СТЁКЛА

СТЁКЛА
СТЁКЛА

- твердотельные системы, не обладающие пространственнымупорядочением (трансляционным и ориентационным) в расположении атомов, <их магн. моментов, электрич. дипольных моментов молекул и т. д. (в смыследальнего порядка - см. Дальний и ближний порядок). С. характеризуютсявременным упорядочением: каждый элемент системы всё время остаётся в нек-ройконечной области конфигурац. пространства, т. е. корреляция между его положениямине убывает за большие промежутки времени, так что система не является эргодической(см. Эргодичность). Переход системы в состояние С. происходит припонижении темп-ры Т, и это наз. замерзанием (стеклованием). Осн. <свойство С.-наличие большого (быстро растущего с размером системы) числаметастабильных (долгоживущих) макросостояний, приводящее к явлениям медленнойрелаксации и зависимости состояния системы от её предыстории (характераизменения темп-ры, давления, магн. поля и т. д.).

С. естественно классифицировать по типу переменных, испытывающих замерзание. <При этом каждому С. можно сопоставить пространственно упорядоченное (регулярное)состояние с переменными того же типа. Известны С.: позиционные, спиновые, <дипольные, электрические квадрупольные, протонные, сверхпроводниковые идр. Среди структурных (позиционных) С. различаются металлические, ковалентные, <полимерные. Все они характеризуются замерзанием движения атомов и молекул(см. Стеклообразное состояние). Регулярное состояние, соответствующееабс. минимуму энергии,- кристаллическое. Металлич. С. (напр., FeP, Zr Cu)и ковалентные С.8068-128.jpgявляются метастабильными фазами, способными к кристаллизации (для SiO2 время кристаллизации ~102 лет). Эти С. образуются при достаточнобыстром охлаждении; при медленном охлаждении возникает кристаллич. состояние(см. Металлические стёкла, Аморфные и стеклообразные полупроводники[1]).

То же относится и к полимерным С., образованным полимерами, срегулярной последовательностью мономеров (напр., полиэтилен). Полимерыс нерегулярными последовательностями мономеров (напр., полистирол, пропилен)и сетчатые (разветвлённые) полимеры образуют только стеклообразные твёрдыефазы; в этих случаях неупорядоченность твёрдой фазы вторична, она являетсяследствием первичной («вмороженной») нерегулярности молекулярной структуры.

Это же относится и к остальным типам С. [2]. Так, спиновое стекло (регулярный аналог - антиферромагнетик )возникает в твердотельныхсистемах с неупорядоченным расположением магн. атомов (первичный беспорядок).В отношении трансляц. порядка система может быть как кристаллической (напр.,8068-129.jpg, х 8068-130.jpg1), так и аморфной (8068-131.jpg= AlGd) [2,3,4].

Дипольные С. возникают в системах с неупорядоченно расположенными диполями(как магнитными, так и электрическими). В непроводящих твёрдых растворах с редко расположенными магн. атомами (напр.,8068-132.jpgпри 8068-133.jpg) магнитное обменное взаимодействие мало и определяющим становитсямагн. дипольное взаимодействие. Его знакопеременный характер и случайностьв пространственном расположении диполей приводят к образованию магн. дипольногоС. В ме-таллич. твёрдых растворах с малой концентрацией магн. атомов переходныхметаллов (напр.,8068-134.jpg,8068-135.jpg) роль знакопеременного взаимодействия играет РККИ-обменное взаимодействие (через электроны проводимости).

Аналогичная ситуация возникает в электрических дипольных С., напр. всоединениях типа 8068-136.jpg, где Z -Nb, Li, Na;8068-137.jpg. В элементарной ячейке КТаО 3 есть неск. эквивалентных нецентральныхположений, в к-рых может оказаться примесь замещения Z, создавая при этомлокальный дипольный момент. При низких темп-pax электрич. дипольное взаимодействиеприводит к «замерзанию» диполей (атомов Z) в неупорядоченном состоянии. <Если концентрация примеси в веществе (матрице) мала ( х ~0,05- 0,1),то определяющую роль играет короткодействующее знакопостоянное взаимодействиемежду диполями (возникающее из-за большой поляризуемости матрицы). Оноприводит к переходу веществ в регулярную сегнетоэлектрич. фазу (см. Сегнетоэлектрики).

