同体内相比,晶体表面具有独特的结构和物理、化学性质。这是由于表面原子所处的环境同体内原子不一样,在表面几个原子层的范围,表面的组分和原子排列形成的二维结构都同体内与之平行的晶面不一样的缘故。表面微观粒子所处的势场同体内不一样,因而形成独具特征的表面粒子的运动状态,限制粒子只能在表面层内运动并具有相应的本征能量,它们的行为对表面的物理、化学性质起重要作用。
非晶态固体的物理性质同晶体有很大差别,这同它们的原子结构、电子态以及各种微观过程有密切联系。从结构上来分,非晶态固体有两类。一类是成分无序,在具有周期性的点阵位置上随机分布着不同的原子或者不同的磁矩;另一类是结构无序,表征长程序的周期性完全破坏,点阵失去意义。但近邻原子有一定的配位关系,类似于晶体的情形,因而仍然有确定的短程序。
例如,金属玻璃是无规密积结构,而非晶硅是四面体键组成的无规网络。20年代发现,并在70年代得到发展的扩展 X射线吸收精细结构谱技术,成为研究非晶态固体原子结构的重要手段。
无序体系的电子态具有其独特的性质,安德森在他的富有开创性的工作中,探讨了无序体系中电子态局域化的条件,10年之后,莫脱在此基础上建立了非晶态半导体的能带模型,提出迁移率边的概念。
在无序体系中,电子态有局域态和扩展态之分。在局域态中的电子只有在声子的合作下才能参加导电,这使得非晶态半导体的输运性质具有新颖的特点。1974年人们掌握了在非晶硅中掺杂的技术,现在非晶硅已成为制备高效率太阳能电池的重要材料。
非晶态合金具有特殊的物理性质。例如,它们的电阻率较大而其温度系数小。有的材料有很大的拉伸强度,有的具有优异的抗腐蚀性,可与不锈钢相比。非晶态磁性合金具有随机变化的交换作用,可导致居里温度的改变(大多数材料居里温度变低),同时在无序体系中,缺陷失去原有的意义。因而非晶态磁性固体可以在较低的外磁场下达到饱和,磁损耗减小。所以,非晶态合金具有多方面用途。
无序体系是一个复杂的新领域,非晶态固体实际上是一个亚稳态。目前对许多基本问题还存在着争论,有待进一步的探索和研究。
新的实验条件和技术日新月异,为固体物理不断开拓出新的研究领域。极低温、超高压、强磁场等极端条件、超高真空技术、表面能谱术、材料制备的新技术、同步辐射技术、核物理技术、激光技术、光散射效应、各种粒子束技术、电子显微术、穆斯堡尔效应、正电子湮没技术、磁共振技术等现代化实验手段,使固体物理性质的研究不断向深度和广度发展。