НЕУПОРЯДОЧЕННЫЕ СИСТЕМЫ


НЕУПОРЯДОЧЕННЫЕ СИСТЕМЫ
НЕУПОРЯДОЧЕННЫЕ СИСТЕМЫ

       
вещества в конденсированном состоянии при отсутствии строгой упорядоченности в расположении их атомов и молекул (см. ДАЛЬНИЙ И БЛИЖНИЙ ПОРЯДОК). Н. с. явл. жидкие, аморфные и стеклообразные в-ва, а также тв. растворы. Особый класс Н. с. составляют нек-рые высокотемпературные фазы халькогенидов благородных металлов, где упорядоченную структуру образуют лишь анионы. Легированные крист. полупроводники при низких темп-pax с точки зрения их электронных св-в также представляют собой Н. с., образованные хаотически расположенными примесными атомами (см. СИЛЬНОЛЕГИРОВАННЫЙ ПОЛУПРОВОДНИК).
Теор. описание разл. Н. с. содержит ряд общих идей: 1) хим. связи ближайших соседей не позволяют существенно нарушать ближний порядок, вследствие чего зонная структура Н. с. не очень сильно отличается от структуры кристаллов (см. ЗОННАЯ ТЕОРИЯ). Однако многочисл. нарушения идеальной решётки приводят к размытию краёв разрешённых зон и к образованию флуктуац. уровней в запрещённой зоне. В Н. с. при определённых условиях возникают строго локализованные эл. состояния, к-рые могут перемещаться только путём «прыжков», получая энергию от тепловых колебаний атомов. При темп-ре T=0К эти состояния вообще
НЕУПОРЯДОЧЕННЫЕ СИСТЕМЫ
не могут принимать участие в электропроводности. Локализованные состояния возникают в той области энергий, где плотность состояний g(?) мала (рис.). Энергии ?c и ?v, разделяющие локализованные и делокализованные состояния, играют роль границ разрешённых и запрещённых зон; их называют порогами подвижности.
В Н. с., как и в кристалле, вводят понятие ферми-уровня ?F. Электропроводность а Н. с. зависит от расположения ?F относительно порогов подвижности. Если ?F находится вне полосы локализов. состояний, то а слабо зависит от Т (металлич. проводимость). Если ?F лежит внутри полосы, то о экспоненциально зависит от Т (аморфный полупроводник). По совр. представлениям порог подвижности существует лишь в трёхмерных Н. с. В одномерных и двухмерных Н. с. состояния локализованы при всех энергиях, так что при достаточно низких темп-pax электропроводность носит активационный характер. Низкотемпературные термодинамич. св-ва Н. с. определяются не только длинноволновыми фононами, но и локализованными двухуровневыми образованиями, возбуждение к-рых происходит за счёт туннелирования атома из одной позиции в другую. Этими возбуждениями объясняется наблюдаемая в нек-рых диэлектрич. стёклах линейная зависимость теплоёмкости от темп-ры и аномалии теплопроводности при очень низких темп-рах.

Физический энциклопедический словарь. — М.: Советская энциклопедия. . 1983.

