量子相变

在物理学中，量子相变 (QPT) 是不同量子相（零温度下的物质相）之间的相变。 与经典相变相反，量子相变只能通过在绝对零温度下改变物理参数（例如磁场或压力）来实现。 跃迁描述了多体系统的基态由于其量子涨落而发生的突然变化。 这种量子相变可以是二阶相变。 量子相变也可以用拓扑费米子凝聚量子相变来表示，参见例如 强相关量子自旋液体。 在三维费米液体的情况下，这种转变将费米面转变为费米体积。 这种转变可以是一阶相变，因为它将二维结构（费米面）转换为三维。 结果，费米液体的拓扑电荷突然改变，因为它只取一组离散值中的一个。

要理解量子相变，将它们与经典相变 (CPT)（也称为热相变）进行对比是很有用的。 CPT 描述了系统热力学性质的尖点。 它标志着粒子的重组； 一个典型的例子是描述液体和固体之间转变的水的冻结转变。 经典相变是由系统能量与其热波动的熵之间的竞争驱动的。 经典系统在零温度下没有熵，因此不会发生相变。 它们的顺序由热力学势的一阶不连续导数决定。 例如，从水到冰的相变涉及潜热并且是一阶的。 从铁磁体到顺磁体的相变是连续的并且是二阶的。 这些从有序相到无序相的连续转变由有序参数描述，该参数在无序相中为零，在有序相中为非零。 对于上述铁磁转变，有序参数将代表系统的总磁化强度。

虽然有序参数的热力学平均值在无序状态下为零，但其波动可以是非零的，并且在临界点附近变得长程化，其中它们的典型长度尺度 ξ（相关长度）和典型波动衰减时间尺度 τc （相关时间）

定义为与临界温度 Tc 的相对偏差。 我们称 ν 为（相关长度）临界指数，z 为动态临界指数。 经典热力学充分描述了非零温度相变的临界行为； 即使实际相需要量子力学描述（例如超导性），量子力学也不起作用。

谈论量子相变意味着谈论 T = 0 时的相变：通过调整压力、化学成分或磁场等非温度参数，可以抑制例如 一些转变温度，如居里或尼尔温度到 0 K。

由于在零温度下处于平衡状态的系统始终处于其最低能量状态（如果最低能量是退化的，则处于同等权重的叠加状态），QPT 不能用热波动来解释。

QPT 发生在量子临界点 (QCP)，其中驱动跃迁的量子涨落发散并在空间和时间上变得尺度不变。

虽然xxx零在物理上无法实现，但可以在系统在临界点附近的低温行为中检测到转变的特征。 在非零温度下，能量标度为 kBT 的经典涨落与能量标度为 ħω 的量子涨落竞争。 这里 ω 是量子振荡的特征频率，与相关时间成反比。