فیزیک حالت جامد (
Solid state Physics)
دید کلی
فیزیک حالت جامد ، چنان که از نام آن پیداست، فیزیک مواد جامد است. ولی امروزه غالبا اصطلاح
فیزیک ماده چگال نیز بکار برده می‌شود، چرا که این نامگذاری ، مطالعه مایعات به ویژه فلزات مایع و نمکهای مذاب ، محلولها ،
بلورهای مایع و حتی مواد
گلیسرین را در بر می‌گیرد.
از دیدگاه امروزی ما ، فیزیک حالت جامد در واقع
فیزیک جامدات بلورین است. بیشتر
جامدات غیر آلی که در زندگی روزمره ، با آنها سروکار داریم، بلوری هستند و از استثناهای آشنا می‌توان از
شیشه که یک مایع ابر سرد و دود ، که آمورف است، نام برد. ولی
مواد آمورف مهمتر از دوده نیز وجود دارد.
تاریخچه
در پی کشف
اشعه ایکس ، توسط فیزیکدان آلمانی و یلهلم کونراد
رونتگن Rontgen در 10 نوامبر 1895 و به دنبال آن ، کشف
پراش پرتوهای x و انتشار یک سری محاسبات و پیش بینیهای ساده و موفقیت آمیز در مورد
ویژگیهای بلورین ، بررسی فیزیک حالد جامد بعنوان گسترش از
فیزیک اتمی آغاز شد. به دلیل تاثیر متقابل و سودمند تجربه و نظریه بر یکدیگر ، یک تحریک عقلانی در فیزیک حالت جامد وجود دارد. و تعداد
جوایز نوبل در دهه گذشته شاهدی بر این ادعاست. در سراسر دنیا تعداد فیزیکدانانی که بطور مفید در زمینه فیزیک حالت جامد به کار مشغولند، بیشتر از سایر رشته‌هاست.
حوزه عمل
حوزه عمل فیزیک حالت چنان است که سراسر زندگی ما را فرا گرفته است. انواع وسایل از قبیل کتابها ، صندلی ، مداد پاکن پلاستیکی ، مداد و … ، در محیط اطراف ما قرار دارند ، که همه این وسایل را انسان برای آسایش و رفاه و یا زیبایی و استحکام بر گزیده است. هر کدام از این
مواد جامد دارای رنگ مشخص بافت ،
استحکام ، سختی ،
چکش خواری است و
رسانندگی الکتریکی ،
رسانندگی گرمایی ،
پذیرفتاری مغناطیسی و
نقطه ذوب قابل اندازه گیری دارند.
هر جسم دارای
طیف های جذبی و نشری مشخصی در
ناحیه مریی ،
فروسرخ و
فرابنفش از
طیف الکترومغناطیسی است. اما در حالت کلی می‌توان گفت که همه این ویژگیها تابع دو جنبه ساختار مواد است. نوع اتمها یا مولکلهایی که
ماده از آنها ساخته شده است، و چگونگی پیوند یا کپه شدن آنها برای تشکیل جسم جامد. این وظیفه دشوار فیزیک حالت جامد یا
شیمی فیزیک است که بکوشد تا
ساختار مواد را به ویژگیهای فیزیکی یا شیمیایی مشاهده شده آنها ربط دهد.
چرا تعداد افراد متخصص در فیزیک حالت جامد کم است؟
روشن است که فیزیک حالت جامد موضوع بسیار گسترده‌ای است و زمینه‌های جالب و مشخصی را در بر می‌گیرد که در هر یک از آنها ، بعنوان مثال
مغناطیس ، می‌توان به آسانی بحث را به مسایل تخصصی کشاند. پژوهشگران فیزیک حالت جامد در دنیا از هر رشته دیگر
فیزیک بیشترند.
گستردگی موضوع از یک طرف جالب بوده و از طرف دیگر تولید اشکال می‌کند. جالب بودن آن در این است که گستره وسیعی از پدیده‌های شاخص را برای مطالعه و پژوهش عرضه می‌کند و اشکال آن در گستردگی هر موضوع است که ، برای هر کس مشکل است که از همه آنها آگاهی پیدا کند. از این رو تعداد افراد متخصص در فیزیک جامد اگر چنین متخصصانی باشند کم است.
انگیزه مطالعه فیزیک حالت جامد
ابتدا اینکه فیزیک حالت جامد بخش جدایی ناپذیری از
فیزیک است و تا جایی که فیزیک را یک پیشه ارزشمند فرهنگی و علمی بدانیم، فیزیک حالت جامد نیز چنین است. اما انگیزه دیگری که در گسترش فیزیک حالت جامد نقش داشته ، آن است که این رشته بطور گسترده‌ای با
خواص ماده به شکل کپه‌ای طبیعی‌اش سر و کار دارد. به این معنی که بطور مثال یک پژوهشگر فیزیک جامد ،
مس را دقیقاً به همان صورتی که در اتصالهای معمولی الکتریکی بکار می‌رود، بصورت فلز مس مطالعه می‌کند.
افزون بر این پدیده هایی مورد توجه فیزیک حالت جامد است که اغلب در فناوری از آن استفاده می گردد. تردیدی نیست که فناوری از گسترش پژوهش در فیزیک جامد بهره های فراوان برده است. شاید از بدیهی ترین زمینه های پیشرفت بتوان از
الکترونیک به ویژه کاربرد
اجسام نیم رسانا در ساختن
قطعات حساس الکتریکی مانند
ترانزیستور ،
دیود و … نام برد. بنابراین فناوری نوین بیشتر بر پایه کاربرد پدیده‌های حالت جامد قرار دارد.
فیزیک حالت جامد و سایر علوم
آینده فیزیک حالت جامد
امروزه به دلیل گسترش روز افزون وسایل الکترونیکی و نیز به دلیل توجه بیش از حد سازندگان این ابزارها ، به ساختن وسایلی با ابعاد بسیار کوچک و با ظرفیتهای اطلاعاتی فوق العاده زیاد و نیز با توجه به اینکه بیشتر این وسایل مانند
ترانزیستور ،
خازن و … از بلورها و
کریستالهای مختلف ساخته می‌شود، لذا فیزیک حالت جامد از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است و لذا توجه زیادی به فیزیک حالت جامد و ساخته‌های ویژه این علم مانند
تکنولوژی نانو وجود دارد.