Fizyka materii skondensowanej

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Przejdź do nawigacji Przejdź do wyszukiwania

Fizyka materii skondensowanej – dział fizyki zajmujący się makroskopowymi własnościami fizycznymi materii.

Kondensat fermionów to twór teoretyczny, zaproponowany przez Enrico Fermiego, nazywany na jego cześć czasami cieczą Fermiego. Miałby to być stan skupienia materii, w którym występowałby kondensat składający się z populacji fermionów, z których wszystkie razem występowałyby w tym samym stanie kwantowym.Ciecz Fermiego – rodzaj cieczy kwantowej fermionów powstałej w specyficznych warunkach, przy zachowaniu dostatecznie niskiej temperatury. Model cieczy Fermiego zakłada istnienie oddziaływania fermion-fermion, przykładem takiej cieczy są elektrony w metalu. Fenomenologiczną teorię cieczy Fermiego przedstawił radziecki fizyk L. Landau w 1956 roku.

Fizyka materii skondensowanej zajmuje się w szczególności fazą skondensowaną materii, czyli sytuacjami, w których liczba składników układu jest bardzo duża oraz oddziaływania pomiędzy składnikami są silne. Najbardziej znanymi przykładami materii skondensowanej są ciała stałe oraz ciecze, gdzie o kształcie układu decydują oddziaływania elektromagnetyczne pomiędzy atomami lub cząsteczkami wchodzącymi w skład układu. Bardziej egzotycznymi fazami są: stan nadciekły, kondensat Bosego-Einsteina, nadprzewodniki pierwszego i drugiego rodzaju, ferromagnetyk i antyferromagnetyk.

Philip Warren Anderson (ur. 13 grudnia 1923 w Indianapolis) – fizyk amerykański. Urodzony w Indianapolis w stanie Indiana, dorastał w Urbana (stan Illinois). Studiował na Uniwersytecie Harvarda, który ukończył z wyróżnieniem w 1943 roku. W czasie wojny krótko pracował w Laboratorium Badawczym Marynarki Wojennej USA (U.S. Naval Research Laboratory).Półprzewodniki − najczęściej substancje krystaliczne, których konduktywność (przewodnictwo właściwe) może być zmieniana w szerokim zakresie (np. 10 do 10 S/cm) poprzez domieszkowanie, ogrzewanie, oświetlenie bądź inne czynniki. Przewodnictwo typowego półprzewodnika plasuje się między przewodnictwem metali i dielektryków.

Fizyka materii skondensowanej jest najobszerniejszym działem współczesnej fizyki. Wyrosła bezpośrednio z fizyki ciała stałego, która jest uważana obecnie za główną gałąź fizyki materii skondensowanej. Sam termin fizyka materii skondensowanej został zaproponowany przez Philipa Andersona oraz Volkera Heinego.

Półmetale (metaloidy) – pierwiastki chemiczne, które mają własności pośrednie między metalami i niemetalami. Zalicza się do nich: antymon, arsen, bor, german, krzem, tellur oraz czasami także selen, glin, polon i astat, w niektórych podręcznikach także węgiel, mający najwyższą temperaturę topnienia z dotychczas poznanych pierwiastków, oraz fosfor (tworzący odmianę czarną o właściwościach fizycznych przypominających metal).Zol – układ koloidalny w postaci cząstek koloidalnych rozproszonych w cieczy lub gazie. W praktyce pod tym terminem kryje się większość układów koloidalnych.

Jednym z powodów powstania wspólnej nazwy materia skondensowana dla, często odległych dziedzin fizyki, jest fakt, że modele i metody używane w tych dziedzinach są bardzo podobne bądź wręcz te same. Przykładowo elektrony przewodnictwa w przewodniku tworzą rodzaj cieczy kwantowej o bardzo podobnych właściwościach do cieczy złożonych z atomów. W szczególności, w nadprzewodnictwie kondensacja elektronów w nowy rodzaj fazy, w której poruszają się bez strat, jest bardzo podobna do fazy nadciekłej występującej w niskich temperaturach w He.

Stan szklisty – stan skupienia, w którym materia nie posiada uporządkowania dalekiego zasięgu, a jedynie lokalne zagęszczenia materii zwane mikroobszarami, domenami lub klasterami, tworzące nieregularną więźbę i ograniczające się do objętości o średnicy nie przekraczającej 20 Å. Z tych powodów promieniowanie rentgenowskie rozproszone na powierzchni ciała w stanie szklistym nie daje efektu interferencyjnego, jak to ma miejsce w przypadku kryształów (dyfrakcja Bragga). Dlatego szkieł nie można identyfikować rentgenograficznie.Stan skupienia materii – podstawowa forma, w jakiej występuje substancja, określająca jej podstawowe właściwości fizyczne. Właściwości substancji wynikają z układu oraz zachowania cząsteczek tworzących daną substancję. Bardziej precyzyjnym określeniem form występowania substancji jest faza materii.

Fizyka materii skondensowanej posiada dużą część wspólną z chemią, fizyką materiałów, nanotechnologią, inżynierią.

