Le domaine qui étudie les propriétés de la matière à l'état solide et liquide, relié par le modèle.La physique de la matière condensée est la branche de la physique qui étudie les propriétés de la matière à l'état solide et liquide, où le comportement collectif de nombreux atomes et électrons donne naissance à des phénomènes absents chez les particules individuelles. C'est le sous-domaine de la physique le plus vaste et le plus actif, expliquant tout, de la conductivité des métaux et de la transparence du verre au magnétisme des portes de réfrigérateur et au comportement des cristaux liquides dans les écrans. Le domaine est unifié par le concept d'émergence : l'idée que des propriétés complexes, souvent surprenantes, découlent d'interactions simples entre un grand nombre de constituants.
Le domaine a émergé au début du XXe siècle avec le développement de la mécanique quantique, nécessaire pour expliquer des phénomènes comme la chaleur spécifique des solides et la supraconductivité. Le terme « physique de la matière condensée » a été inventé par Philip Anderson dans les années 1960 pour englober l'étude des solides et des liquides, remplaçant l'ancien terme « physique de l'état solide ».
L'approche centrale consiste à modéliser la matière comme un ensemble de particules en interaction — typiquement des noyaux atomiques et des électrons — puis à appliquer la mécanique quantique et la mécanique statistique pour prédire les propriétés macroscopiques. Comme résoudre le problème quantique complet pour un petit morceau de matière est impossible, les physiciens de la matière condensée développent des modèles simplifiés, tels que la théorie du liquide de Fermi ou le modèle d'Ising, qui capturent la physique essentielle. Ces modèles révèlent souvent des excitations collectives, comme les phonons (vibrations quantifiées du réseau) ou les quasiparticules, qui se comportent comme des particules à part entière et dominent le comportement du matériau.
La physique de la matière condensée sous-tend pratiquement toute la technologie moderne, y compris les semi-conducteurs pour l'électronique, le stockage magnétique dans les disques durs et le développement de nouveaux matériaux comme le graphène et les supraconducteurs à haute température.
La découverte des supraconducteurs à haute température en 1986, qui conduisent l'électricité sans résistance à des températures bien supérieures à ce que l'on pensait possible auparavant, reste l'un des problèmes les plus actifs et non résolus de la physique de la matière condensée.
