Википедија

Физика кондензоване материје

Физика кондензоване материје је поље физике која се бави макроскопским и микроскопским физичким својствима материје. Она се специфично бави „кондензованим” фазама које се јављују кад год је број састојака у систему изузетно велик и интеракције између састојака су јаке. Најпознатији примери кондензованих фаза су чврста супстанца и течности, које настају услед електромагнетних сила између атома. Физичари кондензоване материје настоје да разумеју понашање тих фаза користећи физичке законе. Овим су нарочито овухваћени закони квантне механике, електромагнетизма и статистичке механике.

Егзотичније кондензоване фазе укључују суперпроводну фазу коју испољавају извесни материјали на ниској температури, феромагнетне и антиферомагнетне фазе спинова на кристалним решеткама атома и Бозе-Ајнштајновог кондензата присутног у ултрахладним атомским системима. Проучавање физике кондензоване материје обухвата мерење различитих својстава материјала помоћу експерименталних сонди, заједно са коришћењем метода теоријске физике за развој математичких модела који помажу у разумевању физичког понашања.

Разноликост система и појава доступних за изучавање чини физику кондензоване материје најактивнијим пољем савремене физике: једна трећина свих америчких физичара се идентификује као физичари кондензоване материје,[1] а Дивизија физике кондензоване материје је највеће одељење у Америчког физичког друштва.[2] Ово поље се преклапа са хемијом, науком о материјалима и нанотехнологијом, и уско је повезано са атомском физиком и биофизиком. Теоријска физика кондензоване материје дели важне концепте и методе са физиком честица и нуклеарном физиком.[3]

Разне теме из физике као што су кристалографија, металургија, еластичност, магнетизам итд, третиране су као посебна подручја све до 1940-их година, када су груписане као физика чврстог стања. Око 1960-их година на ову листу додато је истраживање физичких својстава течности, што је основа за нову, сродну специјалност физике кондензоване материје.[4] Према физичару Филипу Ворену Андерсону, термин су сковали он и Вокер Хајне, кад су променили име своје групе у Кавендиш лабораторијама, Кембриџ из теорије чврстог стања у теорију кондензоване материје 1967. године,[5] јер су сматрали да то не искључује њихова интересовања за проучавањем течности, нуклеарне материје и тако даље.[6] Иако су Андерсон и Хајне помогли популаризацији назива „кондензована материја”, у Европи је он био присутан већ више година, најпроминентније у облику часописа који је на енглеском, француском и немачком језику у издању Спрингер-Верлага под називом „Физика кондензоване материје”, који је лансиран 1963. године.[7] Окружење финансирања и политика хладног рата 1960-их и 1970-их такође су били фактори због којих неки физичари преферирају назив „физика кондензоване материје”, који наглашава заједништво научних проблема са којима се сусрећу физичари који раде на чврстим супстанцама, течностима, плазмама и другој комплексној материји, у односу на „физике чврстог стања”, која је често била повезана са индустријским применама метала и полупроводника.[8] Белове телефонске лабораторије су биле је један од првих института који је спровео истраживачки програм из физике кондензоване материје.[4]

Референце на „кондензовано” стање могу се пратити до ранијих извора. На пример, у уводу у своју књигу Кинетичка теорија течности из 1947,[9] Јаков Френкел је предложио да се „кинетичка теорија течности у складу с тим мора развијати као генерализација и проширење кинетичке теорије чврстих тела. Заправо, било би тачније објединити их под називом кондензована тела”.

Историја класичне физике уреди

Класична физика уреди

 
Хејке Камерлинг Онес и Јоханес Дидерик ван дер Валс са хелијумским утечнивачем у Лајдену 1908.