НЕУПОРЯДОЧЕННЫЕ СИСТЕМЫ

- веществав конденсир. состоянии, в к-рых отсутствует строгая упорядоченность расположенияатомов, т. е. отсутствует дальний порядок (см. Дальний и ближний порядок). Н. <с. являются жидкие и аморфные вещества, а также твёрдые растворы, посколькуатомы замещения располагаются в них неупорядоченно. Особый класс Н. с. <составляют высокотемпературные фазы нек-рых соединений (напр., Agl), вк-рых анионы располагаются упорядоченно, а катионная подрешётка "расплавлена",благодаря чему эти фазы обладают аномально высокой ионной электропроводностью(см. Ионные суперпроводники). Легированные кристаллич. полупроводникис точки зрения их электронных свойств также представляют собой при низкихтемп-pax Н. с., поскольку хаотически расположенные заряж. примеси создаютслучайный потенциал, к-рый может сильно влиять на движение электронов ипрепятствовать переносу заряда.
Расположение атомов в жидкостях и аморфныхвеществах нельзя считать некоррелированным. Радиальная ф-ция распределения, <описывающая ср. число соседей на заданном расстоянии от случайно выбранногоатома, имеет в этих веществах неск. чётко выраженных максимумов, отражающихкорреляцию в расположении соседей в пределах неск. координац. сфер. Набольших расстояниях максимумы исчезают. Ближний порядок определяется взаимодействиемсоседних атомов и зависит от характера связи между ними. Напр., в ряде аморфныхметаллов ближний порядок хорошо описывается в рамках модели твёрдыхшаров со случайной плотной упаковкой. Простейшую реализацию этой моделиможно получить, если положить в банку большое кол-во одинаковых твёрдыхшаров, потрясти их, а затем сдавить. Ср. число ближайших соседей в такоймодели близко к 12. Для атомов с ковалентным типом связи (типичные полупроводники)характерна фиксация углов между связями. Так, в аморфных Ge и Si (см. Аморфныеи стеклообразные полупроводники )четыре ближайших соседа расположеныв вершинах тетраэдра, в центре к-рого находится исходный атом, т. е. точнотак же, как в соответствующих кристаллах. Однако, в отличие от ковалентныхкристаллов, соседние тетраэдры повёрнуты друг относительно друга на случайныеуглы, так что дальний порядок отсутствует.
Аморфное состояние вещества не являетсятермодинамически равновесным. Оно метастабильно, и время его жизни можетбыть очень большим. Вещества в аморфном состоянии получают из жидкой фазыпутём быстрого охлаждения или из газообразной фазы напылением на холоднуюподложку. При этом ближний порядок выражен тем меньше, чем больше скоростьохлаждения или ниже темп-pa Т подложки.
Термодинамич. свойства многих аморфныхдиэлектриков при низких темп-pax определяются специфич. элементарными возбуждениями, <свойственными атому или группе атомов, к-рые могут занимать две близкиепо энергии, но разнесённые в пространстве позиции. Переход из одной позициив другую происходит за счёт туннелирования. Эти образования наз. двухуровневымисистемами. Энергия возбуждений может меняться в широких пределах, причёмпри малых энергиях соответствующая ф-ция распределения слабо зависит отэнергии. Это обеспечивает почти линейную температурную зависимость электронной теплоёмкости при низких Т в противоположность решёточной (фононной) теплоёмкости(свойственной кристаллич. диэлектрикам), к-рая пропорциональна Т 3 (см. Дебая закон теплоёмкости). Двухуровневые системы приводяттакже к низкотемпературным аномалиям теплопроводности, т. к. вызываютрезонансное рассеяние ДВ-фононов, осуществляющих перенос тепла.
