دراسة المادة في شكلها الصلب، بما في ذلك خصائصها الفيزيائية وسلوكياتها.فيزياء الحالة الصلبة هي فرع الفيزياء الذي يدرس المادة الصلبة أو الجامدة. وتركز على كيفية نشوء الخصائص الفيزيائية واسعة النطاق للمواد الصلبة (مثل التوصيل الكهربائي، والمغناطيسية، والسلوك الحراري، والاستجابة البصرية) من السلوك الكمومي لذراتها وإلكتروناتها المكونة لها. وهي الأساس الفكري لجميع التقنيات الحديثة تقريبًا، من شريحة السيليكون في هاتفك إلى التخزين المغناطيسي في قرصك الصلب.
ظهر هذا المجال في أوائل القرن العشرين، حيث طُورت أول نظرية كمومية للمواد الصلبة بواسطة أرنولد سومرفيلد وفيليكس بلوخ في أواخر العشرينيات، بناءً على أعمال أينشتاين السابقة حول الحرارة النوعية. أصبح مصطلح 'فيزياء الحالة الصلبة' مستخدمًا على نطاق واسع في الأربعينيات، خاصة مع تأسيس قسم فيزياء الحالة الصلبة في الجمعية الفيزيائية الأمريكية عام 1947.
الفكرة المركزية هي أن الذرات في المادة الصلبة مرتبة في شبكة دورية منتظمة. الإلكترونات في المادة الصلبة ليست مرتبطة بذرات فردية بل تشكل 'بحرًا' من الجسيمات غير المتمركزة التي تتحرك عبر هذا الجهد الدوري. تحدد ميكانيكا الكم أن هذه الإلكترونات يمكنها فقط شغل نطاقات طاقة محددة، ويملي امتلاء هذه النطاقات ما إذا كانت المادة معدنًا أو شبه موصل أو عازلًا. يستخدم المجال أدوات مثل نظرية النطاقات، وأسطح فيرمي، ومفاهيم شبه الجسيمات (مثل الفونونات للاهتزازات) لشرح السلوك العياني والتنبؤ به.
إنها تدعم تصميم جميع أجهزة أشباه الموصلات (الترانزستورات، الثنائيات الباعثة للضوء، الخلايا الشمسية)، ووسائط التخزين المغناطيسية، والموصلات الفائقة، والمواد المتقدمة مثل الجرافين والعوازل الطوبولوجية.
الترانزستور، اللبنة الأساسية لجميع الإلكترونيات الحديثة، اخترع في عام 1947 في مختبرات بيل كنتيجة مباشرة لأبحاث فيزياء الحالة الصلبة، ليحل محل الأنابيب المفرغة الضخمة وغير الفعالة.
لا مقالات بعد