فيزياء المادة المكثفة

📅 آخر تحديث: ١ أغسطس ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ١ أغسطس ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 12 صور
الموسوعة الحرة

فيزياء المادة المكثفة هي فرع من فروع الفيزياء يُعنى بالخصائص الفيزيائية للمادة على المستويين العياني والميكروسكوبي ، وخاصةً حالتيها الصلبة والسائلة ، والناجمة عن القوى الكهرومغناطيسية بين الذرات والإلكترونات . وبشكل أعم، يتناول هذا المجال حالات المادة المكثفة: وهي أنظمة تتكون من العديد من العناصر ذات التفاعلات القوية فيما بينها. ومن بين حالات المادة المكثفة الأكثر غرابة: حالة الموصلية الفائقة التي تُظهرها بعض المواد عند درجات حرارة منخفضة للغاية ، وحالات المغناطيسية الحديدية والمغناطيسية المضادة للحديدية في اللف المغزلي على الشبكات البلورية للذرات، ومكثفات بوز-أينشتاين الموجودة في الأنظمة الذرية فائقة البرودة ، والبلورات السائلة . يسعى علماء فيزياء المادة المكثفة إلى فهم سلوك هذه الحالات من خلال إجراء تجارب لقياس خصائص المواد المختلفة، وتطبيق قوانين الفيزياء ، مثل ميكانيكا الكم والكهرومغناطيسية والميكانيكا الإحصائية ، وغيرها من النظريات الفيزيائية ، لتطوير نماذج رياضية والتنبؤ بخصائص مجموعات كبيرة جدًا من الذرات. [ 1 ]

إن تنوع الأنظمة والظواهر المتاحة للدراسة يجعل فيزياء المادة المكثفة المجال الأكثر نشاطًا في الفيزياء المعاصرة: ففي عام 2009، عرّف ثلث الفيزيائيين الأمريكيين أنفسهم كفيزيائيين متخصصين في المادة المكثفة، [ 2 ] ويُعدّ قسم فيزياء المادة المكثفة أكبر أقسام الجمعية الفيزيائية الأمريكية . [ 3 ] ويشمل هؤلاء فيزيائيي الحالة الصلبة وفيزيائيي المادة اللينة ، الذين يدرسون الخصائص الفيزيائية الكمومية وغير الكمومية للمادة على التوالي. [ 4 ] ويدرس كلا النوعين نطاقًا واسعًا من المواد، مما يوفر العديد من فرص البحث والتمويل والتوظيف. [ 5 ] ويتداخل هذا المجال مع الكيمياء وعلوم المواد والهندسة وتكنولوجيا النانو ، ويرتبط ارتباطًا وثيقًا بالفيزياء الذرية والفيزياء الحيوية . وتتشارك الفيزياء النظرية للمادة المكثفة مفاهيم وأساليب مهمة مع فيزياء الجسيمات والفيزياء النووية . [ 6 ]

كانت مواضيع متنوعة في الفيزياء، مثل علم البلورات ، وعلم المعادن ، والمرونة ، والمغناطيسية ، وغيرها، تُعامل كمجالات منفصلة حتى أربعينيات القرن العشرين، حين جُمعت تحت مسمى فيزياء الحالة الصلبة . وفي ستينيات القرن العشرين تقريبًا، أُضيفت دراسة الخصائص الفيزيائية للسوائل إلى هذه القائمة، مُشكلةً بذلك الأساس لتخصص فيزياء المادة المكثفة الأكثر شمولًا. [ 7 ] وكانت مختبرات بيل للهواتف من أوائل المعاهد التي أجرت برنامجًا بحثيًا في فيزياء المادة المكثفة. [ 7 ] وفقًا للمدير المؤسس لمعهد ماكس بلانك لأبحاث المواد الصلبة ، أستاذ الفيزياء مانويل كاردونا، فإن ألبرت أينشتاين هو من أسس مجال فيزياء المادة المكثفة الحديث، بدءًا من مقالته الرائدة عام 1905 حول التأثير الكهروضوئي والتألق الضوئي، والتي فتحت آفاقًا جديدة في مجالي مطيافية الإلكترونات الضوئية ومطيافية التألق الضوئي ، ولاحقًا مقالته عام 1907 حول الحرارة النوعية للمواد الصلبة ، والتي قدمت لأول مرة تأثير اهتزازات الشبكة البلورية على الخصائص الديناميكية الحرارية للبلورات، ولا سيما الحرارة النوعية . [ 8 ] ويطرح نائب مدير معهد ييل للفيزياء الكمية، أ. دوغلاس ستون، حجة مماثلة لأولوية أينشتاين في عمله حول التاريخ التركيبي لميكانيكا الكم . [ 9 ]