Једну од првих студија кондензованих стања материје спровео је енглески хемичар Хамфри Дејви, током првих деценија 19. века. Дејви је приметио да од четрдесет тадашњих познатих хемијских елемената, двадесет шест има метална својства као што су сјај, дуктилност и високу електричну и топлотна проводљивост.[10] Ово је указивало да атоми у теорији атомског тела Џона Далтона нису недељиви као што је Далтон тврдио, већ да имају унутрашњу структуру. Дејви је даље тврдио да се елементи за које се веровало да су гасови, као што су азот и водоник, могу утечнити под одговарајућим условима, а да би се затим понашали као метали.[11][ноте 1]

Године 1823, Мајкл Фарадеј, тада помоћник у Дејвијевој лабораторији, успешно је утечнио хлор и затим је утечнио све познате гасовите елементе, осим азота, водоника и кисеоника.[10] Убрзо након тога, 1869. године, ирски хемичар Томас Ендруз је проучавао фазни прелаз са течности у гас и сковао термин критичне тачке да би описао стање у коме се гас и течност не могу разликовати као фазе,[13] а холандски физичар Јоханес Дидерик ван дер Валс је пружио теоријски оквир који је омогућио предвиђање критичног понашања на основу мерења на знатно вишим температурама.[14]‍:35–38 До 1908. године Џејмс Дјуар и Хејке Камерлинг Онес успешно су утечнили водоник, а затим и новооткривени хелијум.[10]

Пол Друде је 1900. године предложио први теоријски модел класичног електрона који се креће кроз металну чврсту супстанцу.[3] Друдеов модел је описао својства метала у смислу гаса слободних електрона, и био је први микроскопски модел који је објаснио емпиријска запажања попут закона Видемана-Франца.[15][16]‍:27–29 Међутим, упркос успеха Друдеовог слободно електронског модела, он је имао један значајан проблем: није био у стању да правилно објасни електронски допринос специфичној топлоти и магнетним својствима метала, и температурну зависност отпорности на ниским температурама.[17]‍:366–368

Године 1911, три године након што је хелијум први пут био утечњен, Онес који је радио на Универзитету у Лајдену открио је суперпроводљивост у живи, када је приметио како електрични отпори живе нестају на температурама испод одређене вредности.[18] Феномен је потпуно изненадио најбоље теоријске физичаре тог времена и остао је необјашњен неколико деценија.[19] Алберт Ајнштајн је изјавио 1922. године о савременим теоријама суперпроводљивости да „са нашим далекосежним непознавањем квантне механике композитних система ми смо веома далеко од тога да можемо да саставимо теорију из ових нејасних идеја.”[20]

Нотес уреди

  1. ^ Водоник и азот су од тада утечњени; међутим, обични течни азот и водоник немају метална својства. Физичари Јуџин Вигнер и Хилард Бел Хантингтон предвидели су 1935. године[12] да стање металичног водоника постоји при довољно високим притисцима (преко 25 GPa), али то још није примећено.

