Kondenserte fasers fysikk

Kondenserte fasers fysikk (kondenserte mediers fysikk) er en gren av fysikken som beskriver oppbygningen av stoff (materie) ved moderate og lave energier og temperaturer, typisk mindre enn 100 °C. Stoff er i denne sammenhengen systemer med mange atomer og molekyler, dvs. det meste av den verden i ser rundt oss til daglig. Kondenserte fasers fysikk er en forholdsvis ny gren av fysikken og kom til på starten av 1900-tallet ved at man beskrev hvordan atomer dannet periodiske gitter i metaller og krystaller. Feltet beskriver både mekaniske, elektriske og magnetiske egenskaper til stoff, hvor viktige begreper er halvledere, metaller, isolatorer, magnetisme, supraledning og vekselvirkning mellom stråling og stoff.

Kondenserte fasers fysikk var i starten fokusert på fasen faststoff og ble dermed omtalt som faststoffysikk. Dette har vært viktig for materialteknologi og industrielle anvendelser, hvor spesielt utviklingen av material-, halvleder- og mikroteknologi har vært voldsomt etter 1950.

Faststoffysikken har vært regnet som viktig for anvendelser, men mindre interessant for fundamental teoretiske forståelse av naturen. En holdningsendring er kommet i de senere år ved beskrivelse av mer eksotiske faser og systemer som oppstår ved lave temperaturer. Eksempler på dette er supraledning, Bose-Einstein-kondensat og kvante-Hall-effekten. Disse fenomenene er av fundamental interesse og regnes som noen av de mest spennende oppdagelsene i fysikken i senere tid.

Andre nye felter innen kondenserte fasers fysikk som er kommet til i senere tid og som er i rask utvikling er nanoteknologi, dvs. systemer hvor kvanteeffekter må inkluderes, samt komplekse materialer, dvs. materialer som ikke har noen tradisjonell orden. Eksempler på komplekse materialer er amorfe og polykrystalinske stoff, leire, tre, flytende krystaller, dvs. stort sett det meste faststoff som ikke har en periodisk krystallstruktur. Myke materialer, det vil si materialer hvor strukturen kan endres dramatisk uten sterke ytre påvirkninger, hører også til de komplekse materialene.

Viktige underemner

Kondenserte fasers fysikk er den største grenen av fysikken, ut fra antall fysikere, og har mange undergrener. Indelingen under er ikke eksklusiv og fagfeltene går inn i hverandre. I tillegg er det overlapp med andre grener av fysikken som kvantemekanikk, statistisk fysikk, termodynamikk, mekanikk, elektromagnetisme og optikk.

Faststoffysikk

Hovedartikler Faststoffysikk og materialteknologi

Faststoffysikk er den eldste og største delen av kondenserte fasers fysikk. Den beskriver faststoff med fokus på hvordan krystallstrukturer og oppbygning bestemmer mekaniske, elektriske, magnetiske og optiske egenskaper. Elektriske egenskaper vil si om stoffet er et metall, en isolator eller en halvleder.

Halvlederfysikk

Hovedartikler Halvleder og mikroteknologi

Halvlederfysikk er voldsomt viktig for industrielle anvendelser og i motsetning til andre grener av fysikken har mye viktig og fundamental forskning vært utført av industrien, ikke universiteter. Halvledere er basis for mikroelektronikk og anvendelsene er mange: mikroprosessorer, data-minne, dioder, sol-celler, osv.

Komplekse materialer

Hovedartikkel Komplekse materialer

Komplekse materialer er materialer som ikke har noen enkel struktur, i motsetning til f.eks. krystaller og metaller. Faktisk gjelder dette de fleste materialer i dagliglivet, men siden de er vanskelige å studere i forhold til regulære stoffer har de vært mindre studert og utnyttet i fysikken. Eksempler på komplekse materialer er amorfe og polykrystalinske stoffer, myke materialer (soft matter), flytende krystaller og kvasikrystaller. Komplekse materialer er den delen av det videre begrepet komplekse systemer som faller inn under kondenserte mediers fysikk. Eksempler på komplekse systemer som ikke faller inn under denne type fysikk er for eksempel granulære medier, flerfasestrøm gjennom porøse medier, økonomiske systemer, trafikksystemer, kaosteori.

Nanoteknologi og mesoskopisk fysikk

Hovedartikler Nanoteknologi og mesoskopisk fysikk

Nanoteknologi og mesoskopisk fysikk er fysikk hvor mange atomer er involvert og kvante-effekter spiller en rolle.

Magnetisme

Hovedartikkel Magnetisme

Innen faststoffysikk studeres hvordan stoff setter opp og vekselvirker med magnetfelt. En viktig anvendelse av dette er magnetisk lagring, i f.eks. magnetbånd og platelager.

Supraledning

Hovedartikkel Superleder

Supraledning er en elektriske og magnetisk fase som oppstår ved lave temperaturer og den karakteriseres ved elektriske ledning uten motstand. Flere teorier beskriver supraledning på ulike nivåer, deriblant London-teori, Ginzburg-Landau-teori og BCS-teori.

Bose-Einstein-kondensasjon

Hovedartikkel Bose-Einstein-kondensasjon

Bose-Einstein-kondensasjon er en kvantemekanisk fase som karakteriseres ved at et stort antall partikler «kondenserer» til den samme kvantetilstanden.

Kilder

• C. Kittel, Introduction to Solid State Physics