Epäjärjestynyt järjestelmä on tiivistynyt makroskooppinen järjestelmä , jossa hiukkasten järjestelyssä ei ole pitkän kantaman järjestystä . Häiriöihin kuuluvat erityisesti nesteet , amorfiset ja lasimaiset aineet. Pitkän kantaman järjestyksen puuttumisesta huolimatta lyhyen kantaman järjestys voidaan säilyttää tällaisissa järjestelmissä [1] .
Tärkeä epäjärjestettyjen järjestelmien säännöllisyys on ominaisuus tilan keskimääräinen homogeenisuus ja korrelaation puuttuminen järjestelmän epäjärjestystä luonnehtivien suureiden arvojen välillä äärettömän kaukana toisistaan. Tämän seurauksena on tiettyjen laajojen määrien itsekeskiarvon laskeminen . Juuri nämä suuret luonnehtivat epäjärjestettyjen järjestelmien kokeellisesti havaittuja fysikaalisia ominaisuuksia .
Epäjärjestyneiden systeemien fysiikka on yksi tiivistyneen aineen fysiikan tärkeimmistä haaroista .
Ihanteelliselle kiteelle , joka yleensä koostuu useiden tyyppisten atomeista , on tunnusomaista sekä kaikkien atomien sijainnin geometrinen säännöllisyys ( translaatiosymmetria ) että erilaisten atomien järjestelyn säännöllisyys (koostumusjärjestys). Tämä mielessä pitäen epäjärjestyneissä järjestelmissä voidaan erottaa kaksi mahdollista häiriötyyppiä.
1. Koostumushäiriö.
Koostumushäiriön tapauksessa translaatiosymmetria säilyy , mutta erityyppisten atomien säännöllinen järjestys rikkoutuu. Tämän tyyppistä häiriötä kutsutaan yleisesti koostumukselliseksi. Esimerkkinä voi olla binäärinen metalliseos, jonka hilakohdissa tietyllä todennäköisyydellä voi sijaita jonkinlaisia atomeja .
2. Käännöshäiriö.
Translaatiohäiriön tapauksessa rungon translaatiosymmetriaa ei ole, eli ei ole pitkän kantaman järjestystä, vaikka lyhyen kantaman järjestys säilyy. Tämän tyyppistä häiriötä kutsutaan joskus rakenteelliseksi tai topologiseksi häiriöksi . Esimerkiksi rakenteissa, joissa on tetraedrikoordinaatio, pitkän kantaman järjestyksen puuttuminen voi johtua yksittäisten tetraedrien satunnaisesta järjestelystä , joka poikkeaa niiden oikeasta järjestelystä kiteessä.
Epäjärjestyneissä järjestelmissä pitkän kantaman järjestyksen rikkominen voi johtua koostumuksesta, translaatiosta tai molemmista häiriötyypeistä.
Pitkän kantaman järjestyksen puuttumisen vuoksi kiteille kehitettyä matemaattista laitteistoa ei voida suoraan käyttää kuvaamaan häiriintyneiden järjestelmien fysikaalisia ominaisuuksia. Tarkkaan ottaen useimmat epäjärjestyneet järjestelmät ovat termodynaamisesti epätasapainotilassa . Siitä huolimatta epäjärjestyneissä systeemeissä on lähes aina olemassa suhteellisen jäykkä runko, joka koostuu atomeista ja ioneista , joita vastaan nopeiden vapausasteiden dynamiikka - johtumiselektronien, pitkän aallonpituisten fononien jne. on suuri verrattuna nopean ominaiseen aikaan. prosessit. Esimerkiksi metallinesteessä ionien paikat kullakin ajan hetkellä ovat tasapainossa valolle ja vastaavasti liikkuville johtumiselektroneille.
Epäjärjestyneiden järjestelmien sähköiset ja optiset ominaisuudet johtuvat suurelta osin kaikille epäjärjestyneille järjestelmille yhteisistä piirteistä - varauksenkuljettajien potentiaalienergian spatiaalisen jaksollisuuden puuttumisesta ja satunnaiskentän läsnäolosta siinä [2] . Tärkeää nykyaikaisessa epäjärjestyneiden järjestelmien fysiikassa on asema elektronien paikantamisesta tällaisissa järjestelmissä. Se perustuu perusajatuksiin tällaisten järjestelmien energiaspektristä, kineettisistä ja muista elektronisista ilmiöistä. Tämän kannan muotoili ensimmäisenä F. Anderson vuonna 1958 [3] ja sen myöhemmin kehitti N. Mott , joka muotoili epäjärjestettyjen järjestelmien elektroniikkateorian peruslait [4] .
Epäjärjestyneissä järjestelmissä sähkökentän potentiaali , jossa elektronit liikkuvat, muuttuu satunnaisesti. Elektronit, joiden energia on pienempi kuin potentiaalin maksimiarvo, sijaitsevat satunnaisen kentän muodostamissa potentiaalikuopissa. Jos lokalisointipituus on pieni verrattuna lokalisointikeskusten väliseen etäisyyteen, elektroni potentiaalikuopasta voidaan siirtää atomien lämpövärähtelyjen avulla viereiseen potentiaalikuoppaan, jossa voi esiintyä paikallisia tiloja, joilla on samanlainen energia. Tätä elektronien siirtoa kutsutaan hyppelykuljetukseksi ja se toteutetaan esimerkiksi amorfisissa puolijohteissa. Toinen elektroninsiirron ominaisuus epäsäännöllisissä väliaineissa johtuu epäpuhtauksien kriittisestä pitoisuudesta, jossa johdin nollalämpötilassa muuttuu dielektriseksi . Järjestäytyneissä väliaineissa esiintyy myös kvanttimekaanisia ilmiöitä, jotka eivät ole kiteille ominaisia, erityisesti heikon lokalisoinnin ja elektronisten häiriöiden ilmiöt, jotka muun muassa johtavat sellaisiin materiaaleihin negatiivisen magnetoresistanssin esiintymiseen, sähköresistanssin epänormaaliin käyttäytymiseen lämpötilan kanssa. , takaisinsirontavalon intensiteetin kasvu kolloidisissa liuoksissa (sähkömagneettisten aaltojen heikko sijainti [5] ) jne.