Fizika čvrstog stanja
Fizika čvrstog stanja proučava krutu materiju, ili čvrste materije, kroz metode kao što su kvantna mehanika, kristalografija, elektromagnetizam i metalurgija. To je najveća grana fizike kondenzovane materije. Fizika čvrstog stanja proučava kako svojstva velikih razmjera čvrstih materijala proizlaze iz njihovih atomskih svojstava. Dakle, fizika čvrstog stanja čini teorijsku osnovu nauke o materijalima. Također ima direktne primjene, na primjer u tehnologiji tranzistora i poluprovodnika.
Čvrsti materijali se formiraju od gusto zbijenih atoma, koji intenzivno međusobno djeluju. Ove interakcije proizvode mehanička (npr. tvrdoća i elastičnost ), termička, električna, magnetska i optička svojstva čvrstih tijela. Ovisno o uključenom materijalu i uslovima u kojima je nastao, atomi mogu biti raspoređeni u pravilnom, geometrijskom uzorku (kristalne čvrste materije, koje uključuju metale i obični vodeni led) ili nepravilno (amorfna čvrsta supstanca kao što je obično prozorsko staklo).
Najveći dio fizike čvrstog stanja, kao opće teorije, fokusiran je na kristale. Prije svega, to je zato što periodičnost atoma u kristalu - njegova definitivna karakteristika - olakšava matematičko modeliranje. Isto tako, kristalni materijali često imaju električna, magnetska, optička ili mehanička svojstva koja se mogu iskoristiti u inženjerske svrhe.
Sile između atoma u kristalu mogu imati različite oblike. Na primjer, u kristalu natrij-hlorida (obične soli), kristal se sastoji od ionskog natrija i hlora i drži se zajedno ionskim vezama. U drugima, atomi dijele elektrone i formiraju kovalentne veze. U metalima, elektroni se dijele između cijelog kristala u metalnoj vezi. Konačno, plemeniti gasovi ne prolaze nijednu od ovih vrsta vezivanja. U čvrstom obliku, plemeniti gasovi se drže zajedno van der Waalsovim silama koje su rezultat polarizacije elektronskog oblaka naboja na svakom atomu. Razlike između tipova čvrstih materijala proizlaze iz razlika između njihovog povezivanja.
Na mnoga svojstva materijala utiče njihova kristalna struktura. Ova struktura se može istražiti korištenjem niza kristalografskih tehnika, uključujući kristalografiju rendgenskih zraka, difrakciju neutrona i difrakciju elektrona.