Hiện tượng tới hạn

Hiện tượng tới hạn là hiện tượng liên hệ với những biểu hiện đặc biệt của vật chất khi ở gần hoặc ở tại điểm chuyển pha liên tục (còn được gọi là điểm tới hạn). Trong nhiệt động lực học, điểm tới hạn là điểm cuối của đường cong cân bằng pha.

Điểm tới hạn lần đầu tiên được khám phá vào khoảng hơn 100 năm trước nhưng việc nghiên cứu những biểu hiện ở gần điểm tới hạn chỉ mới xuất hiện gần đây. Trong mỗi trường hợp, tính chất của điểm tới hạn xuất hiện do hệ thống tồn tại những bậc tự do nhất định có những dao động lớn bất thường trên thang bước sóng dài. Những dao động lớn là nguyên nhân phá vỡ các định luật vĩ mô thông thường của các hệ vật chất ngưng tụ và đó là một thách thức lớn để tìm ra các định luật mới mô tả hệ thống ở điểm tới hạn. Thách thức xảy ra đối với các nhà vật lý lý thuyết vì các dao động lớn không thể xử lý được bằng lý thuyết tính toán cũ và đối với các nhà vật lý thực nghiệm khi thực hiện các phép đo ở gần điểm tới hạn để kiểm tra các lý thuyết hiện có hoặc khám phá trực tiếp ra các định luật tới hạn.

Nghiên cứu về hiện tượng tới hạn đã đạt được rất nhiều thành công, những hiểu biết mà chúng ta có được thật sự hữu ích áp dụng nghiên cứu cho những hệ thống khác gồm có lý thuyết trường lượng tử cho các hạt cơ bản, giải thích hiện tượng trong chuỗi polyme [72]... Nghiên cứu thực nghiệm về các hiện tượng tới hạn cũng có những tác động tích cực cả trong lẫn ngoài lĩnh vực vật lý vật chất ngưng tụ.

Trong giản đồ pha 2 chiều, có thể có những trường hợp đường chuyển pha loại II gặp đường chuyển pha loại I tại điểm được gọi là điểm ba tới hạn (tricritical point).

12

Có những trường hợp nhiều đường chuyển pha gặp nhau tại một điểm thì điểm đó được gọi là điểm đa tới hạn (multicritical point). Trong giản đồ pha 3 chiều, có thể tồn tại các đường tới hạn (Critical line).

Khi nghiên cứu chuyển pha loại II, chúng ta thường khảo sát sự biến thiên của các đại lượng vật lý khi nhiệt độ T tiến gần đến nhiệt độ chuyển pha TC hoặc dạng phụ thuộc của các đại lượng vào tỷ số không thứ nguyên

C .

C T T

T

 = − (1.6) Gần điểm tới hạn, đại lượng vật lý A có dạng:

,

a

A (1.7) các chỉ số a là các chỉ số tới hạn, bộ các chỉ số tới hạn thường mang tính chất

phổ quát và giữa chúng có các hệ thức xác định.