Переход Березинского—Костерлица—Таулеса и двумерное плавление
В.Н. Рыжов,
Е.Е. Тареева,
Ю.Д. Фомин,
Е.Н. Циок Институт физики высоких давлений Российской академии наук им. Л.Ф. Верещагина, Калужское шоссе 14, Троицк, Москва, 108840, Российская Федерация
Подробно изложены основные положения теории фазовых переходов в плоских вырожденных системах (переходов Березинского—Костерлица—Таулеса—БКТ). Обсуждаются механизмы перехода, применение метода ренормализационной группы для его описания, а также возможные изменения сценария перехода в зависимости от энергии ядра топологического дефекта, в частности, в применении к тонким сверхпроводящим плёнкам. Проведён анализ различных сценариев плавления двумерных систем, современного состояния реальных экспериментов и компьютерного моделирования в данной области. Если в трёхмерном случае плавление всегда происходит посредством перехода первого рода, то в двумерном, как показано Хальпериным, Нельсоном и Янгом, система может плавиться посредством двух непрерывных переходов типа БКТ, при этом в ней возникает промежуточная гексатическая фаза,
характеризуемая квазидальним ориентационным порядком. Однако в системе также может реализоваться фазовый переход первого рода. Недавно был предложен ещё один, отличающийся от такового в рамках теории Березинского—Костерлица—Таулесса—Хальперина—Нельсона—Янга, сценарий плавления, согласно которому плавление может происходить посредством двух переходов: непрерывного перехода типа БКТ твёрдое тело—гексатическая фаза и последующего перехода первого рода гексатическая фаза—изотропная жидкость. Особое внимание уделено зависимости сценария плавления от вида потенциала и влиянию случайного пиннинга на двумерное плавление. В частности, показано, что случайный пиннинг может принципиально изменить сценарий плавления в случае перехода первого рода. Рассмотрено плавление систем с потенциалами с отрицательной кривизной в области отталкивания, которые успешно применяются для описания аномальных свойств воды в трёх и двух измерениях.
Ключевые слова: двумерные системы, переход Березинского—Костерлица—Таулеса, сверхтекучие плёнки, сверхпроводящие плёнки, XY-модель, двумерные кристаллы, топологические дефекты, вихри, дислокации, дисклинации, гексатическая фаза, двумерное плавление, теория Березинского—Костерлица—Таулеса—Хальперина—Нельсона—Янга, переход первого рода PACS:02.70.Ns, 05.70.Ln, 64.10.+h, 64.60.Ej, 64.70.D− (все) DOI:10.3367/UFNr.2017.06.038161 URL: https://ufn.ru/ru/articles/2017/9/a/ 000417704200001 2-s2.0-85040965639 2017PhyU...60..857R Цитата: Рыжов В Н, Тареева Е Е, Фомин Ю Д, Циок Е Н "Переход Березинского—Костерлица—Таулеса и двумерное плавление" УФН187 921–951 (2017)
Паташинский А З, Покровский В Л Флуктуационная теория фазовых переходов (М.: Наука, 1982); Пер. на англ. яз. 1-го русск. изд., Patashinskii A Z, Pokrovskii V L Fluctuation Theory of Phase Transitions (Oxford: Pergamon Press, 1979)
Боголюбов Н Н "Квазисредние в задачах статистической механики" Собрание научных трудов в 12-ти томах Т. 6 (М.: Наука, 2006) с. 236; Пер. на англ. яз., Bogolubov N N (Jr.) "Quasi-averages in problems of statistical mechanics" Quantum Statistical Mechanics: Selected Works (Hackensack, NJ: World Scientific, 2015)
Березинский В Л "Низкотемпературные свойства двумерных систем с непрерывной группой симметрии" Дисс. ... канд. физ.-мат. наук (М.: Институт теоретической физики им. Л.Д. Ландау, 1971); Березинский В Л Низкотемпературные свойства двумерных систем с непрерывной группой симметрии (М.: Физматлит, 2007)
José J V (Ed.) 40 Years of Berezinskii—Kosterlitz—Thouless Theory (Singapore: World Scientific, 2013)
Fetter A L, Hohenberg P C Superconductivity (Ed. R D Parks) (New York: M. Dekker, 1969) p. 817
Feynman R P, Hibbs A R Quantum Mechanics and Path Integrals (New York: McGraw-Hill, 1965)
Balescu R Equilibrium and Nonequilibrium Statistical Mechanics (New York: Wiley, 1975); Пер. на русск. яз., Балеску Р Равновесная и неравновесная статистическая механика Т. 1 (М.: Мир, 1978)
Strandburg K J (Ed.) Bond-Orientational Order in Condensed Matter Systems (New York: Springer-Verlag, 1992)
Ландау Л Д ЖЭТФ7 19 (1937); Landau L D Phys. Z. Sowjetunion11 26 (1937)
Peierls R E Helv. Phys. Acta7 81 (1934)
Peierls R E Ann. Inst. Henri Poincará5 177 (1935)
Ландау Л Д, Лифшиц Е М Статистическая физика Т. 1 (М.: Наука, 1976); Пер. на англ. яз., Landau L D, Lifshitz E M Statistical Physics Vol. 1 (Oxford: Pergamon Press, 1980)
Brock J D Bond-Orientational Order in Condensed Matter Systems (Ed. K J Strandburg) (New York: Springer-Verlag, 1992) p. 1
Ландау Л Д, Лифшиц Е М Теория упругости (М.: Наука, 1987); Пер. на англ. яз., Landau L D, Lifshitz E M Theory of Elasticity (Oxford: Pergamon Press, 1986)