ПОНЯТИЕ О ДАЛЬНЕМ И БЛИЖНЕМ ПОРЯДКЕ

Наличие пространственной корреляции микроструктуры вещества:

- корреляция в пределах всего микроскопического образца — дальний порядок;

- корреляция в области с конечным радиусом — ближний порядок.

То есть дальний порядок характеризует упорядоченность, повторяющуюся на неограниченно больших расстояниях, ближний порядок — упорядоченность на расстояниях, сравнимых с межатомными. Понятие дальний и ближний порядок применимо к конденсированному состоянию вещества.

В идеальном газе дальний и ближний порядок отсутствуют, так как расположение атома в какой-либо точке пространства не зависит от расположения других атомов. Жидкости и аморфные тела дальнего порядка не имеют, но в жидкостях и аморфных телах уже существует ближний порядок — некоторая закономерность в расположении соседних атомов. На больших расстояниях порядок «размывается». Расположение атомов вокруг любого атома такой системы можно охарактеризовать функцией радиального распределения W(r), которая определяет вероятность встретить атом того или иного сорта, находящийся на расстоянии r от данного атома. В том числе эта функция определяет вероятность количества ближайших соседей и расстояние до них. Расстояния между атомами не фиксированы строго, но максимумы функций распределения указывают наиболее часто встречающиеся расстояния. В статистических рамках ближнего порядка взаимные конфигурации атомов в жидкости могут быть в какой-то мере постоянными и в некоторых случаях близкими к таковым в кристаллической структуре.

Для кристаллов характерна строгая повторяемость во всех направлениях одного и того же структурного элемента (атома, группы атомов, молекулы и т. п.) на протяжении сотен и тысяч периодов кристаллической решетки. Такое правильное чередование атомов на одних и тех же расстояниях друг относительно друга повторяется для сколь угодно отдаленных атомов, т. е. существует дальний порядок и ближний порядок. Основные признаки дальнего порядка — симметрия и закономерность в расположении частиц, повторяющаяся на любом расстоянии от данного атома. Наличие дальнего и ближнего порядка обусловлено взаимодействием между частицами.

Состояние вещества, характеризуемое наличием дальнего порядка, называется упорядоченной фазой, а состояние, в котором дальний порядок отсутствует — неупорядоченной фазой. Фазовый переход из неупорядоченной фазы в упорядоченную может быть переходом первого или второго рода. Если упорядочение происходит в результате фазового перехода второго рода, то в неупорядоченной фазе присутствует ближний порядок.

Понятия дальний и ближний порядок важны для теории сплавов, где они характеризуют степень упорядочения сплава, например в сплаве из двух компонентов при полном упорядочении атомы двух сортов чередуются, то есть каждый атом окружен ближайшими соседями только из атомов другого сорта. Неполный порядок проявляется в том, что среди соседей появляются атомы того же сорта. Полностью упорядоченное состояние возможно только при абсолютном нуле, так как тепловое движение нарушает порядок. Высокотемпературные фазы и в кристаллах и в сплавах, как правило, в результате теплового движения, становятся неупорядоченными.

Упорядоченность в расположении частиц вещества является координационной упорядоченностью. Но дальний и ближний порядок проявляется не только во взаимном расположении частиц. В некоторых веществах наблюдается также упорядоченность в ориентации молекул, магнитных моментов и электрических дипольных моментов.

В этих случаях понятие дальний и ближний порядок характеризует ориентационное упорядочение (упорядочение в ориентациях частиц, молекул), или магнитное упорядочение (упорядочение в ориентации магнитных моментов.

Например, в жидкости, состоящей из несимметричных молекул, существует ориентационный ближний порядок (а в жидких кристаллах — дальний порядок) в ориентации молекул. Ориентационное упорядочение наблюдается в изотропных жидкостях, состоящих из анизотропных, но случайным образом ориентированных молекул при фазовом переходе в анизотропную жидкость, в которой молекулы имеют преимущественную ориентацию. Параметром такого порядка является спонтанная поляризация.

Магнитное упорядочение происходит, когда парамагнетик, в котором магнитные моменты атомов, ориентированные независимо, при переходе через точки Кюри или Нееля упорядочиваются и либо приобретают одинаковое направление и ориентацию (в ферромагнетиках), либо одинаковое направление, но разные ориентации, образуя в антиферромагнетиках магнитные подрешетки. В ферромагнетиках и антиферромагнетиках существует дальний и ближний порядок в ориентации магнитных моментов. Параметром магнитного порядка является намагниченность.