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Statische kritische Exponenten

Bei Annäherung an die kritische Temperatur tex2html_wrap_inline7597 beobachtet man ein Anwachsen der Spincluster (tex2html_wrap_inline7599) und damit einen Übergang dieser kurzreichweitigen Ordnung in die langreichweitige Ordnung der ferromagnetischen Phase.

Ebenso wie die Korrelationslänge tex2html_wrap_inline7579 weisen auch die makroskopischen, thermodynamischen Größen beim Übergang tex2html_wrap_inline7603 ein singuläres Verhalten auf, das sich näherungsweise durch einfache Potenzgesetze beschreiben läßt gif:

tex2html_wrap7701

Die reduzierte Temperatur t ist hierbei definiert durch:
displaymath3129
die kritischen Exponenten tex2html_wrap_inline6187 durch den Grenzübergang gif:


 equation3142

Die große Bedeutung der kritischen Exponenten liegt in ihrer Universalität:
Phasenübergänge unterschiedlicher, physikalischer Systeme mit Übergangstemperaturen, die sich um Größenordnungen voneinander unterscheiden, weisen näherungsweise dieselben Werte ihrer kritischen Exponenten auf. Das bedeutet, daß das Verhalten ihrer thermodynamischen Größen nicht von den Details der ordnenden Wechselwirkung abhängt, sondern von globalen Eigenschaften des Systems (siehe Renormalisierungsgruppentheorie).

Eine weitere bemerkenswerte Eigenschaft der kritischen Exponenten, die experimentell weitgehend bestätigt ist, liegt darin, daß einfache algebraische Beziehungen zwischen ihnen existieren, die sogenannten Skalengesetze, welche die Zahl der unabhängigen Exponenten auf zwei verringern:
eqnarray3152

Diese Beziehungen folgen aus der Annahme der Skaleninvarianz, welche besagt, daß für tex2html_wrap_inline7631 nur eine relevante, divergierende Längenskala existiert, die durch die Korrelationslänge tex2html_wrap_inline7633 gegeben ist.

Bei Gültigkeit der Skaleninvarianz läßt sich die statische Korrelationsfunktion tex2html_wrap_inline7583 als Produkt der Variablen tex2html_wrap_inline7637 bzw. q mit einer nichtsingulären, homogenen Funktion tex2html_wrap_inline7641 bzw. tex2html_wrap_inline7643 schreiben, welche nur vom Verhältnis der beiden Größen abhängt:


eqnarray3163

Das singuläre Verhalten der statischen Korrelationsfunktion tex2html_wrap_inline7583 wird somit durch den Exponenten tex2html_wrap_inline7647 der Korrelationslänge tex2html_wrap_inline7649 und den Exponenten der statischen Skalierung tex2html_wrap_inline7651 (Definition siehe oben gif ) vollständig beschrieben:


displaymath3182

Die zwei unabhängigen Exponenten tex2html_wrap_inline7647 und tex2html_wrap_inline7651 sind über das Skalengesetz tex2html_wrap_inline7663 mit dem kritischen Exponenten tex2html_wrap_inline5297 der Suszeptibilität tex2html_wrap_inline7667 verknüpft.

Universalität und Skalengesetze, ursprünglich Hypothesen, werden in der Renormalisierungsgruppentheorie (RGT) [Wil 71], [Wil 74], [Wil 79] mit der Annahme verknüpft, daß nahe tex2html_wrap_inline6383 nur Verhalten großer Wellenlänge eine Rolle spielt. Die einzelnen Spins werden innerhalb dieser Theorie in Blöcke gruppiert und "`renormalisiert"', so daß die Blöcke das gleiche makroskopische Verhalten aufweisen wie die ursprünglichen, einzelnen Spins, die Stärke der gegenseitigen Wechselwirkung sich jedoch verändert. Diese Einteilung wird solange vorgenommen (kritischer Punkt), bis das entstehende Blocksystem lediglich Information großer Wellenlänge enthält. Es zeigt sich, daß Systeme mit gleichem, kritischem Punkt, der nur durch die Dimension des Ordungsparameters n und des wechselwirkenden Gitters d bestimmt ist, dasselbe kritische Verhalten aufweisen, unabhängig von der Details der mikroskopischen Wechselwirkung.
Tabelle gif vergleicht die theoretischen ermittelten Werte gif der Weißschen Molekularfeldtheorie (Mean Field) [Wei 07] und der Renormalisierungsgruppentheorie für den Fall eines dreidimensionalen, anisotropen Ising- bzw. isotropen Heisenberg-Ferromagneten mit experimentell ermittelten Werten [Gui 77], [Hua 87], [Hoh 89].

  table3218
Table: Statische, kritische Exponenten für d = 3 Ferromagneten


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ernst schreier
Fri Mar 14 11:46:58 MET 1997