Референце уреди

  1. ^ „Цонденсед Маттер Пхyсицс Јобс: Цареерс ин Цонденсед Маттер Пхyсицс”. Пхyсицс Тодаy Јобс. Архивирано из оригинала 27. 3. 2009. г. Приступљено 1. 11. 2010. 
  2. ^ „Хисторy оф Цонденсед Маттер Пхyсицс”. Америцан Пхyсицал Социетy. Приступљено 27. 3. 2012. 
  3. ^ а б Цохен, Марвин L. (2008). „Ессаy: Фифтy Yеарс оф Цонденсед Маттер Пхyсицс”. Пхyсицал Ревиеw Леттерс. 101 (25): 250001. Бибцоде:2008ПхРвЛ.101y0001Ц. ПМИД 19113681. дои:10.1103/ПхyсРевЛетт.101.250001. Приступљено 31. 3. 2012. 
  4. ^ а б Кохн, W. (1999). „Ан ессаy он цонденсед маттер пхyсицс ин тхе тwентиетх центурy” (ПДФ). Ревиеwс оф Модерн Пхyсицс. 71 (2): С59—С77. Бибцоде:1999РвМПС..71...59К. дои:10.1103/РевМодПхyс.71.С59. Архивирано из оригинала (ПДФ) 25. 8. 2013. г. Приступљено 27. 3. 2012. 
  5. ^ „Пхилип Андерсон”. Департмент оф Пхyсицс. Принцетон Университy. Приступљено 27. 3. 2012. 
  6. ^ Андерсон, Пхилип W. (новембар 2011). „Ин Фоцус: Море анд Дифферент”. Wорлд Сциентифиц Неwслеттер. 33: 2. 
  7. ^ „Пхyсицс оф Цонденсед Маттер”. 1963. Приступљено 20. 4. 2015. 
  8. ^ Мартин, Јосепх D. (2015). „Wхат'с ин а Наме Цханге? Солид Стате Пхyсицс, Цонденсед Маттер Пхyсицс, анд Материалс Сциенце” (ПДФ). Пхyсицс ин Перспецтиве. 17 (1): 3—32. Бибцоде:2015ПхП....17....3М. дои:10.1007/с00016-014-0151-7. 
  9. ^ Френкел, Ј. (1947). Кинетиц Тхеорy оф Лиqуидс. Оxфорд Университy Пресс. 
  10. ^ а б в Гоодстеин, Давид; Гоодстеин, Јудитх (2000). „Рицхард Феyнман анд тхе Хисторy оф Суперцондуцтивитy” (ПДФ). Пхyсицс ин Перспецтиве. 2 (1): 30. Бибцоде:2000ПхП.....2...30Г. дои:10.1007/с000160050035. Приступљено 7. 4. 2012. 
  11. ^ Давy, Јохн, ур. (1839). Тхе цоллецтед wоркс оф Сир Хумпхрy Давy: Вол. II. Смитх Елдер & Цо., Цорнхилл. 
  12. ^ Силвера, Исаац Ф.; Цоле, Јохн W. (2010). „Металлиц Хyдроген: Тхе Мост Поwерфул Роцкет Фуел Yет то Еxист”. Јоурнал оф Пхyсицс. 215 (1): 012194. Бибцоде:2010ЈПхЦС.215а2194С. дои:10.1088/1742-6596/215/1/012194. 
  13. ^ Роwлинсон, Ј. С. (1969). „Тхомас Андреwс анд тхе Цритицал Поинт”. Натуре. 224 (8): 541—543. Бибцоде:1969Натур.224..541Р. дои:10.1038/224541а0. 
  14. ^ Аткинс, Петер; де Паула, Јулио (2009). Елементс оф Пхyсицал Цхемистрy. Оxфорд Университy Пресс. ИСБН 978-1-4292-1813-9. 
  15. ^ Киттел, Цхарлес (1996). Интродуцтион то Солид Стате Пхyсицс. Јохн Wилеy & Сонс. ИСБН 978-0-471-11181-8. 
  16. ^ Ходдесон, Лиллиан (1992). Оут оф тхе Црyстал Мазе: Цхаптерс фром Тхе Хисторy оф Солид Стате Пхyсицс. Оxфорд Университy Пресс. ИСБН 978-0-19-505329-6. 
  17. ^ Крагх, Хелге (2002). Qуантум Генератионс: А Хисторy оф Пхyсицс ин тхе Тwентиетх Центурy (Репринт изд.). Принцетон Университy Пресс. ИСБН 978-0-691-09552-3. 
  18. ^ ван Делфт, Дирк; Кес, Петер (септембар 2010). „Тхе дисцоверy оф суперцондуцтивитy” (ПДФ). Пхyсицс Тодаy. 63 (9): 38—43. Бибцоде:2010ПхТ....63и..38В. дои:10.1063/1.3490499. Приступљено 7. 4. 2012. 
  19. ^ Слицхтер, Цхарлес. „Интродуцтион то тхе Хисторy оф Суперцондуцтивитy”. Моментс оф Дисцоверy. Америцан Институте оф Пхyсицс. Архивирано из оригинала 15. 05. 2012. г. Приступљено 13. 6. 2012. 
  20. ^ Сцхмалиан, Јоерг (2010). „Фаилед тхеориес оф суперцондуцтивитy”. Модерн Пхyсицс Леттерс Б. 24 (27): 2679—2691. Бибцоде:2010МПЛБ...24.2679С. арXив:1008.0447  . дои:10.1142/С0217984910025280. 

Литература уреди

Спољашње везе уреди

 
Физика кондензоване материје на Викимедијиној остави.
Преузето из „https://sr.wikipedia.org/w/index.php?title=Fizika_kondenzovane_materije&oldid=27676265”