Det underlige ved langsom dynamik

I en nylig artikel offentliggjort i Fysisk gennemgangsbreve , forskere fra nanomagnetismegruppen på nanoGUNE rapporterede hidtil ukendte anomalier nær dynamiske faseovergange (DPT'er). Sådanne anomalier eksisterer ikke i tilsvarende termodynamiske faseovergange (TPT'er), og udgør således en tydelig forskel mellem DPT'er og TPT'er, selvom deres ækvivalens var det centrale resultat af mere end to årtiers forskning fra mange grupper rundt om i verden.

Undersøgelsen af ​​dynamisk adfærd og kinetisk mønsterdannelse i interagerende systemer er vigtig på så forskellige områder som laseremission, dannelsen af ​​klitter eller hjerneaktivitet. Tilsvarende studiet af ikke-ligevægtsdynamiske fænomener er af største betydning, og dens detaljerede forståelse afhænger afgørende på passende modeller. En af disse modeller er den meget udbredte kinetiske Ising -model (kIM), som kan udvise kvalitativt forskellige former for dynamisk adfærd, herunder dynamiske faseovergange, trods sin enkelhed. Efter mere end to årtiers forskning ved hjælp af kIM, konsensus fremkom, at egenskaberne af DPT'er virkelig er analoge med TPT'ernes. Det nye arbejde fra nanoGUNE -teamet, imidlertid, afsløret, at disse ligheder mellem dynamiske og termodynamiske faseovergange er langt mere begrænsede end tidligere antaget.

Overraskende, det nyligt udgivne værk rapporterede om de mest markante afvigelser, der skulle forekomme, når dynamikken er langsom. Dette er uventet, fordi langsom dynamik generelt forstås at nærme sig termodynamisk adfærd, og de fleste eksperimentelle undersøgelser af ligevægtsegenskaber er, faktisk, langsom dynamik undersøgelser, hvor de eksterne parametre ændres så langsomt, at systemet kan formodes at være vilkårligt tæt på termodynamiske ligevægtsbetingelser. Imidlertid, det nye værk af Riego et al. viser, at langsomme DPT'er er meget forskellige fra konventionelle TPT'er, der henviser til, at hurtige DPT'er udviser den tidligere postulerede fulde ækvivalens med TPT'er.

Forfatterne studerede via eksperimenter og beregninger den detaljerede adfærd for et ferromagnetisk system, der efterligner kIM ved at blive udsat for en kombination af et oscillerende magnetfelt med amplitude H0 og periode P, og et konstant bias -felt Hb. Når feltet fejes hurtigt, systemets magnetisering M kan ikke følge feltomvendelsen og udviser således en ikke-nul-cyklus-gennemsnitsværdi Q =, som er ordensparameteren for den dynamiske tilstand. Q (P, Hb) diagrammer over DPT'er har været antaget at svare til M (T, H), diagrammer for TPT'er med T og H som henholdsvis temperatur og anvendt felt. Samtidig, følsomhedsdiagrammerne forstås at være identiske, udviser en enkelt skarp top på grund af modtagelighed divergens på det kritiske punkt. Imidlertid, den detaljerede undersøgelse af nanoGUNE-forskerne viser nu, at der forekommer unormale ekstra funktioner for DPT'er i tilfælde af langsomme dynamiske faseovergange, der fremstår som følsomhedsbånd i den paramagnetiske tilstand, og for hvilke der ikke findes nogen ækvivalens i TPT'er. Kun til hurtige DPT'er, ækvivalensen til TPT'er bevares, som det kan ses på figuren.