НЕСОРАЗМЕ́РНЫЕ СТРУКТУ́РЫ

НЕСОРАЗМЕ́РНЫЕ СТРУКТУ́РЫ (не­со­из­ме­ри­мые, длин­но­пе­рио­ди­че­ские, мо­ду­ли­ро­ван­ные струк­ту­ры), пе­рио­дич. упо­ря­до­чен­ные струк­ту­ры, со­стоя­щие в об­щем слу­чае из эле­мен­тов лю­бой при­ро­ды и воз­ни­каю­щие при сме­не спо­со­ба упо­ря­до­че­ния, ес­ли пе­ри­од но­вой струк­ту­ры не­со­из­ме­рим с пе­рио­дом ис­ход­ной. Оп­ре­де­ле­ние не­со­из­ме­ри­мо­сти сов­па­да­ет с оп­ре­де­ле­ни­ем не­со­из­ме­ри­мо­сти дли­ны диа­го­на­ли квад­ра­та с дли­ной его сто­ро­ны из-за от­сут­ст­вия у них об­щей еди­ни­цы из­ме­ре­ния. Н. с. су­ще­ст­ву­ют в сег­не­то­элек­трич. кри­стал­лах, в жид­ких кри­стал­лах (хи­раль­ных смек­ти­ках), маг­ни­то­упо­ря­до­чен­ных сис­те­мах, упо­ря­до­чи­ваю­щих­ся спла­вах, ин­тер­ка­ли­ро­ван­ных со­еди­не­ни­ях гра­фи­та, в сверх­про­вод­ни­ках 2-го ро­да и др.

Ча­ще все­го рас­смат­ри­ва­ют­ся струк­ту­ры, со­стоя­щие из ато­мов разл. хи­мич. эле­мен­тов, рас­по­ло­жен­ных в уз­лах про­стран­ст­вен­ной кри­стал­лич. ре­шёт­ки. В та­ких струк­ту­рах мо­гут про­ис­хо­дить ли­бо не­пре­рыв­ные, ли­бо скач­ко­об­раз­ные из­ме­не­ния пе­рио­дич­но­сти при стро­го не­пре­рыв­ном из­ме­не­нии внеш­них ус­ло­вий (темп-ры, дав­ле­ния, на­пря­жён­но­сти элек­трич. или маг­нит­но­го по­ля). Как пра­ви­ло, из­ме­не­ние пе­рио­дич­но­сти со­про­во­ж­да­ет­ся из­ме­не­ни­ем плот­но­сти, а так­же ра­ди­каль­ным из­ме­не­ни­ем др. фи­зич. свойств. При этом ве­ще­ст­во пе­ре­хо­дит из од­ной кри­стал­лич. фа­зы в дру­гую, т. е. про­ис­хо­дит фа­зо­вый пе­ре­ход. Скач­ко­об­раз­ный пе­ре­ход не со­про­во­ж­да­ет­ся воз­ник­но­ве­ни­ем не­со­раз­мер­но­сти, то­гда как при не­пре­рыв­ном пе­ре­хо­де воз­мож­но по­яв­ле­ние длин­но­пе­рио­дич. струк­тур с пе­рио­дом, не­со­из­ме­ри­мым с ис­ход­ным. Фа­зы ве­ще­ст­ва с не­со­из­мери­мым пе­рио­дом упо­ря­до­че­ния на­зы­ва­ют не­со­раз­мер­ны­ми. В про­цес­се пе­рехо­да они при­об­ре­та­ют ряд спе­ци­фич. свойств, ко­то­ры­ми не об­ла­да­ют со­раз­мер­ные фа­зы по обе сто­ро­ны фа­зо­во­го пе­ре­хо­да: они ина­че взаи­мо­дей­ст­ву­ют с элек­тро­маг­нит­ным из­лу­че­ни­ем, ина­че про­пус­ка­ют элек­трич. ток и ина­че от­кли­ка­ют­ся на воз­дей­ст­вие внеш­них фи­зич. по­лей.

