Azərbaycanca
Беларускі
Dansk
Deutsch
Española
Français
Indonesia
Italiana
日本語
Қазақ
Lietuvos
Nederlands
Português
Русский
සිංහල
แบบไทย
Türkçe
Українська
中國人
United State
Afrikaans
Невпорядкована система (англ. disordered system) — конденсована макроскопічна система, в якій відсутній дальній порядок в розташуванні частинок. До невпорядкованих систем належать, зокрема, рідини, аморфні та склоподібні речовини. Не дивлячись на відсутність дальнього порядку, ближній порядок в таких системах може зберігатися .
Важливою закономірності невпорядкованих систем є властивість просторової однорідності в середньому та відсутність кореляції між значеннями величин, що характеризують невпорядкованість системи, в нескінченно віддалених одна від одної точках. Наслідком цього є самоусереднюваність питомих екстенсивних величин. Саме такі величини характеризують експериментально спостережувані фізичні властивості невпорядкованих систем.
Фізика невпорядкованих систем є одним з найважливіших розділів фізики конденсованих середовищ.
Типи невпорядкованості
Ідеальний кристал, який в загальному складається з атомів кількох сортів, характеризується як геометричною правильністю положення всіх точок каркаса (трансляційна впорядкованість), так і регулярністю розташування атомів різних сортів (композиційний порядок). З урахуванням цього в невпорядкованих системах можна виділити два можливих типи розупорядкування.
1. Композиційне розупорядкування.
У випадку композиційного розупорядкування трансляційна симетрія зберігається, однак порушена регулярність розташування атомів різних сортів. Такий тип невпорядкованості прийнято називати композиційним. Прикладом може бути бінарний металічний сплав, у вузлах решітки якого можуть розташовуватися з певною ймовірністю атоми того чи іншого сорту.
2. Трансляційне розупорядкування.
У випадку трансляційного розупорядкування трансляційна симетрія каркаса відсутня, тобто відсутній дальній порядок, хоча ближній порядок зберігається. Такий тип невпорядкованості іноді називають структурним або топологічним. Так, наприклад, в структурах з тетраедричною координацією відсутність дального порядку може бути пов'язана з випадковістю разташування окремих тетраедрів, яке відрізняється від правильного їх розташування в кристалі.
В невпорядкованих системах порушення дального порядку може бути зумовлене композиційним, трансляційним або одночасно обома типами розупорядкування.
Основні типи невпорядкованих систем
- Рідини. В рідинах порушення трасляційної симетрії зумовлене тепловим рухом атомів та молекул.
- Аморфні та склоподібні речовини. Порушення дального порядку зумовлені як типом структури, так і просторовими флуктуаціями в положенні атомів, які виникають в процесі виготовлення матеріалу.
- Сильнолеговані напівпровідники. Порушення дального порядку пояснюється хаотичним розташуванням домішкових атомів.
- Невпорядковані металічні та напівпровідникові сплави. Порушення дального порядку зумовлюється тим, що в заданому вузлі ґратки з певною ймовірністю може бути атом будь-якого з компонентів сплаву.
- Спінове скло. Властивості цих матеріалів зумовлені невпорядкованістю та неузгодженністю магнітних взаємодій між атомамим. В твердих розчинах та сплавах, які містять магнітні атоми, виникає невпорядкованість в положенні їх спінів. Енергія спін-спінової взаїмодії сильно залежить від відстані і може змінювати знак за невеликих варіацій міжатомних відстаней. Такі системи називаються спіновим склом.
- Поверхні кристалів. Порушення дального порядку пояснюється структурними дефектами самої поверхні та хаотично розташованими на ній адсорбованими атомами та молекулами.
Фізичні властивості невпорядкованих систем
Через відсутність дального порядку для опису фізичних властивостей невпорядкованих систем не можна безпосередньо користуватися математичним апаратом, розвинутим для кристалів. Строго кажучи, в більшості невпорядковані системи знаходяться в термодинамічно нерівноважному стані. Тим не менше для невпорядкованих систем практично завжди існує відносно жорсткий каркас, який складається із атомів та іонів, на фоні якого реалізується динаміка швидших ступенів свободи — електронів провідності, фононів тощо. Каркас може бути й жорстко не фіксованим, однак час його перебудови достатньо великий в порівнянні з характерним часом швидших процесів. Наприклад, в металічній рідині позиції іонів в кожний момент часу є рівноважними для легших і відповідно рухливіших електронів провідності.
