Понятие ближнего и дальнего порядка

Степень упорядоченности твердых растворов определяется ближним и дальним порядком расположения частиц в кристалле. Регулярность положения частиц в межатомных масштабах (1-10 Å) называют ближним порядком, а регулярность на неограниченно больших расстояниях – дальним порядком.

Наличие ближнего и дальнего порядка обусловлено взаимодействием между частицами: чем оно сильнее, тем более выражен порядок. В газе ближний и дальний порядок отсутствуют, в жидкостях и аморфных телах есть только ближний порядок, в кристаллах присутствуют оба вида порядка. В последнем случае основными признаками дальнего порядка является кристаллическая решетка и кристаллографическая симметрия. Наличие дальнего порядка в кристалле означает, что строгая закономерность чередования атомов в решетке не нарушается при рассмотрении всего объема кристалла. В квазикристаллах присутствует некристаллографический (нетрансляционный) дальний порядок. В жидких кристаллах дальний порядок наблюдается только во взаимном согласовании ориентации молекул. Дальний порядок может присутствовать и в ориентации электрических диполей (сегнетоэлектрики и антисегнетоэлектрики) и магнитных моментов (магнитное упорядочение).

Степень дальнего порядка связана с вероятностью расположения атомов в соответствующих им узлах. S = (p-p_min) / (p_max-p_min), где p –вероятность расположения атомов каждого сорта в соответствующих им узлах, p_maxиp_min– то же для идеально упорядоченной и полностью неупорядоченной структур.

Характер упаковки атомов в твердом теле определяют понятием ближнего порядка. Поэтому говорят, что полимер имеет жидкостную структуру, которая характеризуется наличием ближнего порядка. В полимере понятие ближнего порядка относится не к молекулам, а к их сегментам, которые образуют ассоциаты (узлы флуктуационной сетки) с наиболее выраженным ближним порядком. В низкомолекулярной жидкости регулярность в расположении молекул существует только между соседними молекулами; уже на расстоянии 4 или 5 молекулярных диаметров эта регулярность полностью исчезает. В полимерах размеры упорядоченных областей могут быть много больше.

Кроме кристаллов, существует ряд других тел, обладающих самыми различными сочетаниями элементов порядка и беспорядка в структуре. Это жидкости, аморфные тела, жидкие кристаллы, кристаллы с вращающимися молекулами (ротационно-кристаллические). Изучение структуры таких тел в значительной мере состоит в установлении элементов и степени порядка и беспорядка во взаимном расположении частиц. При этом существенную роль приобретает понятие ближнего порядка. Основная причина существования такого ближнего порядка заключается в том, что частицы не могут подходить друг к другу на расстояние, меньшее суммы их радиусов. Кроме этих двух типов ближнего порядка, может также существовать сортовой ближний порядок, определяемый во взаимном расположении атомов различного сорта, например, в структуре твердых растворов и сплавов. Если дистанционный ближний порядок в принципе существует всегда, то сортовой может полностью отсутствовать. Причиной появления сортового упорядочения является превышение сил притяжения между разнородными атомами над силами притяжения между однородными, что приводит к закономерному чередованию узлов А и В в пределах ближайших соседей. Степень упорядочения может быть охарактеризована долей разнородных связей в общем числе связей между атомами q. Параметр q меняется от q_min для полностью неупорядоченной системы до q_maxдля полностью упорядоченного состояния. Величина σ = (q - q_min) / (q_max- q_min) называется степенью ближнего порядка.