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半導体用語集

相転移

英語表記：Phase transition

物質の一つの均質な状態を相（phase）というが、温度、圧力または電場、磁場などの外場の変化によって物質がある相から異なる相へ変化することを相転移という。相転移を生じる温度、圧力などを転移点という。相転移が準安定状態や潜熱を伴う場合を一次相転移、そうでない場合を二次相転移と呼び区別される。液体の蒸発および気体の凝縮（気相一液相転移）、固体の融解および液体の凝固（液相一固相転移）、金属の相変態は一次相転移、合金や強磁性体の秩序一無秩序転移、超伝導転移，超流動転移は二次相転移の例である。
ランダウ （L.D. Landau）による相転移の現象論では、系の自由エネルギーGを、系に定義される秩序パラメ一夕ξで記述する。ξは、気相一液相転移では全体積、合金では隣接する異種または同種原子対の割合、強磁性体では磁化にとる。外場がないとして、Gをξの偶関数で表わし、　　　　　G（ξ）=αξ²+βξ⁴+γξ⁶+・・・（1）
とおく。いまある温度域で、T＝T₀を境に、α＞0（T＞T₀）、α0、さらに高次項は無視できるものとした時、系の平衡状態を与えるGの最小値は、図1に示すように、T＞T₀ではξ=0、TくT₀ではTに応じた値ξ=√(｜α｜/2β)で与えられる。T₀は転移温度であり、T＝T₀で秩序パラメータξは連続的に0に変化する。
このような相転移を二次相転移という。T=T₀においてエントロピーS＝∂G/∂T は連続的に変化するので、相転移に伴う系のエントロピー変化⊿S=0であり、潜熱L＝Tc⊿Sは0である。これは二次相転移の特徴である。
一方、式（1）において、α、γ>0、βξcに対してGが最小となる。この場合Tcが転移温度であり、T＝Tcで平衡状態を与える秩序パラメータξは不連続的に変化する。このような相転移を一次相転移という。T＝Tcにおいてエントロピー変化 ⊿S≠0となり、潜熱L＝Tc⊿Sを伴う。図2にみられるように、一次相転移ではGの最小値を与える二つの状態間に自由エネルギーの山があり、T

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