Física de l'estat sòlit

Física de l'estat sòlit

La física de l'estat sòlit és la branca de la física de la matèria condensada que s'enfoca en l'estudi dels sòlits, és dir, en la matèria rígida o semirrígida. Esta estudia les propietats físiques dels materials sòlits, utilisant disciplines tals com la mecànica quàntica, la cristalografia, l'electromagnetisme i la metalúrgia física. Forma la base teòrica de la ciència de materials i el seu desenroll ha segut fonamental en el camp de les aplicacions tecnològiques de microelectrónica en possibilitar el desenroll de transistorés i materials semiconductorés.

La major part de l'investigació en la teoria de la física d'estat sòlit se centra en els cristalés, en gran part perque la periodicitat dels àtoms en un cristal, la seua característica definitoria, facilita la modelació matemàtica, i també perque els materials cristalins tenen a sovint característiques elèctriques, magnètiques, òpticas, o mecànicas que poden ser explotades per als propòsits de l'ingenieria.

El marc de la majoria de la teoria en la física d'estat sòlit és la formulació (de l'ona) de Schrödinger de la mecànica quàntica no relativista. Un important punt de partida per a molts anàlisis és el teorema de Bloch, que caracterisa les funciones d'ona d'electrons en un potencial periòdic. ya que la teorema de Bloch s'aplica solament als potencials periòdics, i lloc que els incessants moviments a l'encert dels àtoms en un cristal interrompen la periodicitat, este us de la teorema de Bloch és solament una aproximació, pero ha demostrat ser una aproximació enormement valiosa, sense la qual la majoria de l'anàlisis de la física d'estat sòlit serien insuperables. Les desviacions de la periodicitat són tractades per la teoria de destorbament de la mecànica quàntica.

Introducció

Els cossos sòlits estan formats per àtoms densament empaquetats en intenses forces d'interacció entre ells. Els efectes d'interacció són responsables de les propietats mecàniques, tèrmiques, elèctriques, magnètiques i òptiques dels sòlits.

Una característica important de la majoria dels sòlits és el seu estructura cristalina. Els àtoms estan distribuïts en posicions regulars que es repetixen regularment de manera geomètrica. La distribució específica dels àtoms pot deure's a una variada gama de forces. Per eixemple, alguns sòlits com el clorur de sodi o sal comuna es mantenen units per enllaços iònics deguts a l'interacció electrostàtica entre els ions que componen el material. En uns atres, com el diamant, els àtoms compartixen electrons, lo que dona lloc als cridats enllaços covalente.

Les substàncies inertes, com el neó, no presenten cap d'eixos enllaços. La seua existència és el resultat d'unes forces d'atracció conegudes com forces de Van der Waals, aixina cridades en honor al físic neerlandés Johannes Diderik van der Waals. Estes forces apareixen entre àtoms neutres o molècules com a resultat de la polarisació elèctrica. Els metalés, es mantenen units per lo que es coneix com gas electrònic, format per electrons lliures de la capa atòmica externa compartits per tots els àtoms del metal i que definixen la majoria de les seues propietats. també presenta característiques de l'estat sòlit tals com:

Història

Les propietats físiques dels sòlits han segut objecte d'investigació científica durant sigles, pero no va sorgir un camp independent en el nom de física de l'estat sòlit fins a la década de 1940, en particular en la creació de la Divisió de Física de l'Estat Sòlit (DSSP) dins de l'American Physical Society. La DSSP es dirigia als físics industrials, i la física de l'estat sòlit es va associar en les aplicacions tecnològiques que l'investigació en sòlits feya possibles. A principis de la década de 1960, la DSSP era la major divisió de la American Physical Society.

També varen sorgir grans comunitats de físics de l'estat sòlit en Europa despuix de la Segona Guerra Mundial, en particular en Anglaterra, Alemània i l'Unió Soviètica. En Estats Units i Europa, l'estat sòlit es va convertir en un camp destacat gràcies a les seues investigacions sobre semiconductors, superconductividad, resonància magnètica nuclear i atres fenomens diversos. Durant els primers anys de la Guerra Freda, l'investigació en física de l'estat sòlit a sovint no es llimitava als sòlits, lo que va dur a alguns físics en les décades de 1970 i 1980 a fundar el camp de la física de la matèria condensada, que es va organisar entorn a tècniques comunes utilisades per a investigar sòlits, líquits, plasmes i atres matèries complexes. En l'actualitat, la física de l'estat sòlit es considera àmpliament com el subcampo de la física de la matèria condensada, a sovint denominat matèria condensada dura, que se centra en les propietats dels sòlits en rets cristalines regulars.