Соединение (KCN)x.(KBr)1-x. при x ~ 0,5представляет собой пример электрич. квадрупольного (ориентационного) С. <Определяющим здесь является взаимодействие случайно расположенных одноосныхмолекул CN через поле упругих напряжений в матрице, являющееся квадрупольным(при более низких темп-рах возможно образование дипольного С. за счёт слабогодипольного взаимодействия молекул CN). Квадрупольным С. является такжетвёрдый раствор орто- и параводорода при концентрации х <0,56ортомолекул Н 2, к-рые за счёт формы обладают электрич. квадрупольныммоментом; при больших х реализуется фаза с дальним порядком трансляц. <и ориентац. типов.

Протонным С. называется низкотемпературное состояние, возникающее всмешанных кристаллах 8068-138.jpgЧистые кристаллы RbH2PO4 (RDP) и NH4H2PO4(ADP) являются членами т. н. семейства KDP (КН 2 РО 4 )и имеют одинаковые решётки с близкими параметрами, причём RDP при низкихтемп-pax является сегнетоэлектриком, a ADP - антисегнетоэлектриком. Смешанные кристаллы KDP()1-x. (ADP)x в интервале0,22 < х< 0,8 обладают неупорядоченным состоянием, характеризующимсязамораживанием движения протонов на водородных связях.

Сверхпроводниковое С. может образовываться в т. н. гранулиров. сверхпроводниках, <помещённых в магн. поле 8068-139.jpg, где квант магн. потока Ф 0 = hc/l, а l - характерныймасштаб неоднородности системы (порядка или больше ср. расстояния междуцентрами гранул). Такие сверхпроводники состоят из гранул сверхпроводящеговещества, помещённых в несверхпроводящую матрицу и связанных между собойтуннельными (джозефсоновскими) контактами. Сверхпроводящие С. характеризуютсязамороженным неупорядоченным распределением джозефсоновских токов черезмежгранульные контакты; роль «первичного» беспорядка играет случайностьв расположении гранул, приводящая к случайному распределению величин магн. <потоков в пространстве между гранулами.

В слабом магн. поле 8068-140.jpgгранулиров. системы ведут себя как обычные сверхпроводники второго рода. Регулярным аналогом является обычная сверхпроводящая фаза с решёткойвихрей Абрикосова[3].

Основным наблюдаемым признаком перехода системы в состояние С. являетсярезкое замедление релаксации возмущений при понижении темп-ры (см. Кооперативныеявления). Так, сдвиговая вязкость hпозиционных С. возрастаетболее чем на 12 порядков с приближением к точке замерзания, причём её поведениечасто описывается эмпирич. законом Фегеля - Фулчера:
8068-141.jpg

где 8068-142.jpg, Т 0 - параметры, получаемые экспериментально. Условноточкой замерзания Tf считают темп-ру, при к-рой 8068-143.jpgдостигает 1013 пуаз (Tf > T0). Аналогичнозамедление магн. релаксации наблюдается в спиновых С., в к-рых макс. времярелаксации
8068-144.jpg

где 8068-145.jpg

В состоянии С. ( Т< Т f )релаксация возмущенийпроисходит медленно и в широком интервале времён может быть описана каклогарифмич. зависимость параметра порядка от времени. Др. важнейшим свойствомС. является зависимость его характеристик от истории. Приведённые свойстваС. свидетельствуют о наличии широкого спектра времён релаксации, границак-рого 8068-146.jpgбольше времени наблюдения. Для С., обладающих замороженным первичным беспорядком, <вопрос о конечности или бесконечности 8068-147.jpgсвязанс вопросом (не имеющим пока общего решения) о существовании фазового переходав состояние С. Фазовый переход экспериментально наблюдается для большинстваспиновых С. При этом вблизи точки замерзания Tf имеетособенность не только температурная зависимость времени релаксации 8068-148.jpg,но и (при воздействии внеш. полей) обобщённая восприимчивость 8068-149.jpg.В пост. поле ф-ция 8068-150.jpgимеет, как правило, излом в точке Т= Т,. В перем. поле частоты(о особенности имеют Re8068-151.jpg и 8068-152.jpg.Кроме того, Tf зависит от w. В области низких частотособенности 8068-153.jpgсвязаны с наличием в С. шума со спектром 1/w.

