En física , los términos orden y desorden designan la presencia o ausencia de alguna simetría o correlación en un sistema de muchas partículas. [ cita necesaria ]
En física de la materia condensada , los sistemas normalmente se ordenan a bajas temperaturas ; al calentarse, sufren una o varias transiciones de fase a estados menos ordenados. Ejemplos de tal transición orden-desorden son:
El grado de libertad ordenado o desordenado puede ser traslacional ( ordenamiento cristalino ), rotacional (ordenamiento ferroeléctrico ) o un estado de espín ( ordenamiento magnético ).
El orden puede consistir en una simetría de grupo espacial cristalino completo o en una correlación. Dependiendo de cómo decaigan las correlaciones con la distancia, se habla de orden de largo alcance o de orden de corto alcance .
Si un estado desordenado no está en equilibrio termodinámico , se habla de desorden apagado . Por ejemplo, un vidrio se obtiene enfriando ( sobreenfriamiento ) un líquido. Por extensión, otros estados apagados se denominan vidrio giratorio , vidrio orientacional . En algunos contextos, lo opuesto al desorden apagado es el desorden recocido .
La forma más estricta de orden en un sólido es la periodicidad de la red : un cierto patrón (la disposición de los átomos en una celda unitaria ) se repite una y otra vez para formar un mosaico del espacio traslacionalmente invariante. Ésta es la propiedad que define a un cristal . Las posibles simetrías se han clasificado en 14 redes de Bravais y 230 grupos espaciales .
La periodicidad de la red implica un orden de largo alcance : [1] si solo se conoce una celda unitaria, entonces, en virtud de la simetría traslacional, es posible predecir con precisión todas las posiciones atómicas a distancias arbitrarias. Durante gran parte del siglo XX, lo contrario también se dio por sentado, hasta que el descubrimiento de los cuasicristales en 1982 demostró que hay teselaciones perfectamente deterministas que no poseen periodicidad reticular.
Además del orden estructural, se puede considerar el ordenamiento de cargas , el ordenamiento de espines , el ordenamiento magnético y el ordenamiento compositivo. El orden magnético es observable en la difracción de neutrones .
Es un concepto de entropía termodinámica que a menudo se muestra mediante una transición de fase de segundo orden . En términos generales, una energía térmica alta se asocia con el desorden y una energía térmica baja con el orden, aunque ha habido violaciones de esto. Los picos de orden se vuelven evidentes en experimentos de difracción a baja energía.
El orden de largo alcance caracteriza los sistemas físicos en los que porciones remotas de la misma muestra exhiben un comportamiento correlacionado .
Esto se puede expresar como una función de correlación , es decir, la función de correlación espín-espín :
donde s es el número cuántico de espín y x es la función de distancia dentro del sistema particular.
Esta función es igual a la unidad y disminuye a medida que aumenta la distancia . Normalmente, decae exponencialmente hasta cero a grandes distancias y se considera que el sistema está desordenado. Pero si la función de correlación decae hasta un valor constante en general, entonces se dice que el sistema posee un orden de largo alcance. Si decae a cero como una potencia de la distancia, entonces se llama orden de casi largo alcance (para más detalles, consulte el Capítulo 11 del libro de texto citado a continuación. Véase también Transición Berezinskii-Kosterlitz-Thouless ). Tenga en cuenta que lo que constituye un valor grande de se entiende en el sentido de asintóticos .
En física estadística , se dice que un sistema presenta desorden apagado cuando algunos parámetros que definen su comportamiento son variables aleatorias que no evolucionan con el tiempo. Se dice que estos parámetros están apagados o congelados. Los vasos giratorios son un ejemplo típico. El desorden apagado se contrasta con el desorden recocido en el que se permite que los parámetros evolucionen por sí mismos.
Matemáticamente, el desorden apagado es más difícil de analizar que su contraparte recocida, ya que los promedios sobre el ruido térmico y el desorden apagado juegan papeles distintos. Se conocen pocas técnicas para abordar cada uno de ellos, la mayoría de las cuales se basan en aproximaciones. Las técnicas comunes utilizadas para analizar sistemas con desorden apagado incluyen el truco de la réplica , basado en la continuación analítica , y el método de la cavidad , donde se analiza la respuesta de un sistema a la perturbación debida a un constituyente agregado. Si bien estos métodos arrojan resultados que coinciden con los experimentos en muchos sistemas, los procedimientos no han sido justificados matemáticamente formalmente. Recientemente, métodos rigurosos han demostrado que en el modelo de Sherrington-Kirkpatrick , un modelo arquetípico de vidrio giratorio, la solución basada en réplicas es exacta. El formalismo funcional generador , que se basa en el cálculo de integrales de trayectoria , es un método completamente exacto pero es más difícil de aplicar que los procedimientos de réplica o cavidad en la práctica.
Se dice que un sistema presenta desorden recocido cuando algunos parámetros que entran en su definición son variables aleatorias , pero cuya evolución está relacionada con la de los grados de libertad que definen el sistema. Se define en oposición al desorden apagado, donde las variables aleatorias no pueden cambiar sus valores.
Los sistemas con desorden recocido generalmente se consideran más fáciles de tratar matemáticamente, ya que el promedio del desorden y el promedio térmico pueden tratarse en pie de igualdad.
