無序、玻璃與局域化
無序
/ dis-OR-der /
想象市場上擺橙子的兩種方式。一種是攤主把它們碼成完美、重複的網格——每個橙子都待在自己的格子裡。另一種是直接把它們倒進筐裡,落到哪兒算哪兒。後一堆就是無序的:沒有一個整齊、可預測的圖案,告訴你下一個橙子該落在哪。
在材料裡,無序指的是原子(或它們的磁矩方向,或它們的化學種類)沒有按規則、重複的方式排列。完美晶體正好相反——每個原子都待在精確可預測的位置上。無序有程度之分:幾個原子錯了位、摻進零星的外來原子,或者乾脆一團亂、完全沒有重複圖案。它也有花樣——可以是位置亂了,也可以是位置規整、卻是別的東西(比如哪個原子坐哪兒)被打亂了。
無序之所以重要,是因為真實材料幾乎從不完美,而這份凌亂不只是討厭之處——它會改變材料的行為。無序能困住電子、散射熱量、把缺陷釘在原地,還能造出玻璃這樣全新的物相。一個常見的誤解是,無序總意味著「壞了」或「更糟」;其實它自成一門豐富的學問,有時材料有用的性質恰恰來自這份無序。
拿食鹽和窗玻璃來比。食鹽裡,鈉原子和氯原子坐在完美重複的立方棋盤上——純粹的有序,所以食鹽會長成你在放大鏡下能看見的小立方晶體。玻璃裡,同樣種類的原子被凍在半途的混亂中,熔體冷卻時它們恰好在哪兒就被鎖在哪兒——純粹的無序,所以玻璃沒有平整的晶面,碎起來是沒有形狀的碴子。
食鹽是有序的(重複的點陣);玻璃是無序的(凍結的混亂)——兩者都由原子構成,卻以相反的方式排列。
無序和「時間上的隨機」不是一回事。玻璃是凍結、不變的,卻依然無序——它的原子被卡在一團空間上從不重複的混亂裡。物理學家通常說的無序,指的是東西在空間上如何排佈,而不是它們時刻間如何運動。
又稱
另見