантового фазового перехода скрытая теплота?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v