Transición de fase de primer orden, sobrecalentamiento/sobreenfriamiento, estado metaestable

Tienes razón, estos términos están relacionados. La metaestabilidad generalmente se produce en sistemas que se describen mediante una energía libre de Landau que contiene un término cúbico o de potencia 6 además del habitual$\phi^4$-teoría . Por ejemplo, la energía libre de Landau con un término cúbico se muestra a continuación.

Hay tres temperaturas especiales:

• $T^{**}$en el que se forma un mínimo local adicional en finito$\phi$.
• $T_c$en el que este mínimo local se convierte en el mínimo global.
• $T^*$en el que la curvatura en$\phi=0$se vuelve negativo.

Deje que el sistema comience en$\phi=0$(fase desordenada) para$T>T^{**}$. Al bajar$T$abajo$T_c$el finito$\phi$mínimo local sería el favorable. Pero la curvatura en$\phi=0$sigue siendo positivo, por lo que se mantiene en la fase desordenada; se dice que está sobreenfriado. Bajando aún más la temperatura, la curvatura finalmente se vuelve negativa y la$\phi=0$fase se vuelve inestable, por lo que$\phi$salta al valor finito del mínimo local. Al volver a subir la temperatura, el finito (ordenado)$\phi$fase permanecerá estable (curvatura positiva en el mínimo local) incluso cuando la temperatura exceda$T_c$; el sistema está sobrecalentado, entonces. Una vez$T>T^{**}$, de nuevo, el mínimo local en finito$\phi$desaparece y$\phi$vuelve a saltar a cero.

Como$\phi$saltos, esta es una transición de fase discontinua, también conocida como de primer orden. La metaestabilidad es el término general que describe tanto el sobreenfriamiento como el sobrecalentamiento. En los sistemas magnéticos, esto también se conoce como histéresis .

Se puede encontrar más información sobre esto, por ejemplo, en N. Goldenfeld: Conferencias sobre transiciones de fase y fenómenos críticos , capítulo 5.5. Esta también es una buena introducción a la teoría de Landau en general si no está familiarizado con ella.