Беспорядок газового типа

Предельную степень топологического беспорядка мы имеем в идеальном газе, в котором атомы или молекулы случайно и независимо друг от друга распределены по всему объему образца. Некоторые геометрические особенности такой структуры уже отмечались ранее.

Случайное пространственное распределение атомов в обычном газе или паре близко к идеальному. Однако это достигается за счет уменьшения плотности вещества - при этом молекулы столь отделены друг от друга, что их можно считать физически независимыми. В реальных газах, как нейтральных, так и ионизованных, особый интерес представляют динамические эффекты, обусловленные влиянием дальнодействующих сил на слагаемые с кинетической энергией в полном гамильтониане, эти эффекты слабо зависят от любых остаточных корреляций между расположениями атомов в пространстве.

Вместе с тем в ряде опытов оказалось возможным проследить за изменением свойств вещества от собственно жидкости (металлической) до пара при переходе через сверхкритический режим. С теоретической точки зрения трудность интерпретации таких опытов состоит не в том, что существует тепловое движение ионов, а в том, что мы не располагаем достаточно точными сведениями о природе межатомных сил. По мере изменения плотности вещества взаимодействие между электронами может привести к возникновению атомных или молекулярных связанных состояний, в результате чего эффективная потенциальная энергия ионов может радикальным образом измениться. Это довольно тонкий вопрос, и без надежных данных, характеризующих, например, тенденцию к образованию молекул или кластеров, мы можем только предполагать, что рассматриваемая структура просто «раскрывается», становясь все более случайной.

Самый чистый пример плотной системы с беспорядком газового типа дают нам примеси замещения (например, фосфор) в ковалентном полупроводнике типа кремния. Если нет заметной химической тенденции к сегрегации примесей или к образованию кластеров при кристаллизации образца, то примеси будут случайно распределяться по узлам решетки, как в любом сильно разбавленном сплаве. Для электронов проводимости, однако, роль «размера» примесного атома играет эффективный боровский радиус а _H, отвечающий низшему примесному уровню. Этот радиус может в 10 или 100 раз превышать постоянную решетки исходного кристалла. Соответственно концентрацию примесей в 10^-4 - 10^-2 ат. % следует считать очень «большой», так как здесь оказывается несправедливым предположение о независимости электронных процессов, протекающих на отдельных примесях.

Рис. 3.17. Примесные центры в полупроводнике.