Phasenumbrüche

Phasenumbrüche, auch Phasenübergänge genannt, sind Veränderungen des makroskopischen Zustands eines Systems, die durch Umordnungen der Teilchenstruktur oder durch Änderung des Ordnungsglieds gekennzeichnet sind. Sie treten auf, wenn äußere Parameter wie Temperatur, Druck oder chemische Zusammensetzung variiert werden, und führen oft zu markanten Änderungen physikalischer Eigenschaften wie Dichte, Entropie, Magnetisierung oder elektrischer Leitfähigkeit.

Klassifikation: In der klassischen Ehrenfest-Definition unterscheidet man erstordentliche und zweitordnungige Übergänge. Bei erstordentlichen Übergängen treten Sprünge in Eigenschaften wie Dichte oder Entropie auf; dazu gehört eine Latentwärme. Typische Beispiele sind das Schmelzen von Eis bei 0 °C oder das Verdampfen von Wasser. Zweitordnungstransitionen zeichnen sich durch eine kontinuierliche Freie Energie aus, jedoch durch Sprünge oder Divergenzen in Ableitungen; der Ordnungsparameter geht typischerweise gegen Null. Beispiele sind der Curie-Punkt in ferromagnetischen Stoffen oder der Übergang in den supraleitenden Zustand bei einer bestimmten Temperatur Tc.

Phasendiagramme veranschaulichen Koexistenzbereiche in Temperatur-Druck- oder Temperatur-Zusammensetzungs-Räumen und enthalten Begriffe wie kritischer Punkt, Tripelpunkt und metastabile Bereiche. Theoretisch erklären Modelle wie die Landau-Theorie und Renormierungsgruppen Phasenübergänge und deren kritische Exponenten; Quantenphasenübergänge treten bei sehr niedrigen Temperaturen auf, wenn äußere Parameter statt der Temperatur den Übergang steuern.

Anwendungen finden sich in der Materialforschung, in Phasenwechselmaterialien für Speichertechnologien und in grundlagenorientierten Bereichen der Physik.