Електричні та оптичні властивості невпорядкованих систем значною мірою зумовлені спільними для всіх невпорядкованих систем особливостями — відсутністю просторової періодичності потенціальної енергії носіїв заряду та наявністю в ній випадкового поля. Важливим в сучасній фізиці невпорядкованих систем є положення про локалізацію електронів в таких системах. На ньому базуються основні уявлення про енергетичний спектр, кінетичні та інші електронні явища в таких системах. Вперше це положення було сформульовано Ф. Андерсоном в 1958 році і пізніше розвинуте Н. Моттом, який сформулював основні закономірності електронної теорії невпорядкованих систем.
В невпорядкованих системах потенціал електричного поля, в якому рухаються електрони, змінюється випадковим чином. Електрони, енергія яких менша за максимальне значення потенціалу, локалізуються в потенціальних ямах, утворених випадковим полем. Якщо довжина локалізації невелика в порівнянні з відстанню між центрами локалізації, електрон з потенціальної ями тепловими коливаннями атомів може бути перекинутий в сусідню потенціальну яму, в якій можуть існувати локалізовані стани з близькою енергією. Таке перенесення електронів називається стрибковим транспортом і реалізується, наприклад, в аморфних напівпровідниках. Інша особливість електронного переносу в невпорядкованих середовищах зумовлена існуванням критичної концентрації домішок, за якої провідник за нульової температури перетворюється в діелектрик. В невпорядкованих середовищах також проявляються квантово-механічні явища, нехарактерні для кристалів, зокрема, явища слабкої локалізації та , які, серед іншого, призводять до появи в таких матеріалах негативного магнітоопору, аномальної поведінки електроопору зі зміною температури, зростання інтенсивності розсіяння світла назад в колоїдних розчинах (слабка локалізація електромагнітних хвиль) тощо.
Див. також
Примітки
- Названов В. Ф. Физика неупорядоченных полупроводников: Учеб. пособие для студ. физ. и мех.- мат. фак. − Саратов: Изд-во Сарат. ун-та, 2004. − 56 с.: ил. .(рос.)
- Бонч-Бруевич В.Л. и др. Электронная теория неупорядоченных полупроводников. - М.: Наука, 1981. - 384 с.(рос.)
- Anderson, P. W. (1958). "Absence of Diffusion in Certain Random Lattices". Phys. Rev. 109 (5): 1492–1505.(англ.)
- Мотт Н., Дэвис Э. Электронные процессы в некристаллических веществах: В 2 т. (2-е изд., перераб. и доп.). М.: Мир, 1982.(рос.)
- Wolf, P.; Maret, G. (1985). Weak Localization and Coherent Backscattering of Photons in Disordered Media. Phys. Rev. Lett. 55: 2696.(англ.)
