Un sistema desordenado es un sistema macroscópico condensado en el que no existe un orden de largo alcance en la disposición de las partículas. Los sistemas desordenados incluyen, en particular, líquidos , sustancias amorfas y vítreas . A pesar de la ausencia de orden de largo alcance, el orden de corto alcance se puede conservar en tales sistemas [1] .
Una regularidad importante de los sistemas desordenados es la propiedad de homogeneidad espacial en promedio y la ausencia de correlación entre los valores de las cantidades que caracterizan el desorden del sistema en puntos infinitamente distantes entre sí. La consecuencia de esto es el autopromedio de cantidades extensivas específicas . Son estas cantidades las que caracterizan las propiedades físicas observadas experimentalmente de los sistemas desordenados.
La física de los sistemas desordenados es una de las ramas más importantes de la física de la materia condensada .
Un cristal ideal , que en general consta de átomos de varios tipos, se caracteriza tanto por la regularidad geométrica de la posición de todos los átomos ( simetría de traslación ) como por la regularidad de la disposición de los átomos de diferentes tipos (orden de composición). Con esto en mente, se pueden distinguir dos posibles tipos de desorden en los sistemas desordenados.
1. Desorden composicional.
En el caso del desorden composicional, se conserva la simetría traslacional , pero se viola la disposición regular de los átomos de diferentes tipos. Este tipo de trastorno se denomina comúnmente composicional. Un ejemplo puede ser una aleación metálica binaria, en cuyos sitios de red se pueden ubicar átomos de un tipo u otro con cierta probabilidad .
2. Trastorno traslacional.
En el caso del trastorno de traducción, no hay simetría de traducción del marco, es decir, no hay orden de largo alcance, aunque se conserva el orden de corto alcance. Este tipo de desorden se llama a veces desorden estructural o topológico . Por ejemplo, en estructuras con coordinación tetraédrica, la ausencia de orden de largo alcance puede deberse a la disposición aleatoria de los tetraedros individuales , que difiere de su disposición correcta en el cristal.
En los sistemas desordenados, la violación del orden de largo alcance puede deberse a un desorden de composición, traslación oa ambos.
Debido a la ausencia de un orden de largo alcance, no se puede usar directamente el aparato matemático desarrollado para los cristales para describir las propiedades físicas de los sistemas desordenados. Estrictamente hablando, la mayoría de los sistemas desordenados se encuentran en un estado termodinámico de no equilibrio . Sin embargo, para los sistemas desordenados, casi siempre existe un marco relativamente rígido, que consta de átomos e iones , contra el cual la dinámica de los grados de libertad rápidos (electrones de conducción, fonones de longitud de onda larga , etc.) es grande en comparación con el tiempo característico de los rápidos. procesos. Por ejemplo, en un líquido metálico, las posiciones de los iones en cada momento del tiempo están en equilibrio para la luz y, en consecuencia, los electrones de conducción móviles.
Las propiedades eléctricas y ópticas de los sistemas desordenados se deben en gran medida a las características comunes a todos los sistemas desordenados: la ausencia de periodicidad espacial de la energía potencial de los portadores de carga y la presencia de un campo aleatorio en ella [2] . Importante en la física moderna de los sistemas desordenados es la posición sobre la localización de los electrones en tales sistemas. Se basa en las ideas básicas sobre el espectro de energía, la cinética y otros fenómenos electrónicos en tales sistemas. Esta posición fue formulada por primera vez por F. Anderson en 1958 [3] y luego desarrollada por N. Mott , quien formuló las leyes básicas de la teoría electrónica de los sistemas desordenados [4] .
En los sistemas desordenados , el potencial del campo eléctrico , en el que se mueven los electrones, cambia aleatoriamente. Los electrones cuya energía es inferior al valor máximo del potencial se localizan en pozos de potencial formados por un campo aleatorio. Si la longitud de localización es pequeña en comparación con la distancia entre los centros de localización, un electrón de un pozo de potencial puede transferirse mediante vibraciones térmicas de los átomos a un pozo de potencial adyacente, en el que pueden existir estados localizados con energías similares. Esta transferencia de electrones se denomina transporte por salto y se realiza, por ejemplo, en semiconductores amorfos. Otra característica de la transferencia de electrones en medios desordenados se debe a la existencia de una concentración crítica de impurezas, en la que el conductor a temperatura cero se convierte en un dieléctrico . Los medios desordenados también presentan fenómenos de mecánica cuántica que no son característicos de los cristales, en particular, los fenómenos de localización débil e interferencia interelectrónica que, entre otras cosas, conducen a la aparición en tales materiales de magnetorresistencia negativa , comportamiento anómalo de la resistencia eléctrica con la temperatura . , un aumento en la intensidad de la luz que se dispersa en soluciones coloidales (débil localización de ondas electromagnéticas [5] ), etc.