无序体系

相对于晶体，无序体系分布更为广泛，涵盖了所有非晶固体和液体，常见的有塑料、玻璃、非晶硅、水以及溶液。同时，无序体系的应用也极其广，涉及日常生活、能源、通信和社会发展等方面。为此，无序体系的探索越来越受到关注。

无序体系的热点探索众多，典型无序体系中的液体和玻璃的结构、动力学行为和热力学特征等三个方面是材料科学和凝聚态物理学中最基础且最难解决的基本理论难题。液体和玻璃的结构通常指不考虑热运动前提下基本单元在空间的瞬时排列。其基本特征是没有长程有序性，是否存在局域以及中程有序仍有待证实。理论上液体和玻璃的无序结构可分为两大类型：无序球体堆拓和无序网状连接。无序球体堆拓结构常应用于离子、小分子和金属等由简单基本单元组成的体系；而无序网状连接结构只适用于少数如SiO₂一样存在共价键强结合的体系。实验结构测试和分析手段难以区分液体和玻璃。

液体和玻璃的动力学异常丰富和复杂，与玻璃转变问题密切关联。液体动力学行为的基本特征包括：一定压强下，黏度随温度降低而连续增大；从熔点

至玻璃转变温度（大约

温区），黏度增大13～15个数量级；绝大多数液体黏度随温度变化偏离阿伦尼乌斯关系；结构弛豫变化存在一个交叉温区；高于交叉温区，存在埃级尺度上两个快速皮秒级动力学过程；低于交叉温区，存在两个弛豫，α和慢β弛豫。慢β弛豫要快于α弛豫，前者在温度区域是符合阿伦尼乌斯关系，而后者偏离阿伦尼乌斯关系，且两者在时间上都是非指数的。相对于液体，玻璃的动力学非常缓慢；其行为特征常描述为非线性和非指数性的叠加。玻璃的动力学行为不仅是一个基础科学问题，而且与实际应用密切关联。

液体和玻璃的热力学涉及液体和玻璃的内能、比热、焓和熵等热力学量的变化规律及本质。其中，液体的比热要大于玻璃的比热，而玻璃的比热相近于其对应晶体比热。由此，理论上液体不能存在于零开，存在某一温度处转变为玻璃（该转变又称理想玻璃转变）。液体和玻璃的热力学研究核心是建立液体和玻璃比热的物理描述范式，将液体和玻璃纳入一个可以认知的范畴。

无序体系的深入研究不仅拓展了对其基本规律的认知，而且对于其他领域有着重要影响。如玻璃转变现象和理论已广泛应用于社会学、通信、生物等领域。