Phasenübergang 1. Ordnung, Überhitzung/Unterkühlung, metastabiler Zustand

Sie haben Recht, diese Begriffe sind verwandt. Metastabilität tritt normalerweise in Systemen auf, die durch eine freie Landau-Energie beschrieben werden, die zusätzlich zum Üblichen einen kubischen oder Potenz-6-Term enthält$\phi^4$-Theorie . ZB ist unten die freie Landau-Energie mit einem kubischen Term dargestellt.

Es gibt drei Sondertemperaturen:

• $T^{**}$an dem sich endlich ein zusätzliches lokales Minimum bildet$\phi$.
• $T_c$bei dem dieses lokale Minimum zum globalen Minimum wird.
• $T^*$an der die Krümmung an$\phi=0$negativ wird.

Lassen Sie das System bei starten$\phi=0$(ungeordnete Phase) für$T>T^{**}$. Beim Absenken$T$unter$T_c$das Endliche$\phi$das lokale Minimum wäre das Günstigste. Aber die Krümmung bei$\phi=0$ist immer noch positiv, bleibt also in der ungeordneten Phase; es soll unterkühlt sein. Bei weiterer Absenkung der Temperatur wird die Krümmung schließlich negativ und die$\phi=0$Phase wird instabil, so$\phi$springt beim endlichen Wert des lokalen Minimums. Beim erneuten Erhöhen der Temperatur wird die (geordnete) Endlichkeit$\phi$Phase bleibt stabil (positive Krümmung am lokalen Minimum), auch wenn die Temperatur überschritten wird$T_c$; das System ist dann überhitzt. Einmal$T>T^{**}$, wieder das endliche lokale Minimum$\phi$verschwindet und$\phi$springt auf null zurück.

Als$\phi$Sprünge, dies ist ein diskontinuierlicher Phasenübergang, auch bekannt als erster Ordnung. Metastabilität ist der Oberbegriff, der sowohl Unterkühlung als auch Überhitzung beschreibt. Bei magnetischen Systemen wird dies auch als Hystersis bezeichnet .

Nähere Informationen hierzu finden sich zB in N. Goldenfeld: Vorlesungen über Phasenübergänge und kritische Phänomene , Kapitel 5.5. Dies ist auch eine gute Einführung in die Landau-Theorie im Allgemeinen, wenn Sie damit nicht vertraut sind.