فیزیک ماده چگال
شاخههای فیزیک ماده چگال
فیزیک ماده چگال شامل دو شاخه فیزیک ماده چگال سخت و فیزیک ماده چگال نرم است, در بعضی تقسیمبندیها زیستفیزیک هم زیرشاخهای از فیزیک ماده چگال نرم حساب میشود.
فیزیک ماده چگال نرم
ماده نرم یا ماده چگال نرم زیرشاخهای از فیزیک ماده چگال شامل موادی میشود که به راحتی تحت تنشها یا افت و خیزهای گرمایی تغییر شکل میدهند. این مواد شامل مایعات، کلوئیدها، بسپارها، کف، مواد ژلهای، مواد دانهای و تعدادی از مواد زیستی هستند.
پییر-ژیی دوژن که «بنیانگذار فیزیک ماده نرم» خوانده میشود، جایزه نوبل فیزیک سال ۱۹۹۱ را به خاطر کشف این موضوع که پارامتر نظم برای سیستمهای سادهٔ ترمودینامیکی را هم میتوان برای حالتهای پیچیدهتر در مواد نرم (به خصوص در بررسی رفتارهای کریستال مایع و بسپارها) استفاده کرد، دریافت کرد.
فیزیک ماده چگال سخت
شامل فیزیک حالت جامد, مغناطیس, ابررسانایی, خواص الکترونی, کریستالوگرافی, رشد سطح, نانوفیزیک
ابررسانایی
اَبَررسانایی پدیدهای است که در دماهای بسیار پایین برای برخی از مواد رخ میدهد. در حالت ابررسانایی مقاومت الکتریکی ماده صفر میشود و ماده خاصیت دیامغناطیس کامل پیدا میکند، یعنی میدان مغناطیسی را از درون خود طرد میکند. طرد میدان مغناطیسی تنها تفاوت اصلی ابررسانا با رسانای کامل است، زیرا در رسانای کامل انتظار میرود میدان مغناطیسی ثابت بماند، در حالی که در ابررسانا میدان مغناطیسی همواره صفر است.
مقاومت الکتریکی یک رسانای فلزی به تدریج با کاهش دما کم میشود. در رساناهای معمولی مثل مس و نقره، وجود ناخالصی و مشکلات دیگر این روند را کند میکند. به طوری که حتی در صفر مطلق هم نمونههای معمول مس همچنان مقاومت الکتریکی کمی دارند. در مقابل ابررساناها موادی هستند که اگر دمایشان از یک دمای بحرانی کمتر شود، ناگهان مقاومت الکتریکی خود را از دست میدهند. جریانی از الکتریسیته در یک حلقهٔ ابررسانا میتواند برای مدت نامحدودی بدون وجود مولد جریان وجود داشته باشد. ماننده پدیدهٔ فرومغناطیس و خطوط طیفی اتمها، ابررسانایی نیز پدیدهای کوانتومی است و نمیتوان آن را با فیزیک کلاسیک به مانند یک رسانای مطلوب توصیف کرد.
پدیدهٔ ابررسانایی برای طیف وسیعی از مواد مانند قلع و آلومینیوم وجود دارد. همچنین برخی آلیاژها و نیمهرساناها نیز ابررسانا هستند، ولی فلزاتی مثل طلا و نقره این پدیده را از خود نشان نمیدهند، همچنین پدیدهٔ ابررسانایی در فلزات فرومغناطیس هم روی نمیدهد. در سال۱۹۸۶ ابررسانایی دمای بالا کشف شد. دمای بحرانی این ابررساناها بیش از ۹۰ کلوین است. نظریههای کنونی ابررسانایی نمیتوانند ابررسانایی دمای بالا را، که به ابررسانایی نوع ۲ (Type II) معروف است، توضیح دهند. از نظر عملی ابرساناهای دمای بالا کاربردهای بسیار بیشتری دارند، زیرا در دماهایی ابررسانا میشوند که راحتتر قابل ایجاد هستند. پژوهش برای یافتن موادی که دمای بحرانی آنها باز هم بیشتر باشد، و همچنین برای یافتن نظریهای برای توضیح ابررسانایی دمای بالا همچنان ادامه دارد.
فیزیک ماده چگال نرم
کریستالهای مایع, پلیمرها, فومها, شارههای پیچیده, کلوئیدها, مواد دانهای, غشاءها, شیشههای اسپینی