التحولات الطورية الكمومية
تحولات طوريه كموميه
Quantum phase transition -
التحولات الطورية الكمومية
تعرف التحولات (الانتقالات) الطورية الكمومية quantum phase transition بأنها انتقال طوري بين أطوار كمومية مختلفة للمادة تظهر واضحة عند درجة الحرارة T=0 K. خلافاً للانتقالات الطورية التقليدية التي تحصل نتيجة تغيرات في درجة حرارة فوق الصفر المطلق (صفر كلفن) ووسطاء آخرين parameters، وذلك بتغيير أحد الوسطاء غير درجة الحرارة مثل الضغط أو الحقل المغنطيسي أو التركيب الكيميائي (بالإشابة) عند الدرجة صفر كلفن.
يحدث الانتقال الطوري الكمومي عند ظهور تغير مفاجئ في التابع الموجي المتعدد الجسيمات للسوية الأرضية many body ground state wave function، ويصنف هذا الانتقال كانتقال طوري مستمر أو من المرتبة الثانية.
يعزى سبب حدوث الانتقالات الطورية
الكمومية إلى الترجحات الكمومية quantum
fluctuation،
وعند درجات حرارة فوق الصفر المطلق يكون هناك تنافس بين الترجحات الحرارية التي
هي من مرتبة (حيث k
ثابت بولتزمان Boltz
mann)
والترجحات الكمومية التي هي من مرتبة
(حيث
ثابت بلانك Planck
مقسوماً ب
،
و
تردد، أو تواتر وسطي للترجحات)، وعند درجات حرارة قريبة جداً من الصفر المطلق
تصبح الترجحات الحرارية ضعيفة جداً وتؤدي الترجحات الكمومية الدور الأكبر عند
تغيير أحد الوسائط. فعند إعطاء أفضلية لترتيب معين للمادة على الترتيبات
المختلفة الأخرى الممكنة يمكن أن يحدث الانتقال الطوري الكمومي الذي يمكنه كشف
تغيرات غير متوقعة في خواص المادة مثل الحصول على سائل لا يخضع لإحصاء فيرمي
non-Fermi
liquid
أو حالة من الناقلية الفائقة.
تصنف الانتقالات الطورية الكمومية
-من حيث المرتبة- باستعمال مصطلحات الانتقالات الطورية التقليدية نفسها، فهي
غالباً من المرتبة الثانية، ويكون هناك نقطة انتقال حرجة كمومية
Quantum
Critical
Point
(QCT)،
وتكون الترجحات
المكانية والزمانية لانهائية.
وعندما يكون
تسيطر الترجحات الكمومية على الجملة، وتسيطر أيضاً تواترات الاهتزازات الكمومية
التي
تتناسب عكساً مع زمن الترابط correlation
time،
زمن تخامد الترجحات. ويقوم وسيط الترتيب
order
parameter
بدور رئيسي في دراسة الانتقالات الكمومية كما في الحالة التقليدية، وتتشكل بعض
الأطوار الكمومية نتيجة تراكب عدد من الأطوار الكمومية المختلفة
superposition
of
quantum
phases.
يوضّح المخطط الطوري المتوقع نظرياً في جوار الانتقال، أي في جوار النقطة الحرجة الكمومية QCP في الشكل (1)، إذ تكون الجملة غير منتظمة disordered عند درجات الحرارة المرتفعة، وتكون تقليدية تماماً في منطقة الانتقال الطوري التقليدي (المنطقة الزرقاء في الشكل)، ويكون تأثير الترجحات الحرارية هو الأكبر. مع تناقص الطاقة الحرارية، ومن ثم درجة الحرارة تصبح هذه المنطقة أضيق وتقارب إلى نقطة الانتقال الطوري الكمومية. وتفصل المنطقة الحرجة الكمومية بين منطقتي الانتظام ordered وعدم الانتظام disordered.
 |
| الشكل (1) المخطط الطوري النظري للانتقالات الطورية الكمومية. |
تمثل الخواص المغنطيسية للمركب
أحد الأمثلة على الانتقالات الطورية الكمومية، فهو
عند درجات الحرارة المنخفضة
والضغط النظامي يكون الطور الغالب هو حالة المغنطيسية الحديدية المتعاكسة
antiferromagnetic،
وإن تطبيق ضغط متماثل
الاتجاهات (هدروستاتيكي) يقلل من
التأثيرات المتبادلة للمغنطيسية الحديدية المتعاكسة. ولكن قبل اختفاء الخواص
المغنطيسية المتعاكسة تظهر حالة ناقل فائق وهو انتقال طوري كمومي تمكن من
الظهور عند غياب المغنطيسية فقط، وتؤدي الترجحات السبينية الكمومية المرتبطة
بالمغنطيسية الحديدية المتعاكسة دوراً في مساعدة الإلكترونات لتشكيل أزواج
الناقلية الفائقة.
ومن الأمثلة الأخرى حدوث انتقال طوري كمومي لتفسير المغانط الكمومية quantum magnets، وكذلك تفسير انتقالات طورية من ناقل فائق إلى عازل في الأفلام الرقيقة غير المرتبة superconductor-insulator transition in disordered thin films.
مصطفى صائم الدهر
|
- R. Baierlein, Thermal physics, Cambridge University Press,1999. - L. D. Carr, Understanding Quantum Phase Transitions, CRC Press, 2010. - Nature Physics, Vol.4, No.3 March 2008. - S. Sachdev, Quantum Phase Transitions, Cambridge University Press, 2011.
|
- التصنيف : الكيمياء والفيزياء - النوع : الكيمياء والفيزياء - المجلد : المجلد السابع مشاركة :
اخترنا لكم
المجلدات الصادرة عن موسوعة العلوم والتقانات
