Fortættet stof

I naturvidenskaberne betegner kondenseret stof den faste og flydende aggregeringstilstand i modsætning til gas og plasma .

Første Brillouin -zone i et FCC -net

Kondenseret materie fysik

Den fysik af kondenserede stoffer afviger betydeligt fra frie partikler ( elementarpartikelfysikken , atomar fysik ) på grund af den indbyrdes interaktion mellem byggestenene i sagen . Mange fænomener som deformerbarhed , magnetisk orden eller elektrisk ledningsevne kan spores tilbage til en bestemt interaktionsorden mellem byggestenene i kondenseret stof. De skal derfor behandles meget anderledes i kondenseret stof end i frie partikler, eller de forekommer kun i kondenseret stof.

Behandlingen af ​​fysikken i kondenseret stof er kendetegnet ved, at det store antal partikler, der danner det system, der skal beskrives, udelukker en elementær løsning af de enkelte bevægelsesligninger. I stedet for en beskrivelse af tilstandene for de enkelte partikler i systemet er der udsagn om frekvenserne (eller normaliseret til antallet af mulige tilstande: sandsynligheder), hvormed visse tilstande for eventuelle partikler i systemet forekommer.

Den generelle, mikroskopiske beskrivelse er baseret på mangepartikelteorien , som også tager hensyn til partikelinteraktioner. For de fleste anvendelser er en beskrivelse inden for rammerne af teorien om middelfeltet imidlertid tilstrækkelig, hvor alle partikler bevæger sig uafhængigt af hinanden i et gennemsnitligt, effektivt potentiale. Repræsentanter for sidstnævnte er Hartree-Fock-metoden og densitetsteori , ved hjælp af hvilken f.eks. Et stort antal materialeparametre kan opnås. Med de opnåede materialedata kan systemet behandles ved hjælp af klassiske feltligninger under hensyntagen til makroskopiske systemegenskaber som systemgeometri og eksterne belastninger . For eksempel beregnes elastiske deformationer i makroskopisk kontinuummekanik ved hjælp af elasticitetsmodulet og Poissons antal . Men hvis der er signifikante korrelationer mellem partiklerne i faste stoffer (f.eks. Langdistancekorrelation af selve atomstillingerne krystalgitter eller korrelation mellem elektronspins → magnetisk rækkefølge som ferromagnetisme og antiferromagnetisme ), kan beskrivelsen ikke længere foretages i tilnærmelse af uafhængige partikler. Værktøjerne i mange-kropsteorien skal derefter bruges.

Begreberne kondenseret fysik anvendes langt ud over området med fast og flydende stof (eksempler: risikostyring , forsikringsstatistik , neurale netværk ).

Emneområder

Solid state fysik

Krystallinsk siliciumcarbid

Solid-state-fysikken omhandler materiens fysik i fast aggregeringstilstand . Krystallinske faste stoffer er af særlig betydning, det vil sige dem, der har en translationel symmetrisk (periodisk) struktur , da denne translationelle symmetri drastisk forenkler behandlingen af ​​mange fysiske fænomener eller endda gør det muligt i første omgang.

Fysik af væsker

Væskers fysik beskæftiger sig med stof i dets flydende tilstand. Væskens komponenter viser en høj grad af gensidig mobilitet ( translation og rotation ).

Blødt kondenseret stof

Polarisationsmikroskopbillede af en flydende krystal

Udtrykket blødt kondenseret stof bruges til at opsummere stoffer, der adskiller sig fra det "hårde stof" af krystallinske faste stoffer med to væsentlige træk:

  • På den ene side er den karakteristiske længdeskala i størrelsesordenen af ​​molekyler, dvs. i et område mellem 1 nm og 1 µm. De grundlæggende byggesten i blødt stof har derfor en kompleks understruktur.
  • På den anden side er disse komponenter udsat for stærke termiske udsving, så den relevante energiskala indstilles af den termiske excitationsenergi . Energierne, der forekommer her, er derfor betydeligt mindre (typisk et par meV) end i hårdt stof, hvor de er i området med et par elektronvolt (eV).

Blødt stof omfatter hovedsageligt amorfe stoffer, der ikke har en krystallinsk rækkefølge over lange afstande, såsom: polymerer , flydende krystaller , kolloider og membraner .

Systemer (eksemplarisk)

Skive af silicium - bedeutendster i dag Halvledere

Fænomener (eksemplarisk)

En magnet svæver over en høj temperatur superleder (ca. -197 ° C) afkølet med flydende nitrogen.

litteratur

  • Charles Kittel : Introduktion til Solid State Physics . 14., revideret og udvidet udgave. R. Oldenbourg, München 2005, ISBN 3-486-57723-9 .
  • Neil W. Ashcroft , N. David Mermin : Solid State Physics . 3. forbedrede udgave. R. Oldenbourg Wissenschaftsverlag, München / Wien 2007, ISBN 978-3-486-58273-4 .
  • Harald Ibach, Hans Lüth: Solid State Physics . 6. udgave. Springer, Berlin et al. 2002, ISBN 3-540-42738-4 .
  • Konrad Kopitzki, Peter Herzog: Introduktion til Solid State Physics . 6., reviderede udgave. Teubner Verlag, Wiesbaden 2007, ISBN 978-3-8351-0144-9 .
  • Gerd Czycholl: Teoretisk faststoffysik. Fra klassiske modeller til moderne forskningsemner. 3., opdateret udgave. Springer, Berlin / Heidelberg 2008, ISBN 978-3-540-74789-5 .
  • Siegfried Hunklinger: Solid State Physics . 3., forbedrede og opdaterede udgave. Oldenbourg Wissenschaftsverlag, München 2011, ISBN 978-3-486-70547-8 .
  • Rudolf Gross, Achim Marx: Solid State Physics . Oldenbourg Wissenschaftsverlag, München 2012, ISBN 978-3-486-71294-0 .

Weblinks