Анализ электронных свойств Н. с. покапывает, <что благодаря существованию ближнего порядка возможно приближённое описаниеН. с. в терминах разрешённых и запрещённых энергетич. зон (см. Зоннаятеория). Н. с. могут быть диэлектриками, полупроводниками и металлами. <Свойственные Н. с. многочисл. нарушения кристаллич. решётки приводят ваморфных металлах к дополнит. механизму рассеяния электронов. В аморфныхполупроводниках возникают электронные состояния в запрещённой зоне, такчто плотность состояний не обращается в 0 на границе разрешённых зон, амонотонно убывает в глубь запрещённой зоны, как правило экспоненциально:15000-61.jpg- энергия,15000-62.jpg- условная энергия границы разрешённой зоны, а 15000-63.jpg- характерная энергия, к-рая значительно меньше ширины запрещённой зоны 15000-64.jpg"Хвост" плотности состояний в запрещённой зоне проявляется в межзонномоптич. поглощении, к-рое не обрывается сразу после того, как энергия фотона 15000-65.jpgстановится 15000-66.jpgа плавно спадает с уменьшением энергии, так что "оптич." границы зон оказываютсяслегка размытыми. Однако в целом электронные зоны в аморфных и кристаллич. <полупроводниках одного хим. состава различаются не очень сильно.
Нарушения кристаллич. структуры приводятв определённой части энергетич. спектра к локализации электронных и фононныхсостояний. В аморфных полупроводниках локализованными оказываются электронныесостояния, лежащие в запрещённой зоне там, где плотность состояний относительномала. Электроны, находящиеся в локализов. состояниях, могут переноситьток лишь путём "прыжков" из одного состояния в другое (см. Прыжковаяпроводимость). Т. к. состояния имеют разную энергию, прыжки осуществляютсялишь с поглощением или испусканием фононов. При Т = О К этот механизмне работает и локализов. состояния вообще не могут переносить электрич. <ток. Энергетич. граница между локализов. и делокализов. состояниями наз. <порогом подвижности. Хим. потенциал (уровень Ферми 15000-67.jpgв аморфных полупроводниках находится глубоко в запрещённой зоне, и прине очень низкой Т электропроводность осуществляется с помощью тепловогозаброса электронов в состояния, лежащие выше порога подвижности. Т. о.,порог подвижности играет роль "электрич." границы разрешённой зоны. Присамых низких темп-pax электропроводность становится прыжковой.
Концепция порога подвижности применимаи к легированным кристаллич. полупроводникам. В этом случае положение уровня 15000-68.jpgможет изменяться вследствие изменения концентрации электронов или примесей. <Если уровень 15000-69.jpgпроходитна энергетич. шкале через порог подвижности, происходит переход от активац. <электропроводности к металлич. Экстраполированная к Т =0 К электропроводность 15000-70.jpgнаметаллич. стороне обращается в 0 в точке перехода. По существующим теоретич. <представлениям, обращение 15000-71.jpgв0 происходит не скачкообразно, а плавно, однако этот вывод нельзя считатьокончательным, т. к. теория не учитывает флуктуаций электропроводностивблизи точки перехода, а также электрон-электронное взаимодействие.
В твёрдых растворах неупорядоченностьиграет относительно малую роль, т. к. обычно потенциалы замещающих атомовне сильно отличаются от потенциалов замещаемых атомов. Поэтому в первомприближении можно считать твёрдый раствор идеальным кристаллом, параметрык-рого являются промежуточными между параметрами смешиваемых компонентов(приближение виртуального кристалла). Однако в ряде свойств проявляютсяпространств, флуктуации состава раствора. Они вызывают, напр., рассеяниеносителей заряда, уширенпе экситонных линий. Наблюдается также вызваннаяфлуктуациями состава локализация экситонов в твёрдых растворах.
В твёрдых растворах и сплавах, содержащихмагн. атомы, возникает неупорядоченность в расположении их спинов. Энергияспин-спинового взаимодействия сильно зависит от расстояния и может менятьзнак при небольших вариациях межатомного расстояния. Системы, обладающиетаким свойством, наз. спиновыми стёклами. Расположение спинов восн. состоянии спиновых стёкол является неупорядоченным, но вполне определённымдля заданного расположения атомов. Наиб. важное экспериментально наблюдаемоепроявление спиновой неупорядоченности такого типа - долговрем. магн. релаксация, <состоящая в том, что при низких темп-pax Т намагниченность системыопределяется не только внеш. магн. полем и Т, но и предысториейобразца.

