Фазовый переход 1-го рода, перегрев/переохлаждение, метастабильное состояние

Вы правы, эти термины связаны. Метастабильность обычно возникает в системах, которые описываются свободной энергией Ландау , которая содержит кубический член или член степени 6 поверх обычного$\phi^4$-теория . Например, свободная энергия Ландау с кубическим членом показана ниже.

Есть три специальные температуры:

• $T^{**}$при котором образуется дополнительный локальный минимум при конечном$\phi$.
• $T_c$при котором этот локальный минимум становится глобальным минимумом.
• $T^*$при котором кривизна$\phi=0$становится отрицательным.

Пусть система запустится в$\phi=0$(неупорядоченная фаза) для$T>T^{**}$. При опускании$T$ниже$T_c$конечное$\phi$локальный минимум будет благоприятным. Но искривление в$\phi=0$все еще положительный, поэтому он остается в неупорядоченной фазе; говорят, что он переохлажден. При дальнейшем понижении температуры кривизна в конце концов становится отрицательной и$\phi=0$фаза становится неустойчивой, поэтому$\phi$скачком при конечном значении локального минимума. При повторном повышении температуры (упорядоченное) конечное$\phi$фаза будет оставаться стабильной (положительная кривизна в локальном минимуме) даже при температуре выше$T_c$; тогда система перегрета. Один раз$T>T^{**}$, опять же, локальный минимум на конечном$\phi$исчезает и$\phi$возвращается к нулю.

Как$\phi$скачки, это прерывистый, он же фазовый переход первого рода. Метастабильность — это общий термин, описывающий как переохлаждение, так и перегрев. В магнитных системах это также называется гистерсисом .

Дополнительную информацию об этом можно найти, например, в Н. Гольденфельд: Лекции о фазовых переходах и критических явлениях , глава 5.5. Это также хорошее введение в теорию Ландау в целом, если вы с ней не знакомы.