أصل الكلمة

وفقًا للفيزيائي فيليب وارين أندرسون ، فإن استخدام مصطلح "المادة المكثفة" للإشارة إلى مجال الدراسة قد صاغه هو وفولكر هاين ، عندما غيرا اسم مجموعتهما في مختبرات كافنديش ، كامبريدج ، من نظرية الحالة الصلبة إلى نظرية المادة المكثفة في عام 1967، [ 10 ] لأنهما شعرا أنه يشمل بشكل أفضل اهتمامهما بالسوائل والمادة النووية وما إلى ذلك. [ 11 ] [ 12 ] على الرغم من أن أندرسون وهاين ساهما في نشر مصطلح "المادة المكثفة"، إلا أنه كان مستخدمًا في أوروبا لسنوات، لا سيما في مجلة "فيزياء المادة المكثفة " الصادرة عن دار نشر سبرينغر-فيرلاغ ، والتي انطلقت عام 1963. [ 13 ] وقد أكد مصطلح "فيزياء المادة المكثفة" على أوجه التشابه في المشكلات العلمية التي يواجهها الفيزيائيون العاملون على المواد الصلبة والسائلة والبلازما وغيرها من المواد المعقدة، بينما كان مصطلح "فيزياء الحالة الصلبة" غالبًا ما يرتبط بتطبيقات صناعية محدودة للمعادن وأشباه الموصلات. وفي ستينيات وسبعينيات القرن العشرين، رأى بعض الفيزيائيين أن المصطلح الأكثر شمولًا يتناسب بشكل أفضل مع بيئة التمويل وسياسات الحرب الباردة في ذلك الوقت. [ 14 ]

يمكن تتبع الإشارات إلى الحالات "المكثفة" إلى مصادر سابقة. على سبيل المثال، في مقدمة كتابه الصادر عام 1947 بعنوان " النظرية الحركية للسوائل" ، [ 15 ] اقترح ياكوف فرينكل أن "النظرية الحركية للسوائل يجب تطويرها بالتالي كتعميم وتوسيع للنظرية الحركية للأجسام الصلبة. في الواقع، سيكون من الأصح توحيدهما تحت مسمى "الأجسام المكثفة " .

تاريخ

الفيزياء الكلاسيكية

هايك كامرلينج أونز ويوهانس فان دير فالس مع مُسيل الهيليوم في لايدن عام 1908

كانت إحدى أوائل الدراسات التي تناولت حالات المادة المكثفة تلك التي أجراها الكيميائي الإنجليزي همفري ديفي في العقود الأولى من القرن التاسع عشر. لاحظ ديفي أن ستة وعشرين عنصرًا من أصل أربعين عنصرًا كيميائيًا معروفًا آنذاك، تمتلك خصائص معدنية كالبريق والليونة والتوصيل الكهربائي والحراري العالي. [ 16 ] دلّ هذا على أن الذرات في نظرية جون دالتون الذرية لم تكن غير قابلة للتجزئة كما ادعى دالتون، بل كانت لها بنية داخلية. وادعى ديفي أيضًا أن العناصر التي كان يُعتقد آنذاك أنها غازات، مثل النيتروجين والهيدروجين ، يمكن تسييلها في ظل ظروف معينة، وعندها ستتصرف كمعادن. [ 17 ] [ ملاحظة 1 ]

في عام 1823، نجح مايكل فاراداي ، الذي كان آنذاك مساعدًا في مختبر ديفي، في تسييل الكلور ، ثم واصل مسيرته ليُسيّل جميع العناصر الغازية المعروفة، باستثناء النيتروجين والهيدروجين والأكسجين . [ 16 ] بعد ذلك بوقت قصير، في عام 1869، درس الكيميائي الأيرلندي توماس أندروز التحول الطوري من الحالة السائلة إلى الحالة الغازية، وصاغ مصطلح " النقطة الحرجة" لوصف الحالة التي لا يمكن فيها التمييز بين الغاز والسائل كحالتين، [ 19 ] وقدم الفيزيائي الهولندي يوهانس فان دير فالس الإطار النظري الذي سمح بالتنبؤ بالسلوك الحرج بناءً على قياسات عند درجات حرارة أعلى بكثير. [ 20 ] : 35-38. وبحلول عام 1908، تمكن جيمس ديوار وهيك كامرلينغ أونيس من تسييل الهيدروجين والهيليوم المكتشف حديثًا آنذاك على التوالي. [ 16 ]

