La matière condensée
Dans les sciences naturelles, la matière condensée désigne l' état d' agrégation solide et liquide contrairement au gaz et au plasma .
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La physique de la matière condensée
La physique de la matière condensée diffère considérablement des particules libres ( physique des particules élémentaires , physique atomique ) en raison de l' interaction mutuelle des éléments constitutifs de la matière . De nombreux phénomènes tels que la déformabilité , l'ordre magnétique ou la conductivité électrique peuvent être attribués à un certain ordre d'interaction entre les éléments constitutifs de la matière condensée. Ils sont donc à traiter très différemment dans la matière condensée que dans les particules libres, ou ils n'apparaissent que dans la matière condensée.
Le traitement de la physique de la matière condensée est caractérisé par le fait que le grand nombre de particules qui forment le système à décrire exclut une solution élémentaire des équations individuelles du mouvement. Au lieu d'une description des états des particules individuelles dans le système, il y a des déclarations sur les fréquences (ou normalisées au nombre d'états possibles : probabilités) avec lesquelles certains états de toutes les particules du système se produisent.
La description microscopique générale est basée sur la théorie des particules multiples , qui prend également en compte les interactions des particules. Pour la plupart des applications, cependant, une description dans le cadre de la théorie du champ moyen est suffisante, dans laquelle toutes les particules se déplacent indépendamment les unes des autres dans un potentiel effectif moyenné. Les représentants de cette dernière sont la méthode Hartree-Fock et la théorie de la fonctionnelle de la densité , à l'aide desquelles, par exemple, un grand nombre de paramètres de matériaux peuvent être obtenus. Avec les données matérielles obtenues, le système peut être traité à l'aide d' équations de champ classiques , en tenant compte des propriétés macroscopiques du système telles que la géométrie du système et les charges externes . Par exemple, les déformations élastiques en mécanique des milieux continus macroscopiques sont calculées à l'aide du module d' élasticité et du nombre de Poisson . Cependant, s'il existe des corrélations significatives entre les particules dans les solides (par exemple corrélation à longue distance des positions atomiques elles-mêmes des réseaux cristallins, ou corrélation des spins des électrons → ordre magnétique tel que ferromagnétisme et antiferromagnétisme ), la description ne peut plus être faite dans l'approximation de particules indépendantes. Les outils de la théorie à plusieurs corps doivent alors être utilisés.
Les concepts de physique de la matière condensée sont appliqués bien au-delà du domaine de la matière solide et liquide (exemples : gestion des risques , statistiques d'assurance , réseaux de neurones ).
Domaines
Physique du solide
La physique du solide traite de la physique de la matière à l' état solide d'agrégation . Les solides cristallins sont particulièrement importants, c'est-à-dire ceux qui ont une structure à symétrie de translation (périodique) , car cette symétrie de translation simplifie considérablement le traitement de nombreux phénomènes physiques ou même le rend possible en premier lieu.
Physique des liquides
La physique des liquides traite de la matière à l'état liquide. Les composants du liquide présentent un degré élevé de mobilité mutuelle ( translation et rotation ).
Matière molle condensée
Le terme matière molle condensée est utilisé pour résumer des substances qui diffèrent de la « matière dure » des solides cristallins par deux caractéristiques essentielles :
- D'une part, l'échelle de longueur caractéristique est de l'ordre de grandeur des molécules, c'est-à-dire dans une plage comprise entre 1 nm et 1 µm. Les éléments de base de la matière molle ont donc une sous-structure complexe.
- D'autre part, ces composants sont soumis à de fortes fluctuations thermiques, de sorte que l'échelle d'énergie pertinente est fixée par l'énergie d'excitation thermique . Les énergies qui se produisent ici sont donc considérablement plus faibles (typiquement quelques meV) que dans la matière dure, où elles sont de l'ordre de quelques électrons-volts (eV).
La matière molle comprend principalement les substances amorphes qui n'ont pas d'ordre cristallin à longue distance, telles que : les polymères , les cristaux liquides , les colloïdes et les membranes .
Systèmes (exemplaire)
Phénomènes (exemplaires)
- Masse effective (des quasiparticules)
- Ferroélectricité
- Conductivité électrique
- Superfluidité
- Supraconductivité
- magnétisme
- Effet Hall , effet Hall quantique
- Ligne de photos
- Effet kondo
- Accouplement RKKY
- Transitions de phase
Littérature
- Charles Kittel : Introduction à la physique du solide . 14e édition revue et augmentée. R. Oldenbourg, Munich 2005, ISBN 3-486-57723-9 .
- Neil W. Ashcroft , N. David Mermin : Physique des solides . 3e édition améliorée. R. Oldenbourg Wissenschaftsverlag, Munich / Vienne 2007, ISBN 978-3-486-58273-4 .
- Harald Ibach, Hans Lüth : Physique des solides . 6e édition. Springer, Berlin et al. 2002, ISBN 3-540-42738-4 .
- Konrad Kopitzki, Peter Herzog : Introduction à la physique des solides . 6e édition revue et corrigée. Teubner Verlag, Wiesbaden 2007, ISBN 978-3-8351-0144-9 .
- Gerd Czycholl : Physique théorique du solide. Des modèles classiques aux sujets de recherche modernes. 3e édition mise à jour. Springer, Berlin / Heidelberg 2008, ISBN 978-3-540-74789-5 .
- Siegfried Hunklinger : Physique du solide . 3e édition améliorée et mise à jour. Oldenbourg Wissenschaftsverlag, Munich 2011, ISBN 978-3-486-70547-8 .
- Rudolf Gross, Achim Marx : Physique du solide . Oldenbourg Wissenschaftsverlag, Munich 2012, ISBN 978-3-486-71294-0 .
liens web
- Britney's Guide to Semiconductor Physics (Anglais)