相變是物理學(xué)中的普遍現(xiàn)象，標(biāo)志著系統(tǒng)從一種狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N狀態(tài)。從水沸騰到宇宙結(jié)構(gòu)的形成，這些轉(zhuǎn)變具有巨大的科學(xué)吸引力。相變的一個關(guān)鍵方面是拓?fù)淙毕莸某霈F(xiàn)——新相結(jié)構(gòu)中的缺陷，它們帶有舊相的破損對稱性的印記。了解這些缺陷如何在復(fù)雜系統(tǒng)中形成，特別是在可調(diào)相變中，是具有深遠(yuǎn)影響的關(guān)鍵研究前沿。

Kibble-Zurek機(jī)制（KZM）長期以來一直是理解二階或連續(xù)相變中拓?fù)淙毕菪纬傻幕A(chǔ)。KZM 認(rèn)為，在跨越臨界點(diǎn)的快速淬火過程中，系統(tǒng)會破碎成太小而無法相互建立完全相干的域。這些相干長度定義了一個特征尺度 ξ，系統(tǒng)在其內(nèi)均勻地進(jìn)行轉(zhuǎn)變。然而，在更大的距離上，這些域變得不一致，導(dǎo)致在域壁處形成拓?fù)淙毕荨＿@些缺陷的密度與淬火速率除以 ξ^2 成正比，為預(yù)測簡單系統(tǒng)中的缺陷形成提供了一個強(qiáng)大的工具。

然而，現(xiàn)實(shí)世界很少局限于清晰的二階相變。存在一個迷人的可調(diào)相變領(lǐng)域，其中順序可以連續(xù)變化。在這樣的轉(zhuǎn)變中，系統(tǒng)表現(xiàn)出一階和二階行為的特征，這取決于溫度或壓力等外部參數(shù)。這些“可調(diào)”的相變對KZM提出了挑戰(zhàn)，因?yàn)樗鼘σ浑A相變的適用性是有限的。

最近發(fā)表在《物理評論快報》的研究彌補(bǔ)了這一差距，探索了如何將 KZM 適應(yīng)于預(yù)測可調(diào)相變中的缺陷密度。他們提出了一個將KZM與成核理論相結(jié)合的新框架，成核理論是一階相變的一個成熟概念。通過將這一理論結(jié)合到KZM中，作者提出在可調(diào)相變的淬火過程中，超過臨界尺寸的域在新相中成核，而較小的域仍然停留在舊相構(gòu)型中。域生長動力學(xué)和成核之間的相互作用，導(dǎo)致對缺陷形成的更細(xì)致的理解。

新框架提供了幾個關(guān)鍵優(yōu)勢。首先，它允許在更廣泛的相變范圍內(nèi)預(yù)測缺陷密度，包括嚴(yán)格的一階和連續(xù)極限。其次，它引入了可調(diào)序參數(shù)的概念，允許控制缺陷形成。通過調(diào)整外部參數(shù)，可以操縱序參數(shù)，影響成核過程，最終影響拓?fù)淙毕莸拿芏取?/p>

這種控制缺陷形成的能力具有重要的實(shí)際意義。例如，在凝聚態(tài)物理中，拓?fù)淙毕輹@著影響材料的性能。例如，超導(dǎo)體由于存在渦流(一種拓?fù)淙毕?而表現(xiàn)出增強(qiáng)的電阻。通過理解和控制相變過程中的缺陷形成，科學(xué)家們可以設(shè)計(jì)出具有定制性能的材料，用于超導(dǎo)、磁性和其他技術(shù)領(lǐng)域。(www.wS46.com)

這個框架也對我們對早期宇宙的理解產(chǎn)生了影響。據(jù)信，宇宙在大爆炸后經(jīng)歷的快速冷卻引發(fā)了許多相變。在這些轉(zhuǎn)變過程中形成的拓?fù)淙毕菘赡茉谟钪娴难莼邪l(fā)揮了至關(guān)重要的作用，影響了星系等宇宙結(jié)構(gòu)的形成和物質(zhì)的分布。對可調(diào)相變中缺陷形成的更精確的理解，可能會導(dǎo)致對早期宇宙及其演化的更深入的理解。

然而，挑戰(zhàn)仍然存在。準(zhǔn)確表征可調(diào)序參數(shù)至關(guān)重要。此外，將現(xiàn)實(shí)世界系統(tǒng)的復(fù)雜性納入考慮范圍，這些系統(tǒng)通常涉及多個相互作用的組件，需要進(jìn)一步的理論發(fā)展。