Н. с. воз­ни­ка­ет в кри­стал­ле, ко­гда в но­вой фа­зе по­ле сме­ще­ний ато­мов при фа­зо­вом пе­ре­хо­де фор­ми­ру­ет сверх­струк­ту­ру, пе­ри­од ко­то­рой за­ви­сит от внеш­них ус­ло­вий и при из­ме­не­нии этих ус­ло­вий про­бе­га­ет не­ко­то­рый не­пре­рыв­ный ин­тер­вал зна­че­ний как со­из­ме­ри­мых, так и не­со­из­ме­ри­мых с пе­рио­дом ис­ход­ной кри­стал­лич. ре­шёт­ки. От­сю­да сле­ду­ет, что от­но­ше­ние дли­ны вол­ны сме­ще­ний к па­ра­мет­ру эле­мен­тар­ной ячей­ки ре­шёт­ки мо­жет быть лю­бым чис­лом, в т. ч. ир­ра­цио­наль­ным, а воз­ник­шая фа­за яв­ля­ет­ся не­со­раз­мер­ной фа­зой со сверх­струк­ту­рой, пе­ри­од ко­то­рой не­со­из­ме­рим с пе­рио­дом осн. ре­шёт­ки. Ти­пич­ны­ми пред­ста­ви­те­ля­ми та­ких струк­тур яв­ля­ют­ся кри­стал­лы $\ce {NaNO2}$, $\ce{Sc(NH_4)_2}$, а так­же боль­шая груп­па сег­не­то­элек­трич. кри­стал­лов с об­щей фор­му­лой $\ce{A2BX4}$, где $\ce {A=K, Rb, Cs, NH4, N(CH3)4}$; $\ce{X=Cl, Br, F}$.

Др. при­ме­ром не­со­раз­мер­но­сти слу­жит упо­ря­до­чен­ная кри­стал­лич. струк­ту­ра маг­нит­ных ио­нов. Ка­ж­дый та­кой ион об­ла­да­ет маг­нит­ным мо­мен­том, и ес­ли эти мо­мен­ты сла­бо взаи­мо­дей­ст­ву­ют друг с дру­гом, то вслед­ст­вие те­п­ло­во­го дви­же­ния их вза­им­ная ори­ен­та­ция хао­тич­на. По­ме­ще­ние та­кой струк­ту­ры в маг­нит­ное по­ле мо­жет при­вес­ти к про­стран­ст­вен­но­му упо­ря­до­че­нию маг­нит­ных мо­мен­тов в струк­ту­ру с пе­рио­дом, за­ви­ся­щим от ве­ли­чи­ны по­ля. При не­ко­то­рой его ве­ли­чи­не поя­вит­ся струк­ту­ра с пе­рио­дом, не­со­из­ме­ри­мым с ис­ход­ным. Ес­ли маг­нит­ное взаи­мо­дей­ст­вие ато­мов ве­ли­ко, то не­со­раз­мер­ные маг­нит­ные струк­ту­ры воз­ни­ка­ют и без внеш­не­го маг­нит­но­го по­ля. Их су­ще­ст­во­ва­ние свя­за­но с за­ви­си­мо­стью дли­ны про­стран­ст­вен­но­го маг­нит­но­го пе­рио­да струк­ту­ры от ве­ли­чи­ны внеш­не­го дав­ле­ния или темп-ры. Из-за на­ли­чия та­кой за­ви­си­мо­сти при не­пре­рыв­ном из­ме­не­нии дав­ле­ния или темп-ры пе­ри­од про­бе­га­ет не­пре­рыв­ный ин­тер­вал зна­че­ний как со­из­ме­ри­мых, так и не­со­из­ме­ри­мых с пе­рио­дом ис­ход­ной кри­стал­лич. ре­шёт­ки. При­чи­ны воз­ник­но­ве­ния не­со­раз­мер­ных маг­нит­ных струк­тур со­сто­ят в кон­ку­рен­ции разл. ви­дов взаи­мо­дей­ст­вий ме­ж­ду маг­нит­ными ио­на­ми, ка­ж­дое из ко­то­рых стре­мит­ся сфор­ми­ро­вать в кри­стал­ле со­из­ме­ри­мые маг­нит­ные струк­ту­ры раз­ной при­ро­ды, напр. фер­ро­маг­нит­ные и ан­ти­фер­ро­маг­нит­ные (см. Маг­нит­ная струк­ту­ра атом­ная).