Лит.: Шкловский Б. И., Эфрос А. <Л., Электронные свойства легированных полупроводников, М., 1979; ЛифшицИ. М., Гредескул С. А., Пастур Л. А., Введение в теорию неупорядоченныхсистем, М., 1982; Мотт Н., Д о в и с Э., Электронные процессы в некристаллическихвеществах, пер. с англ., 2 изд., т. 1 - 2, М., 1982; 3айман Д ж., Моделибеспорядка, пер. с англ., М., 1982.

А. Л. Эфрос.

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. — М.: Советская энциклопедия. . 1988.


.

Смотреть что такое "НЕУПОРЯДОЧЕННЫЕ СИСТЕМЫ" в других словарях:

  • ПОЛУПРОВОДНИКИ — широкий класс в в, характеризующийся значениями уд. электропроводности s, промежуточными между уд. электропроводностью металлов s=106 104 Ом 1 см 1 и хороших диэлектриков s=10 10 10 12 Ом 1см 1 (электропроводность указана при комнатной темп ре).… …   Физическая энциклопедия

  • КРИСТАЛЛЫ — (от греч. krystallos, первоначальное значение лёд), твёрдые тела, обладающие трёхмерной периодич. ат. структурой и, при равновесных условиях образования, имеющие естеств. форму правильных симметричных многогранников (рис. 1). К. равновесное… …   Физическая энциклопедия

  • СТАТИСТИЧЕСКАЯ ФИЗИКА — раздел физики, посвящённый изучению св в макроскопич. тел, т. е. систем, состоящих из очень большого числа одинаковых ч ц (молекул, атомов, эл нов и т. д.), исходя из св в этих ч ц и вз ствий между ними. Изучением макроскопич. тел занимаются и др …   Физическая энциклопедия

  • РЕЛАКСАЦИЯ — (от лат. relaxatio ослабление, уменьшение), процесс установления равновесия термодинамического в макроскопич. физ. системах (газах, жидкостях, тв. телах). Состояние макроскопич. системы определяется большим числом параметров, и установление… …   Физическая энциклопедия

  • ЗОННАЯ ТЕОРИЯ — твёрдых тел, квантовая теория энергетич. спектра эл нов в кристалле, согласно к рой этот спектр состоит из чередующихся зон (полос) разрешённых и запрещённых энергий. З. т. объясняет ряд св в и явлений в кристалле, в частности разл. хар р… …   Физическая энциклопедия

  • ТВЁРДОЕ ТЕЛО — агрегатное состояние в ва, характеризующееся стабильностью формы и хар ром теплового движения атомов, к рые совершают малые колебания вокруг положений равновесия. Различают крист. и аморфные Т. т. Кристаллы характеризуются пространств.… …   Физическая энциклопедия

  • АМОРФНОЕ СОСТОЯНИЕ — (от греч. amorphos бесформенный), твёрдое состояние в ва, характеризующееся изотропией св в и отсутствием точки плавления. При повышении темп ры аморфное в во размягчается и переходит в жидкое состояние постепенно. Эти особенности обусловлены… …   Физическая энциклопедия

  • АМОРФНЫЕ ПОЛУПРОВОДНИКИ — аморфные в ва, обладающие св вами полупроводников. Различают ковалентные А. п. (Ge и Si, GaAs и др. в аморфном состоянии), халькогенидные стёкла (напр., As31 Ge30 Se21 Te18), оксидные стёкла (напр., V2O5 P2O5) и диэлектрич. плёнки (SiOx, Аl2O3,… …   Физическая энциклопедия

  • РЕШЁТОЧНАЯ ТЕПЛОЁМКОСТЬ — теплоёмкость твёрдого тела, обусловленнаяатомной подсистемой, в частности кристаллич. решёткой. Р. т. является частьютеплоёмкости твёрдого тела. Термин «Р. т.» может относиться не только кидеальным кристаллам, но и к кристаллам с дефектами… …   Физическая энциклопедия

  • Электронных вычислительных машин единая система — Ленточные накопители ЕС 5017 Компьютеры серии ЕС ЭВМ (Единая система электронных вычислительных машин, произносится «еэс эвээм») являлись аналогами компьютеров фирмы IBM System/360/370, выпускавшихся в США c 1964 года. Были программно и аппаратно …   Википедия

Книги

Другие книги по запросу «НЕУПОРЯДОЧЕННЫЕ СИСТЕМЫ» >>


Поделиться ссылкой на выделенное

Прямая ссылка:
Нажмите правой клавишей мыши и выберите «Копировать ссылку»

We are using cookies for the best presentation of our site. Continuing to use this site, you agree with this.