Laboratoria fizyki

materii skondensowanej

chomikuj.pl/Majster1942

Fizyka materii

skondensowanej

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

W szczególności fizyka materii skondensowanej
zajmuje się 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 i/lub cząsteczkami wchodzącymi w skład
układu. Bardziej egzotycznymi fazami są stan
nadciekły, kondensat Bosego-Einsteina,
nadprzewodniki pierwszego i drugiego rodzaju,
ferromagnetyk i antyferromagnetyk.

Fizyka materii skondensowanej jest
największym 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.

Fazy:

• Gaz –

stan skupienia materii, w którym ciało fizyczne łatwo

zmienia kształt i zajmuje całą dostępną mu przestrzeń.

Właściwości te wynikają z własności cząsteczek, które w fazie

gazowej mają pełną swobodę ruchu.

• Ciecz

– stan skupienia materii – pośredni między ciałem

stałym a gazem, w którym ciało fizyczne trudno zmienia

objętość, a łatwo zmienia kształt. Wskutek tego ciecz

przyjmuje kształt naczynia, w którym się znajduje, ale w

przeciwieństwie do gazu nie rozszerza się, aby wypełnić je

całe. Powierzchnia styku cieczy z gazem lub próżnią nazywa

się powierzchnią swobodną cieczy.

• Ciało stałe

- rodzaj fazy skondensowanej, każda

substancja, która nie jest płynna, czyli nie może samoistnie

zmieniać swoich kształtów i rozmiaru

Półprzewodniki

• Półprzewodniki - najczęściej

substancje krystaliczne,

których konduktywność

(zwana też konduktancją

właściwą) jest rzędu 10-8 do

106 S/m (simensa na metr), co

plasuje je między

przewodnikami a

dielektrykami.

• Wartość rezystancji

półprzewodnika maleje ze

wzrostem temperatury.

Półprzewodniki posiadają

pasmo wzbronione między

pasmem walencyjnym a

pasmem przewodzenia

Nadprzewodnictwo

• Nadprzewodnictwo – stan

materiału polegający na

zerowej rezystancji,

osiągany w niskiej

temperaturze.

• Nadprzewodnictwo zostało

wykryte w 1911 przez

Kamerlingha Onnesa[1]. Jest

to zjawisko kwantowe,

niemożliwe do wyjaśnienia

na gruncie fizyki klasycznej.

Poza zerową rezystancją

inną ważną cechą

nadprzewodników jest

wypychanie ze swej

objętości pola
magnetycznego

Półmetale

• Półmetale (metaloidy) - dawniej pierwiastki

chemiczne, które mają własności pośrednie
między metalami i niemetalami. Zalicza się do
nich: antymon, arsen, astat, bor, german, krzem,
tellur, polon i czasami także selen i glin, w
niektórych podręcznikach także węgiel mający
najwyższą temperaturę topnienia z dotychczas
poznanych pierwiastków i fosfor (tworzący
odmianę czarną o właściwościach fizycznych
przypominających metal).

Dielektryk

• Dielektryk, izolator elektryczny

– materiał, w którym bardzo
słabo przewodzony jest prąd
elektryczny. Może to być
rezultatem niskiej koncentracji
ładunków swobodnych, niskiej
ich ruchliwości, lub obu tych
czynników równocześnie.
Oporność właściwa
dielektryków jest większa od
106 Ωm (dla dobrych
przewodników, np. metali,
wynosi 10−8–10−6 Ωm).

Przewodniki elektryczne

• Przewodnictwo elektryczne - to zjawisko skierowanego

przenoszenia ładunków elektrycznych przez dodatnie lub ujemne

nośniki prądu (np. elektrony, jony) w ośrodku pod wpływem

przyłożonego zewnętrznego pola elektrycznego. Zależnie od

natury fizycznej ładunków wytwarzających prąd elektryczny

wyróżnia się następujące rodzaje przewodnictwa elektrycznego:

• elektronowe,
• dziurowe,
• jonowe,
• domieszkowe
• mieszane.
• Ponadto przewodnictwo elektryczne można
• podzielić na:
• samoistne,
• niesamoistne.

Plazmon

• Plazmon jest kwazicząstką opisującą
kwant drgań oscylacji plazmy. Są to

kolektywne oscylacje gazu
elektronów swobodnych.

• Plazmony mają duży wpływ na

właściwości optyczne metali.
Światło o częstotliwości poniżej
częstotliwości plazmowej jest
odbijane, ponieważ elektrony z
metalu ekranują pole elektryczne
światła, powyżej tej częstotliwości
plazmowej elektrony nie nadążają
za zmianami pola
elektromagnetycznego i wnika ono
głębiej do metalu.

Ciekły kryształ

• Ciekłe kryształy – nazwa fazy

pośredniej między ciekłym i
krystalicznym stanem skupienia
materii, którą charakteryzuje zdolność
do płynięcia, charakterystyczna dla
cieczy i jednocześnie daleko
zasięgowe uporządkowanie
tworzących ją cząsteczek, podobnie
jak to ma miejsce w kryształach.

Koloid

• Układ koloidalny (koloid, układ koloidowy,

roztwór koloidalny) – niejednorodna
mieszanina, zwykle dwufazowa, tworząca
układ dwóch substancji, w którym jedna z
substancji jest rozproszona w drugiej.
Rozdrobnienie (czyli dyspersja) substancji
rozproszonej jest tak duże, że fizycznie
mieszanina sprawia wrażenie substancji
jednorodnej, jednak nie jest to
wymieszanie na poziomie pojedynczych
cząsteczek.

Fizyka cząstek nie jest

oczywiście jedynym

rozwijającym się tak

efektownie działem fizyki,

choć tu buduje się

największe urządzenia

badawcze.