¿Una transición de fase cuántica tiene calor latente?

Como dice el título, estoy pensando en la pregunta de si una transición de fase cuántica tiene calor latente. Si es así, a temperatura 0, podemos conducir el sistema por algún parámetro de la fase de desorden a la fase ordenada, a dónde va el calor si ya está a temperatura 0.

Calor y temperatura no son lo mismo. una transición de fase de temperatura finita de primer orden también tiene calor latente; el calor se dedica a reconfigurar los grados de libertad, pero la temperatura no cambia al agregar más calor hasta que se completa la transición de fase.
¿No debería esto depender de la transición de fase cuántica? No hay un solo tipo de estos. ¿Hay alguna transición de fase cuántica en particular en la que estés pensando?
Algunos lo hacen, otros no. Al igual que las transiciones de fase clásicas, las cuánticas pueden ser de primer orden (con calor latente) o de segundo orden (sin calor), o algo más. La mayoría de los ejemplos tradicionales que saltan a mi mente son de segundo orden.
Ahora, creo que cambiar el parámetro externo para impulsar una transición de fase cuántica agregará calor al sistema. Pero esto no es calor latente. Si ingreso trabajo externo para cambiar el parámetro para conducir un estado fundamental A al otro B. Si no sale calor, significa que B tiene una energía más alta. Y usando el mismo argumento, A también tiene una energía más alta que B. Así que aquí hay una contradicción. Por lo tanto, parece que parte del trabajo que se usa para cambiar el parámetro externo debe convertirse en calor, luego el sistema se calienta.

Respuestas (1)

Ver wikipedia .

Dice que una transición de fase cuántica es de segundo orden , lo que significa que no hay calor latente.

Aparentemente existe cierta controversia al respecto. Del resumen de este artículo :

"Con frecuencia se argumenta que solo las transiciones de fase de segundo orden en T = 0 merecen llamarse transiciones de fase cuántica, mientras que las transiciones de fase cuántica de primer orden son una contradicción en los términos".

Voy a tratar de explicar con algo más de detalle. Del artículo de Wikipedia: "Al contrario de las transiciones de fase clásicas, solo se puede acceder a las transiciones de fase cuánticas variando un parámetro físico, como el campo magnético o la presión, a temperatura cero absoluta".Supongamos que el parámetro que cambiamos es la presión (el campo magnético funciona de la misma manera, pero será conveniente tener un nombre específico para este parámetro). La transición de fase cuántica tiene lugar a la temperatura T = 0. Es decir, a cualquier presión dada, el sistema estará en su estado de energía más bajo. Sin embargo, no se requiere que la energía del material sea la misma a todas las presiones. Cuando variamos la presión, la energía puede cambiar. Si esto sucede, cambiar la presión requerirá trabajo o extraerá trabajo del sistema. Por ejemplo, aumentar la presión puede hacer que el estado fundamental del material sea más denso; en este caso, se necesitará energía para aumentar la presión, ya que estamos realizando un trabajo para comprimir el material.

La diferencia entre una transición de fase cuántica de primer orden y una transición de fase cuántica de segundo orden es si la pendiente de la curva de energía/presión cambia en la transición de fase. Para saber cómo funciona una transición de fase cuántica de primer orden, considere un material con dos estados diferentes. Para PAG < PAG C , el primer estado tiene menor energía. Para PAG > PAG C , el segundo estado tiene menor energía. Sin embargo, la curva de energía/presión para cada estado individual es suave a medida que pasa por la transición. En PAG C , entonces, el material idealmente cambiará de un estado a otro en PAG C . Sospecho que para la mayoría de las sustancias, esto solo sucederá sin problemas si cambia la presión a un punto ligeramente más allá PAG C y espere mucho tiempo en este punto.

El calor latente es energía que debe poner en un sistema durante la transición de fase. Para las transiciones de fase ordinarias, existe una diferencia de entropía entre las dos fases, y la energía adicional es necesaria porque la entropía del material cambia cuando pasa por la transición de fase; esto está relacionado con la Segunda Ley de la Termodinámica . En T = 0, no hay entropía en ninguna de las fases. En T = 0, si dos fases pueden coexistir, deben tener la misma energía. Esto significa que incluso las transiciones de fase de primer orden en T = 0 no pueden tener ningún calor latente.

Pensemos en dos estados fundamentales. Si ingreso trabajo externo para cambiar el parámetro para conducir un estado fundamental A al otro B. Si no sale calor, significa que B tiene una energía más alta. Y usando el mismo argumento, A también tiene una energía más alta que B. Así que aquí hay una contradicción. Por lo tanto, parece que parte del trabajo que se usa para cambiar el parámetro externo debe convertirse en calor, luego el sistema se calienta.
Pero parece que no es lo mismo que el calor latente. Solo hay una capacidad calorífica relacionada con el parámetro que impulsa el QPT.
Si ingresa trabajo externo para cambiar el sistema de A a B, entonces cambiar el sistema de B a A realizará trabajo.
Si cambiar el sistema de B a A como usted dice funcionará, entonces el sistema no es estable. Si el sistema es estable, significa que el cambio en cualquier dirección cuesta energía.
@Xiao-Qi Sun: Traté de abordar sus comentarios en mi respuesta revisada. No puede darse el caso de que un cambio en cualquier dirección cueste energía, porque la energía se conserva.
La energía se conserva. Pero aún necesitamos energía para cambiar el estado fundamental de A a B y B a A. Como el costo de la energía no es simplemente la diferencia de energía de dos estados fundamentales A y B. La razón por la que son estables es porque están en una energía mínimo. Por lo tanto, para alejarlos de un estado fundamental estable A a B mediante una transición de fase, movemos el sistema de un mínimo de energía al otro. Al menos necesitamos la energía de la barrera de energía en ambas direcciones.
Oh, ahora creo que tienes razón. En el régimen crítico, el estado fundamental A y B tienen casi la misma energía. La fluctuación cuántica es suficiente para cambiar el sistema sin más entrada de energía externa. ¡Muchas gracias! @Peter Shor
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