Физика конденсированного состояния

Содержание

• 
  1Название, цели и задачи
  
• 
  2История
  
  • 
    2.1Классическая физика
    
  • 
    2.2Пришествие квантовой механики
    
  • 
    2.3Современная физика многих тел
    
• 
  3Теория
  
  • 
    3.1Симметрия и её нарушение
    
  • 
    3.2Электронная теория твёрдого тела
    
  • 
    3.3Фазовый переход
    
• 
  4Эксперимент
  
  • 
    4.1Рассеивание
    
  • 
    4.2Внешние магнитные поля
    
  • 
    4.3Материя под высоким давлением
    
  • 
    4.4Холодные атомные газы
    
  • 
    4.5Квантовые вычисления
    
  • 
    4.6Двумерные материалы
    
• 
  5Приложения
  
• 
  6Примечания
  
• 
  7Литература
  

Название, цели и задачи[править | править код]
Примерно в 1960-х годах различные разделы физики твёрдого тела и разделы посвящённые физическим свойствам жидкостей стали выделять в большой раздел физики конденсированных сред по причине распространения общих теоретических подходов для таких сред^[2]. По словам физика Филиппа Уоррена Андерсона, этот термин был популяризован им в США, когда он изменил название своей группы в кавендишских лабораториях с теории твёрдого тела на теорию конденсированного состояния в 1967 году^[3][4], так как они считали, что это не исключает их интересов в изучении жидкостей, ядерной материи^[5]. Название «конденсированное вещество» существовало в Европе в течение нескольких лет, особенно в форме журнала, издаваемого издательством Springer-Verlag на английском, французском и немецком языках под названием «Физика конденсированного состояния» с 1963 года^[6]. Условия финансирования и политика холодной войны 1960-х и 1970-х годов также стали факторами, побудившими некоторых физиков предпочесть название «физика конденсированного состояния», что подчеркивало общность научных проблем, с которыми сталкиваются физики, изучая твёрдые тела, жидкости и другие сложные вещества, по сравнению с «физикой твёрдого тела», которая часто ассоциировалась с промышленным применением металлов и полупроводников^[7]. Bell Telephone Laboratories были одним из первых институтов, которые проводили исследовательскую программу по физике конденсированных сред^[8].
Ссылки на «конденсированное» состояние можно проследить до более ранних источников. Например, во введении к своей книге «Кинетическая теория жидкостей» 1943 года Яков Френкель предложил, что «Кинетическая теория жидкостей должна представлять собой обобщение и расширение кинетической теории твёрдых тел. Фактически было бы правильнее объединить их под одним названием конденсированных тел»^[9].
Разнообразие систем и явлений, доступных для изучения, делает физику конденсированных сред наиболее активной областью современной физики: треть всех американских физиков идентифицируют себя как физики, изучающие конденсированные среды^[10], а «Отдел физики конденсированных сред» — самое большое подразделение в Американском физическом обществе^[11]. Эта область тесно связана с химией, материаловедением и нанотехнологиями, а также с атомной физикой и биофизикой. Теоретическая физика конденсированного состояния использует важные понятия и методы физики элементарных частиц и ядерной физики^[12]. В физике конденсированного состояния вещества понятие квазичастиц, как элементарных возбуждений среды, занимает центральное место. Поэтому также рассматривают альтернативное определение конденсированного состояния вещества как «ансамбля частиц, объём которых при заданных внешних условиях определяется исключительно силами взаимодействия между частицами»^[13].
Обширность интересов физики конденсированного состояния предполагает, что её задачей является объяснение всего материального мира вокруг, то есть находить объяснение структурным и электронным свойствам твёрдых материалов и жидкостей^[14]. Теория необходима для раскрытия связи микроскопических моделей с макроскопическими проявлениями исследуемых явлений в конденсированных средах^[15]. Вальтер Кон один из создателей теории для квантово-механических расчётов твёрдых тел в конце 90-х годов XX века сказал^[2]:
В течение этого столетия физика конденсированного состояния претерпела впечатляющую эволюцию, часто революционные шаги совершались в трёх взаимосвязанных областях: новые экспериментальные открытия и методы измерения; контроль состава и атомных конфигураций материалов; новые теоретические концепции и методы. Кратко и понятно описать эту эволюцию чрезвычайно сложно из-за необычайного разнообразия ФКС и многих взаимосвязей.