Tematyka objęta fizyką materii skondensowanej[ | edytuj kod]

  • Fazy
  • Gaz; Ciecz; Ciało stałe
  • Niskotemperaturowe fazy- Kondensat Bosego-Einsteina, Gaz Fermiego; Ciecz Fermiego, Kondensat fermionów; Ciecz Luttingera; Nadciekłość; Złożone fermiony; Supersieci
  • Zjawiska fazowe – Parametr porządku; Przejście fazowe
  • Interfejsy
  • Naprężenia na powierzchniach
  • Wzrost domenowy – Nukleacja
  • Sieć krystaliczna
  • Izolator; Metal; Półprzewodnik; Półmetal
  • Zjawiska elektronowe – Przerwa pasmowa; Fale Blocha; Pasmo przewodnictwa; Masa efektywna; Przewodnictwo elektryczne; Dziura; Pasmo walencyjne
  • Zjawiska elektronowe – Efekt Kondo; Plazmon; Kwantowy efekt Halla; Nadprzewodnictwo; Kryształ Wignera; Efekt termoelektryczny
  • Zjawiska sieciowe – Antyferromagnetyk; Efekt ferroelektryczny; Ferromagnetyk; Magnon; Fonon; Szkło spinowe; Defekt topologiczny
  • Ciała stałe o niekrystalicznej strukturze
  • Rodzaje – Postać amorficzna; Kwazicząstki
  • Miękka materia skondensowana
  • Rodzaje – Ciekłe kryształy; Polimery; Płyn nienewtonowski; Żele; Zole; Emulsje; Koloidy; Stan szklisty
  • Nanotechnologia
  • NEMS
  • Mikroskopia sił atomowych
  • Transport Ciepła w nanoskali
  • Transport spinowy
  • Linki zewnętrzne[ | edytuj kod]

  • Józef Spałek, Wstęp do fizyki materii skondensowanej, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa
  • Szkło spinowe – rodzaj materiału magnetycznego, wykazujący lokalne uporządkowanie spinów (momentów magnetycznych), lecz nie posiadający wypadkowego momentu magnetycznego. Ze szkłem spinowym mamy do czynienia, gdy momenty magnetyczne rozmieszczone są przypadkowo w sieci krystalicznej, a oddziaływanie spinu z pierwszym sąsiadem ma naturę ferromagnetyczną, a z drugim antyferromagnetyczną. Oddziaływanie o charakterze ferromagnetycznym między momentami magnetycznymi następuje przez poruszające się elektrony przewodnictwa. W przypadku szkieł spinowych struktura materiału i rodzaj oddziaływań prowadzi do frustracji spinów (sprzeczne oddziaływanie z najbliższymi i drugimi sąsiadami) co sprawia, że energia układu ma wiele minimów. Konsekwencją powyższego jest płynięcie układu w czasie, tzn. wolne zmienianie się struktury spinowej – co jest cechą charakterystyczną szkieł spinowych.Efekt Kondo - w fizyce ciała stałego terminem tym określa się ogół procesów odpowiedzialnych za obserwowaną w niskich temperaturach (poniżej temperatury Kondo) anomalną zależność oporu materiału od temperatury, zaobserwowaną po raz pierwszy przez W. J. de Haasa w 1934 roku, następnie częściowo wytłumaczoną przez Juna Kondo w 1964, oraz ostatecznie w pełni wyjaśnioną przez Kennetha G. Wilsona w 1975 roku. Najprościej efekt Kondo można opisać jako efekt oddziaływania pojedynczych magnetycznych atomów domieszki z elektronami przewodnictwa materiału diamagnetycznego, czyli skomplikowany problem wielociałowy.




    Warto wiedzieć że... beta

    Nanotechnologia – ogólna nazwa całego zestawu technik i sposobów tworzenia rozmaitych struktur o rozmiarach nanometrycznych, czyli na poziomie pojedynczych atomów i cząsteczek. Rozmiary nanometryczne nie są jednoznacznie zdefiniowane. Powszechnie znany przedział 1,5 - 100 nm nie znajduje potwierdzenia praktycznego. Obecnie uważa się iż granice rozmiarów nanometrycznych leżą tam, gdzie rozmiar struktury koreluje z właściwościami fizycznymi materiału.
    Ciekłe kryształy – nazwa fazy pośredniej między ciekłym i krystalicznym stanem skupienia materii, którą charakteryzuje zdolność do płynięcia, charakterystyczna dla cieczy i jednocześnie dalekozasięgowe uporządkowanie tworzących ją cząsteczek, podobnie jak to ma miejsce w kryształach.
    W fizyce plazmon stanowi kwant oscylacji plazmy. Plazmon jest kwazicząstką wynikającą z kwantowania oscylacji plazmy tak samo jak fotony i fonony są kwantami odpowiednio elektromagnetycznych i mechanicznych drgań (chociaż foton jest cząstką elementarną, a nie kwazicząstką). Tak więc plazmony są wspólnymi oscylacjami gęstości gazu swobodnych elektronów, na przykład przy częstościach optycznych. Plazmony mogą oddziaływać z fotonami tworząc inną kwazicząstkę zwaną polarytonem.
    Hel (He, łac. helium) – pierwiastek chemiczny o liczbie atomowej 2, z grupy helowców (gazów szlachetnych) w układzie okresowym. Jest po wodorze drugim najbardziej rozpowszechnionym pierwiastkiem chemicznym we wszechświecie, jednak na Ziemi występuje wyłącznie w śladowych ilościach (4×10% w górnych warstwach atmosfery).
    Fonon (z gr. φωνή phonē, „dźwięk”) – kwazicząstka, kwant energii drgań sieci krystalicznej o bozonowych własnościach.
    Spin – moment własny pędu cząstki w układzie, w którym nie wykonuje ruchu postępowego. Własny oznacza tu taki, który nie wynika z ruchu danej cząstki względem innych cząstek, lecz tylko z samej natury tej cząstki. Każdy rodzaj cząstek elementarnych ma odpowiedni dla siebie spin. Cząstki będące konglomeratami cząstek elementarnych (np. jądra atomów) mają również swój spin będący sumą wektorową spinów wchodzących w skład jego cząstek elementarnych.
    Magnon (od magnetyzmu) jest kwazicząstką opisującą elementarny kwant propagujących się wzbudzeń spinowych w krysztale.

    Reklama