Fizyka ciała stałego

Wymiana atomów w ciele stałym w wyniku dyfuzji

Model upakowania atomów w krystalicznym ciele stałym

Obraz SEM przykładowego ciała stałego – szczawianu wapnia (kamień nerkowy)

Bizmut krystaliczny opalizujący w wyniku utlenienia warstwy powierzchniowej

Aparatura, za pomocą której Wiedemann i Franz ustalili zależność LT = K/σ

Fizyka ciała stałego – dział fizyki zajmujący się ciałami stałymi^[1], tj. takimi które w danych warunkach zachowują swój kształt makroskopowy. Fizyka ciała stałego jest częścią fizyki materii skondensowanej.

Z mikroskopowego punktu widzenia, atomy i cząsteczki w ciele stałym zachowują swoje położenie względem innych atomów, wykonując tylko pewne drgania wokół swoich średnich położeń. Atomy te mogą być ułożone w przestrzeni zgodnie z pewnymi regułami symetrii - mówimy wtedy o kryształach. Obok kryształów klasycznych, w których cała struktura atomowa da się przedstawić w postaci pewnego powtarzającego się w przestrzeni wzoru, możliwe są również tzw. kwazikryształy, w których atomy tworzą nieperiodyczną sieć o symetrii np. pięciokątnej, oraz ciała amorficzne, czyli bezpostaciowe, w których nie ma dalekozasięgowego uporządkowania.

Laboratoria fizyków ciała stałego są z reguły nastawione na badanie określonych własności ciał, co odpowiada określonym specjalizacjom. Można tu wymienić własności magnetyczne, przewodnictwo elektryczne, własności mechaniczne i optyczne, które są opisywane przez odpowiednie stałe materiałowe. Takimi stałymi są podatność magnetyczna, temperatury krytyczne charakteryzujące różnego rodzaju przemiany fazowe, moduł Younga, przenikalność elektryczna itp. W ostatnich latach dużym zainteresowaniem cieszą się badania własności, wynikających ze szczegółów struktury o rozmiarach nanometra, tj. 10⁻⁹ metra, tzw. nanotechnologia.

Główne zagadnienia

• Ciało amorficzne
• Sieć krystaliczna
  • defekty sieci krystalicznej
  • kwazikryształ
  • model wolnych elektronów – zob. elektron swobodny
  • rentgenografia strukturalna
• Struktura elektronowa
  • pasma elektronowe
  • fale Blocha
  • masa efektywna
  • dziura elektronowa
  • gaz Fermiego
    • poziom Fermiego
  • ciecz Fermiego
  • ekscyton
• Zjawiska transportu
  • przewodnictwo elektryczne
  • efekt Halla (klasyczny)
  • efekt Halla (kwantowy)
  • magnetoopór
  • nadprzewodnictwo
• Własności mechaniczne
  • model Debye’a ciała stałego
  • sprężystość
  • efekt Mößbauera
  • fonon
• Własności optyczne
  • optyka kryształów

Przypisy

Bibliografia

• Charles Kittel: Wstęp do fizyki ciała stałego. Wydawnictwo Naukowe PWN, 1998. ISBN 83-01-12706-6.