Вікіпедія, Українська, Україна, книга, книги, бібліотека, стаття, читати, завантажити, безкоштовно, безкоштовно завантажити, mp3, відео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, малюнок, музика, пісня, фільм, книга, гра, ігри, мобільний, телефон, android, ios, apple, мобільний телефон, samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, ПК, web, Інтернет
Nevporyadkovana sistema angl disordered system kondensovana makroskopichna sistema v yakij vidsutnij dalnij poryadok v roztashuvanni chastinok Do nevporyadkovanih sistem nalezhat zokrema ridini amorfni ta sklopodibni rechovini Ne divlyachis na vidsutnist dalnogo poryadku blizhnij poryadok v takih sistemah mozhe zberigatisya Vazhlivoyu zakonomirnosti nevporyadkovanih sistem ye vlastivist prostorovoyi odnoridnosti v serednomu ta vidsutnist korelyaciyi mizh znachennyami velichin sho harakterizuyut nevporyadkovanist sistemi v neskinchenno viddalenih odna vid odnoyi tochkah Naslidkom cogo ye samouserednyuvanist pitomih ekstensivnih velichin Same taki velichini harakterizuyut eksperimentalno sposterezhuvani fizichni vlastivosti nevporyadkovanih sistem Fizika nevporyadkovanih sistem ye odnim z najvazhlivishih rozdiliv fiziki kondensovanih seredovish Tipi nevporyadkovanostiIdealnij kristal yakij v zagalnomu skladayetsya z atomiv kilkoh sortiv harakterizuyetsya yak geometrichnoyu pravilnistyu polozhennya vsih tochok karkasa translyacijna vporyadkovanist tak i regulyarnistyu roztashuvannya atomiv riznih sortiv kompozicijnij poryadok Z urahuvannyam cogo v nevporyadkovanih sistemah mozhna vidiliti dva mozhlivih tipi rozuporyadkuvannya 1 Kompozicijne rozuporyadkuvannya U vipadku kompozicijnogo rozuporyadkuvannya translyacijna simetriya zberigayetsya odnak porushena regulyarnist roztashuvannya atomiv riznih sortiv Takij tip nevporyadkovanosti prijnyato nazivati kompozicijnim Prikladom mozhe buti binarnij metalichnij splav u vuzlah reshitki yakogo mozhut roztashovuvatisya z pevnoyu jmovirnistyu atomi togo chi inshogo sortu 2 Translyacijne rozuporyadkuvannya U vipadku translyacijnogo rozuporyadkuvannya translyacijna simetriya karkasa vidsutnya tobto vidsutnij dalnij poryadok hocha blizhnij poryadok zberigayetsya Takij tip nevporyadkovanosti inodi nazivayut strukturnim abo topologichnim Tak napriklad v strukturah z tetraedrichnoyu koordinaciyeyu vidsutnist dalnogo poryadku mozhe buti pov yazana z vipadkovistyu raztashuvannya okremih tetraedriv yake vidriznyayetsya vid pravilnogo yih roztashuvannya v kristali V nevporyadkovanih sistemah porushennya dalnogo poryadku mozhe buti zumovlene kompozicijnim translyacijnim abo odnochasno oboma tipami rozuporyadkuvannya Osnovni tipi nevporyadkovanih sistemRidini V ridinah porushennya traslyacijnoyi simetriyi zumovlene teplovim ruhom atomiv ta molekul Amorfni ta sklopodibni rechovini Porushennya dalnogo poryadku zumovleni yak tipom strukturi tak i prostorovimi fluktuaciyami v polozhenni atomiv yaki vinikayut v procesi vigotovlennya materialu Silnolegovani napivprovidniki Porushennya dalnogo poryadku poyasnyuyetsya haotichnim roztashuvannyam domishkovih atomiv Nevporyadkovani metalichni ta napivprovidnikovi splavi Porushennya dalnogo poryadku zumovlyuyetsya tim sho v zadanomu vuzli gratki z pevnoyu jmovirnistyu mozhe buti atom bud yakogo z komponentiv splavu Spinove sklo Vlastivosti cih materialiv zumovleni nevporyadkovanistyu ta neuzgodzhennistyu magnitnih vzayemodij mizh atomamim V tverdih rozchinah ta splavah yaki mistyat magnitni atomi vinikaye nevporyadkovanist v polozhenni yih spiniv Energiya spin spinovoyi vzayimodiyi silno zalezhit vid vidstani i mozhe zminyuvati znak za nevelikih variacij mizhatomnih vidstanej