Переход Березинского—Костерлица—Таулесса (BKT)

Переход Березинского—Костерлица—Таулесса (BKT-переход) — это особый тип фазового перехода, предсказанный в начале 1970-х годов Вадимом Березинским, а затем независимо Джоном Костерлицем и Дэвидом Таулессом. Он характерен для двумерных систем с непрерывной симметрией, таких как XY-модель (плоский ротор) или тонкие сверхтекучие плёнки гелия-4. В отличие от фазовых переходов в трёх измерениях, в двумерных системах теорема Мермина—Вагнера запрещает спонтанное нарушение непрерывной симметрии и возникновение дальнего порядка при конечных температурах. BKT-переход представляет собой механизм изменения фазы, не нарушающий эту теорему.

Механика перехода основана на поведении топологических дефектов — вихрей. При низких температурах вихри и антивихри существуют только в виде связанных пар, энергия которых логарифмически зависит от расстояния между ними. Такие пары поляризуют среду, приводя к квазидальнему порядку с алгебраическим убыванием корреляционных функций. При достижении критической температуры T_BKT происходит диссоциация пар: вихри и антивихри становятся свободными. Их неограниченная подвижность разрушает квазидальний порядок, и система переходит в фазу с экспоненциальным убыванием корреляций. Критическая линия описывается универсальными соотношениями, связывающими температуру перехода с параметрами системы.

BKT-переход имеет прямое экспериментальное подтверждение в физике конденсированного состояния. Классическим примером является переход в тонких плёнках сверхтекучего гелия-4, где он проявляется в изменении закона убывания корреляций и скачке плотности сверхтекучей компоненты. Он также наблюдается в двумерных электронных газах, ультрахолодных атомных газах, двумерных магнетиках и массивах джозефсоновских контактов. В последние десятилетия BKT-физика стала актуальной в контексте двумерных материалов, таких как монослои переходных металлдихалькогенидов, и в исследованиях топологических изоляторов.

Ограничения классической теории BKT связаны с необходимостью учёта квантовых флуктуаций, диссипации и неидеальности реальных систем (например, наличие дислокаций или неоднородностей). Современные исследования фокусируются на квантовых аналогах перехода (квантовый BKT-переход), его роли в неупорядоченных системах и высокотемпературной сверхпроводимости. В теоретической физике BKT-механизм служит прототипом для понимания конфайнмента в калибровочных теориях (например, диссоциация пар кварк-антикварк) и является ключевым элементом в теориях струн и квантовой гравитации, где он связан с дуальностями, такими как T-дуальность бозонной струны.