Количественная теория С. пока не построена. Одной из качественных концепцийявляется понятие фрустрации [2-3]. Статистич. система наз. фрустрированной, <если взаимодействия между её разл. элементами конкурируют, т. е. предъявляютнесовместимые требования к локальной структуре, соответствующей минимумусвободной энергии. Простейшие примеры фрустрированной системы - квадратнаяячейка спинов с одним положительным обменным интегралом JJ < 0 или треугольная ячейка спиновсо всеми J< 0. В результате компромисса возникает принципиальноновое состояние, к-рое при наличии первичного беспорядка оказывается С. <Пример позиционных С. показывает, что наличие первичного беспорядка неявляется обязательным, его роль может сыграть флуктуационно возникшая неоднородность, <замороженная при быстром охлаждении. Фрустрация в случае металлич. С. обеспечиваетсятем, что локальная энергетически выгодная конфигурация атомов имеет икосаэдрич. <симметрию, к-рая не может быть реализована в трёхмерной перио-дич. решётке. <Иногда это приводит к образованию квазикристаллов, обладающих дальнимориентац. порядком при отсутствии трансляционного, в др. случаях возникаетС. В магн. и электрич. С. осн. источником фрустрации является конкуренцияферро- и антиферромагн. взаимодействий; кроме того, фрустрация может возникнутьи при чисто антиферромагнитном взаимодействии, напр. в треугольной иликубической гранецентриров. кристаллич. решётках. Неупорядоченная спиноваясистема, не обладающая фрустрацией, обычно является не С., а, напр., простым ферромагнетиком.

Ряд низкотемпературных свойств С. (теплоёмкость, теплопроводность ит. п.) хорошо описывается представлением о двухуровневых туннельных системах(группах атомов, спиновых кластерах) с широким распределением энергетич. <параметров [4].

Лит.:1) J а с k l e J., Models of the glass transition, «Rep.Progr. Phys.», 1986, v. 49, p. 171; 2) Binder K., Y o u n g A. P., Spinglasses. Experimental facts, theoretical concepts, and open questions,«Rev. Mod. Phys.», 1986, v. 58, p. 801; 3) В и н о к у р В. М. и др., Системаджозефсоновских контактов как модель спинового стекла, «ЖЭТФ», т. 93, с.343; 4) Р h i l l i p sW. A., 2-Level states in glasses, «Rep.Progr. Phys.», 1987, V. 50, p. 1657. М. В. Фейгельман.

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


.

Нужно решить контрольную?
Синонимы:

Полезное


Смотреть что такое "СТЁКЛА" в других словарях:

  • Кла-Игай — Характеристика Длина 20 км Бассейн Карское море Бассейн рек Нюролька → Васюган → Обь Водоток Устье …   Википедия

  • кла́виша — клавиша, и; р. мн. клавиш и устаревающ.клавиш, а.; р. мн. ей …   Русское словесное ударение

  • кла́дезь — кладезь, я; мн. и, ей; кладезь премудрости …   Русское словесное ударение

  • КЛА — комбинированный летательный аппарат Словарь: С. Фадеев. Словарь сокращений современного русского языка. С. Пб.: Политехника, 1997. 527 с. КЛА космический летательный аппарат косм. Словари: Словарь сокращений и аббревиатур армии и спецслужб. Сост …   Словарь сокращений и аббревиатур

  • кла́вицимба́л — клавицимбал …   Русское словесное ударение

  • кла́вишный — клавишный …   Русское словесное ударение

  • кла́дбище — кладбище, а; р. мн. ищ (в поэтич. речи встречаетсякладбище) …   Русское словесное ударение

  • кла́дево — кладево, а …   Русское словесное ударение

  • кла́деный — кладеный …   Русское словесное ударение

  • кла́дочный — кладочный …   Русское словесное ударение

  • кла́ка — клака …   Русское словесное ударение

Книги

Другие книги по запросу «СТЁКЛА» >>


Поделиться ссылкой на выделенное

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