Taki sistemi nazivayutsya spinovim sklom Poverhni kristaliv Porushennya dalnogo poryadku poyasnyuyetsya strukturnimi defektami samoyi poverhni ta haotichno roztashovanimi na nij adsorbovanimi atomami ta molekulami Fizichni vlastivosti nevporyadkovanih sistemDokladnishe Cherez vidsutnist dalnogo poryadku dlya opisu fizichnih vlastivostej nevporyadkovanih sistem ne mozhna bezposeredno koristuvatisya matematichnim aparatom rozvinutim dlya kristaliv Strogo kazhuchi v bilshosti nevporyadkovani sistemi znahodyatsya v termodinamichno nerivnovazhnomu stani Tim ne menshe dlya nevporyadkovanih sistem praktichno zavzhdi isnuye vidnosno zhorstkij karkas yakij skladayetsya iz atomiv ta ioniv na foni yakogo realizuyetsya dinamika shvidshih stupeniv svobodi elektroniv providnosti fononiv tosho Karkas mozhe buti j zhorstko ne fiksovanim odnak chas jogo perebudovi dostatno velikij v porivnyanni z harakternim chasom shvidshih procesiv Napriklad v metalichnij ridini poziciyi ioniv v kozhnij moment chasu ye rivnovazhnimi dlya legshih i vidpovidno ruhlivishih elektroniv providnosti Elektrichni ta optichni vlastivosti nevporyadkovanih sistem znachnoyu miroyu zumovleni spilnimi dlya vsih nevporyadkovanih sistem osoblivostyami vidsutnistyu prostorovoyi periodichnosti potencialnoyi energiyi nosiyiv zaryadu ta nayavnistyu v nij vipadkovogo polya Vazhlivim v suchasnij fizici nevporyadkovanih sistem ye polozhennya pro lokalizaciyu elektroniv v takih sistemah Na nomu bazuyutsya osnovni uyavlennya pro energetichnij spektr kinetichni ta inshi elektronni yavisha v takih sistemah Vpershe ce polozhennya bulo sformulovano F Andersonom v 1958 roci i piznishe rozvinute N Mottom yakij sformulyuvav osnovni zakonomirnosti elektronnoyi teoriyi nevporyadkovanih sistem V nevporyadkovanih sistemah potencial elektrichnogo polya v yakomu ruhayutsya elektroni zminyuyetsya vipadkovim chinom Elektroni energiya yakih mensha za maksimalne znachennya potencialu lokalizuyutsya v potencialnih yamah utvorenih vipadkovim polem Yaksho dovzhina lokalizaciyi nevelika v porivnyanni z vidstannyu mizh centrami lokalizaciyi elektron z potencialnoyi yami teplovimi kolivannyami atomiv mozhe buti perekinutij v susidnyu potencialnu yamu v yakij mozhut isnuvati lokalizovani stani z blizkoyu energiyeyu Take perenesennya elektroniv nazivayetsya stribkovim transportom i realizuyetsya napriklad v amorfnih napivprovidnikah Insha osoblivist elektronnogo perenosu v nevporyadkovanih seredovishah zumovlena isnuvannyam kritichnoyi koncentraciyi domishok za yakoyi providnik za nulovoyi temperaturi peretvoryuyetsya v dielektrik V nevporyadkovanih seredovishah takozh proyavlyayutsya kvantovo mehanichni yavisha neharakterni dlya kristaliv zokrema yavisha slabkoyi lokalizaciyi ta yaki sered inshogo prizvodyat do poyavi v takih materialah negativnogo magnitooporu anomalnoyi povedinki elektrooporu zi zminoyu temperaturi zrostannya intensivnosti rozsiyannya svitla nazad v koloyidnih rozchinah slabka lokalizaciya elektromagnitnih hvil tosho Div takozhLokalizaciya Andersona Perehid Motta Slabka lokalizaciyaPrimitkiNazvanov V F Fizika neuporyadochennyh poluprovodnikov Ucheb posobie dlya stud fiz i meh mat fak Saratov Izd vo Sarat un ta 2004 56 s il ISBN 5 292 03340 5 ros Bonch Bruevich V L i dr Elektronnaya teoriya neuporyadochennyh poluprovodnikov M Nauka 1981 384 s ros Anderson P W 1958 Absence of Diffusion in Certain Random Lattices Phys Rev 109 5 1492 1505 angl Mott N Devis E Elektronnye processy v nekristallicheskih veshestvah V 2 t 2 e izd pererab i dop M Mir 1982 ros Wolf P Maret G 1985 Weak Localization and Coherent Backscattering of Photons in Disordered Media Phys Rev Lett 55 2696 angl