結構相變
二級相變(second-order transition)
相變有兩種性情。一級相變是突兀的——像冰融化:兩相共存、有潛熱,某個性質不連續地跳變。二級(或連續)相變則溫和:沒有潛熱、相變點上沒有兩相共存,變化是由零平滑地長出來,而非跳躍。序參數在你越過臨界溫度時連續地離開零,所以晶體從來不是「一部分舊相、一部分新相」——它是一個相連續地扭曲成另一個相。
這名稱來自厄倫費斯特(Ehrenfest)的分類:在一級相變,自由能的「一階」導數(熵、體積)不連續;在二級相變,這些一階導數連續,但「二階」導數(熱容、熱膨脹、壓縮率)跳變或發散。所以沒有突然吸收的潛熱,但熱容在 Tc 出現尖峰。序參數在緊鄰 Tc 之下通常像 eta 正比於 (Tc 減 T)^(1/2)——由零升起,但起始斜率是垂直的。
從結構看,連續相變要求兩相之間存在群-子群關係(低對稱結構必須是高對稱結構的對稱子群)——這是朗道的洞見,也是序參數能由零平滑成長的原因。真實例子包括 beta-黃銅的有序化相變、許多位移型鐵電與鐵彈性相變(常由軟模驅動)以及磁性有序。誠實地說:許多看似連續的相變,仔細檢視其實是弱一級的;真正連續的相變是特殊的。
beta-黃銅的有序化接近一個二級相變:隨溫度降到 454 度 C 以下,序參數由零連續升起,沒有潛熱、沒有兩相共存。它的指紋是熱容在 Tc 出現一個「lambda 形」尖峰——一階導數(熵)連續,二階導數(熱容)卻在該處急遽躍升。
二級(連續)相變:無潛熱、無兩相共存,序參數由零連續升起,熱容在 Tc 出現尖峰;要求群-子群關係。
二級相變沒有潛熱、沒有兩相共存,序參數由零連續升起;自由能的一階導數(熵、體積)連續,但二階導數(熱容、熱膨脹)在 Tc 出現跳變或發散。連續相變要求兩相之間存在群-子群關係。
又稱
另見