結構相變

序參數(order parameter)

一個正在有序化的合金到底有多有序——或任何結構相變進行到哪一步了?我們想要一個單一的旋鈕:在高對稱、無序相讀數為零,隨著低對稱、有序相的發展成長到一(或某個最大值)。這個旋鈕就是序參數。它量度「新相的區別性特徵已經出現了多少」——化學有序、原子位移、應變、極化——是整套現代相變理論的核心變數。

對有序化合金,長程序參數的定義讓 S = 1 表示每個原子都在它正確的子晶格上、S = 0 表示佔據完全隨機。一個常見形式是 S = (r 減 x)/(1 減 x),其中 r 是某子晶格實際被「正確」原子佔據的比例、x 是該原子的整體濃度。合金冷卻到相變以下時,S 由 0 攀向 1。對位移型相變,序參數改為原子位移的大小(或自發極化、或應變);概念是一樣的。

序參數之所以強大,是因為它在相變附近的「行為」告訴你相變的種類。在二級(連續)相變中,它由零平滑升起,緊鄰臨界溫度 Tc 之下通常像 S 正比於 (Tc 減 T)^(1/2);在一級相變中,它從零不連續地跳到一個有限值。朗道理論整套都是把自由能展開成這一個變數的冪級數建立起來的,這正是為什麼「找到正確的序參數」是理解任何結構相變的第一步。

在 beta-黃銅裡定義長程序參數 S:完全隨機時 S = 0,銅、鋅各就正確位置時 S = 1。量測不同溫度下的超晶格反射強度(正比於 S^2),可畫出 S 隨溫度的曲線:它從 454 度 C 的 0 平滑升起,愈冷愈接近 1——正是二級相變的樣貌。

序參數:在無序相為 0、有序相成長的單一數字;它隨溫度變化的方式(連續或跳變)揭示相變是二級還是一級。

序參數在高對稱(無序)相為 0、在低對稱(有序)相成長;它「如何」隨溫度變化揭示相變的種類:二級相變中連續由零升起(常近似 (Tc 減 T)^(1/2)),一級相變則從零跳到有限值。

又称
long-range order parameteretaS有序參數