Skondensowana materia
W naukach przyrodniczych, skondensowane sprawa wskazuje na stałe i ciekły stan skupienia w przeciwieństwie do gazu i plazmy .
Fizyka materii skondensowanej
Fizyki skondensowanej różni się znacznie od wolnych cząstek ( fizyki cząstek elementarnych , fizyki atomowej ), z uwagi na wzajemne oddziaływanie z bloków materii . Wiele zjawisk, takich jak odkształcalność , porządek magnetyczny lub przewodnictwo elektryczne, można wywieść z pewnego porządku interakcji między elementami budulcowymi skondensowanej materii. W związku z tym należy je traktować zupełnie inaczej w materii skondensowanej niż w cząstkach swobodnych, albo pojawiają się tylko w materii skondensowanej.
Ujęcie fizyki materii skondensowanej charakteryzuje się tym, że duża liczba cząstek tworzących opisywany układ wyklucza elementarne rozwiązanie poszczególnych równań ruchu. Zamiast opisu stanów poszczególnych cząstek w układzie znajdują się stwierdzenia o częstotliwościach (lub znormalizowanych do liczby możliwych stanów: prawdopodobieństwach), z jakimi zachodzą określone stany dowolnych cząstek w układzie.
Ogólny opis mikroskopowy opiera się na teorii wielu cząstek , która uwzględnia również oddziaływania cząstek. Dla większości zastosowań wystarczy jednak opis w ramach teorii pola średniego , w którym wszystkie cząstki poruszają się niezależnie od siebie w uśrednionym, efektywnym potencjale. Przedstawicielami tych ostatnich są metoda Hartree-Focka i teoria funkcjonału gęstości , za pomocą których można uzyskać np. dużą liczbę parametrów materiałowych . Na podstawie uzyskanych danych materiałowych układ można traktować za pomocą klasycznych równań pola , uwzględniając makroskopowe właściwości układu, takie jak geometria układu i obciążenia zewnętrzne . Na przykład odkształcenia sprężyste w makroskopowej mechanice kontinuum są obliczane przy użyciu modułu sprężystości i liczby Poissona . Jeśli jednak istnieją znaczące korelacje między cząstkami w ciałach stałych (np. długozasięgowa korelacja samych położeń atomów w sieci krystalicznej, lub korelacja spinów elektronów → porządek magnetyczny taki jak ferromagnetyzm i antyferromagnetyzm ), opis nie może być dalej wykonywany. w przybliżeniu niezależnych cząstek. Należy zatem użyć narzędzi teorii wielu ciał.
Koncepcje fizyki materii skondensowanej znajdują zastosowanie daleko poza obszarem materii stałej i płynnej (przykłady: zarządzanie ryzykiem , statystyka ubezpieczeniowa , sieci neuronowe ).
Obszary podlegające
Fizyka ciała stałego
Fizyka ciała stałego zajmuje się fizyką materii w stałym stanie skupienia . Szczególne znaczenie mają ciała krystaliczne, czyli takie, które posiadają translacyjną strukturę symetryczną (okresową) , ponieważ ta symetria translacyjna drastycznie upraszcza traktowanie wielu zjawisk fizycznych, a nawet umożliwia to przede wszystkim.
Fizyka płynów
Fizyka cieczy zajmuje się materią w jej stanie ciekłym. Składniki płynu wykazują wysoki stopień wzajemnej ruchliwości ( translacja i rotacja ).
Miękka skondensowana materia
Termin miękka materia skondensowana jest używany do podsumowania substancji, które różnią się od „twardej materii” krystalicznych ciał stałych dwiema istotnymi cechami:
- Z jednej strony charakterystyczna skala długości jest rzędu wielkości cząsteczek, tj. w zakresie od 1 nm do 1 µm. Podstawowe elementy budulcowe z miękkiej materii mają zatem złożoną podstrukturę.
- Z drugiej strony elementy te podlegają silnym fluktuacjom termicznym, dzięki czemu odpowiednia skala energii jest wyznaczana przez energię wzbudzenia termicznego . Występujące tu energie są zatem znacznie mniejsze (zwykle kilka meV) niż w twardej materii, gdzie mieszczą się w zakresie kilku elektronowoltów (eV).
Miękka materia obejmuje głównie substancje amorficzne, które nie mają dalekosiężnego uporządkowania krystalicznego, takie jak: polimery , ciekłe kryształy , koloidy i membrany .
Systemy (przykładowe)
Zjawiska (przykładowe)
- Masa efektywna (kwazicząstek)
- Ferroelektryczność
- Przewodność elektryczna
- Nadciekłość
- Nadprzewodnictwo
- magnetyzm
- Efekt Halla , kwantowy efekt Halla
- Linia zdjęć
- Efekt Kondo
- Złącze RKKY
- Przejścia fazowe
literatura
- Charles Kittel : Wprowadzenie do fizyki ciała stałego . 14. wydanie poprawione i rozszerzone. R. Oldenbourg, Monachium 2005, ISBN 3-486-57723-9 .
- Neil W. Ashcroft , N. David Mermin : Fizyka ciała stałego . Wydanie trzecie, ulepszone. R. Oldenbourg Wissenschaftsverlag, Monachium/Wiedeń 2007, ISBN 978-3-486-58273-4 .
- Harald Ibach, Hans Lüth: Fizyka ciała stałego . Wydanie szóste. Springer, Berlin i in. 2002, ISBN 3-540-42738-4 .
- Konrad Kopitzki, Peter Herzog: Wprowadzenie do fizyki ciała stałego . 6. wydanie poprawione. Wydawnictwo Teubner, Wiesbaden 2007, ISBN 978-3-8351-0144-9 .
- Gerd Czycholl: Teoretyczna fizyka ciała stałego. Od klasycznych modeli po nowoczesne tematy badawcze. Wydanie trzecie, zaktualizowane. Springer, Berlin/Heidelberg 2008, ISBN 978-3-540-74789-5 .
- Siegfried Hunklinger: Fizyka ciała stałego . Wydanie trzecie, ulepszone i zaktualizowane. Oldenbourg Wissenschaftsverlag, Monachium 2011, ISBN 978-3-486-70547-8 .
- Rudolf Gross, Achim Marx: Fizyka ciała stałego . Oldenbourg Wissenschaftsverlag, Monachium 2012, ISBN 978-3-486-71294-0 .
linki internetowe
- Przewodnik Britney po fizyce półprzewodników (angielski)