Un sistem dezordonat este un sistem macroscopic condensat în care nu există o ordine pe distanță lungă în aranjarea particulelor. Sistemele dezordonate includ, în special, lichide , substanțe amorfe și vitroase . În ciuda absenței ordinii pe rază lungă, ordinea pe rază scurtă poate fi păstrată în astfel de sisteme [1] .
O regularitate importantă a sistemelor dezordonate este proprietatea omogenității spațiale în medie și absența corelației între valorile cantităților care caracterizează dezordinea sistemului în puncte infinit îndepărtate unele de altele. Consecința acestui lucru este auto-medierea unor cantități extinse specifice. Aceste mărimi sunt cele care caracterizează proprietățile fizice observate experimental ale sistemelor dezordonate.
Fizica sistemelor dezordonate este una dintre cele mai importante ramuri ale fizicii materiei condensate .
Un cristal ideal , care constă în general din atomi de mai multe feluri, se caracterizează atât prin regularitatea geometrică a poziției tuturor atomilor ( simetria translațională ), cât și prin regularitatea aranjamentului atomilor de diferite feluri (ordine compozițională). Având în vedere acest lucru, în sistemele dezordonate se pot distinge două tipuri posibile de tulburări.
1. Tulburare de compoziție.
În cazul dezordonării compoziționale, se păstrează simetria translațională , dar se încalcă aranjarea obișnuită a atomilor de diferite tipuri. Acest tip de tulburare se numește în mod obișnuit compozițional. Un exemplu poate fi un aliaj metalic binar, în site-urile rețelei ale cărui atomi de un fel sau altul pot fi localizați cu o anumită probabilitate .
2. Tulburare de translație.
În cazul tulburării de translație, nu există o simetrie translațională a cadrului, adică nu există o ordine pe distanță lungă, deși ordinea pe distanță scurtă este păstrată. Acest tip de tulburare este uneori numit tulburare structurală sau topologică . De exemplu, în structurile cu coordonare tetraedrică, absența ordinii pe distanță lungă se poate datora aranjamentului aleatoriu a tetraedrelor individuale , care diferă de aranjarea lor corectă în cristal.
În sistemele dezordonate, încălcarea ordinii pe distanță lungă se poate datora tulburărilor de compoziție, de translație sau ambelor tipuri de tulburări.
Din cauza absenței ordinii pe distanță lungă, nu se poate folosi direct aparatul matematic dezvoltat pentru cristale pentru a descrie proprietățile fizice ale sistemelor dezordonate. Strict vorbind, majoritatea sistemelor dezordonate sunt într-o stare de neechilibru termodinamic . Cu toate acestea, pentru sistemele dezordonate, există aproape întotdeauna un cadru relativ rigid, care constă din atomi și ioni , față de care dinamica gradelor rapide de libertate - electroni de conducție, fononi cu lungime de undă lungă etc. mare în comparație cu timpul caracteristic al vitezei rapide. proceselor. De exemplu, într-un lichid metalic, pozițiile ionilor în fiecare moment de timp sunt în echilibru pentru lumină și, în consecință, electroni de conducție mobili.
Proprietățile electrice și optice ale sistemelor dezordonate se datorează în mare măsură caracteristicilor comune tuturor sistemelor dezordonate - absența periodicității spațiale a energiei potențiale a purtătorilor de sarcină și prezența unui câmp aleator în acesta [2] . Importantă în fizica modernă a sistemelor dezordonate este poziția cu privire la localizarea electronilor în astfel de sisteme. Se bazează pe ideile de bază despre spectrul energetic, fenomenele cinetice și alte fenomene electronice din astfel de sisteme. Această poziție a fost formulată pentru prima dată de F. Anderson în 1958 [3] și dezvoltată ulterior de N. Mott , care a formulat legile de bază ale teoriei electronice a sistemelor dezordonate [4] .
În sistemele dezordonate , potențialul câmpului electric , în care electronii se mișcă, se modifică aleatoriu. Electronii a căror energie este mai mică decât valoarea maximă a potențialului sunt localizați în puțuri de potențial formate dintr-un câmp aleator. Dacă lungimea de localizare este mică în comparație cu distanța dintre centrele de localizare, un electron dintr-un puț de potențial poate fi transferat prin vibrațiile termice ale atomilor către un puț de potențial adiacent, în care pot exista stări localizate cu energii similare. Acest transfer de electroni se numește transport salt și se realizează, de exemplu, în semiconductori amorfi. O altă caracteristică a transferului de electroni în medii dezordonate se datorează existenței unei concentrații critice de impurități, la care conductorul la temperatura zero se transformă într-un dielectric . Mediile dezordonate prezintă, de asemenea, fenomene mecanice cuantice care nu sunt caracteristice cristalelor, în special, fenomenele de localizare slabă și interferențe interelectronice, care, printre altele, duc la apariția în astfel de materiale a magnetorezistă negativă , comportament anormal al rezistenței electrice la temperatură . , o creștere a intensității împrăștierii luminii înapoi în soluții coloidale (localizarea slabă a undelor electromagnetice [5] ), etc.