Kvanttifaasimuutokset

Kvanttifaasimuutos on tilamuutos, joka tapahtuu monimutkaisessa monijäsenisessä järjestelmässä nollalämpötilassa, kun kontrolliparametri kuten paine, magneettikenttä tai vuorovaikutusten voimakkuus säädetään. Tällöin ground statein (maantilan) ominaisuudet muuttuvat merkittävästi, eikä muutos johdu lämpötilan muutoksesta. Kvanttifluktuaatiot, ei termiset fluctuations, ajavat tällaiset muutokset. Kvanttifaasimuutokset eroavat perinteisistä faasimuutoksista, joiden aiheuttajana on lämpötila.

Kun säätöparametri lähestyy kriittistä arvoa, järjestelmän energiahäviö voi sulkeutua ja korrelaatioetäisyys kasvaa suureksi, usein loppuen äärettömän suureksi. Tämä nimitetty quantum critical point määrittelee faasimuutoksen tilan. Fyysinen ominaisuus, kuten järjestyksen parametri, energia-aukko ja korrelaatio, noudattaa erityisiä skaalauksia; järjestelmää kuvaavat kriittiset eksponentit (kuten ν ja z), jotka määrittelevät, miten pituus- ja aikaskaalat muuttuvat lähellä pistettä. Finite-temperature olosuhteissa esiintyy myös kvanttikriittinen alue, jossa sekä kvantti- että termiset fluctuations vaikuttavat ilmiöihin.

Tärkeimpiä esimerkkejä kvanttifaasimuutoksista ovat kvantti-Ising-mallin ja transverskentän Ising-mallin kaltaiset mallit sekä Bose-Hubbard-malli, joka kuvaa superfluidi- ja Mottinieristymisen välisen siirtymän. Ultrapienissä atomeissa ja epäjärjestäytyneissä materiaaleissa havaitaan kvanttikriittisyyteen liittyviä esiintymiä, kuten epätyypillistä sähköistä käyttäytymistä ja poikkeavaa skaalautumista. Kvanttifaasimuutokset ovat keskeisiä monien-päätekijöiden tutkimuksessa, mukaan lukien kiinteiden aineiden, älykkäiden materiaalien ja kvanttisimulaattoreiden kehitys.