في عام 1900، اقترح بول درود أول نموذج نظري للإلكترون الكلاسيكي المتحرك عبر مادة صلبة معدنية. [ 6 ] وصف نموذج درود خصائص المعادن بدلالة غاز من الإلكترونات الحرة، وكان أول نموذج مجهري يفسر الملاحظات التجريبية مثل قانون فيدمان-فرانز . [ 21 ] [ 22 ] : 27-29. مع ذلك، ورغم نجاح نموذج درود ، فقد عانى من مشكلة بارزة: عجزه عن تفسير المساهمة الإلكترونية في الحرارة النوعية والخصائص المغناطيسية للمعادن تفسيراً صحيحاً، وكذلك اعتماد المقاومة الكهربائية على درجة الحرارة عند درجات الحرارة المنخفضة. [ 23 ] : 366-368

في عام ١٩١١، بعد ثلاث سنوات من تسييل الهيليوم لأول مرة، اكتشف أونيس، الباحث في جامعة ليدن، ظاهرة الموصلية الفائقة في الزئبق ، عندما لاحظ تلاشي المقاومة الكهربائية للزئبق عند درجات حرارة أقل من قيمة معينة. [ ٢٤ ] أثارت هذه الظاهرة دهشة كبار الفيزيائيين النظريين في ذلك الوقت، وظلت غير مفسرة لعدة عقود. [ ٢٥ ] وفي عام ١٩٢٢، قال ألبرت أينشتاين ، في معرض حديثه عن النظريات المعاصرة للموصلية الفائقة: "مع جهلنا العميق بميكانيكا الكم للأنظمة المركبة، ما زلنا بعيدين كل البعد عن القدرة على صياغة نظرية انطلاقًا من هذه الأفكار المبهمة". [ ٢٦ ]

ظهور ميكانيكا الكم

تم تطوير نموذج درود الكلاسيكي من قِبل فولفغانغ باولي ، وأرنولد سومرفيلد ، وفيليكس بلوخ ، وغيرهم من الفيزيائيين. أدرك باولي أن الإلكترونات الحرة في المعادن تخضع لإحصاءات فيرمي-ديراك . وبناءً على هذه الفكرة، وضع نظرية البارامغناطيسية عام ١٩٢٦. بعد ذلك بوقت قصير، أدمج سومرفيلد إحصاءات فيرمي-ديراك في نموذج الإلكترون الحر ، وحسّنه لتفسير السعة الحرارية. وبعد عامين، استخدم بلوخ ميكانيكا الكم لوصف حركة الإلكترون في شبكة دورية. [ ٢٣ ] : ٣٦٦-٣٦٨

استُخدمت الرياضيات الخاصة ببنية البلورات، التي طورها أوغست برافي وييفغراف فيودوروف وآخرون ، لتصنيف البلورات حسب مجموعة التناظر الخاصة بها ، وشكّلت جداول بنية البلورات أساس سلسلة الجداول الدولية لعلم البلورات ، التي نُشرت لأول مرة عام 1935. [ 27 ] استُخدمت حسابات بنية النطاق لأول مرة عام 1930 للتنبؤ بخصائص المواد الجديدة، وفي عام 1947 ، طوّر جون باردين ووالتر براتين وويليام شوكلي أول ترانزستور قائم على أشباه الموصلات ، مُبشّرين بثورة في مجال الإلكترونيات. [ 6 ]

نسخة طبق الأصل من أول ترانزستور ذي نقطة اتصال في مختبرات بيل

في عام 1879، اكتشف إدوين هربرت هول، الباحث في جامعة جونز هوبكنز، وجود فرق جهد يتولد عبر الموصلات، ويكون هذا الفرق متعامدًا مع كل من التيار الكهربائي في الموصل والمجال المغناطيسي المطبق عموديًا على التيار. [ 28 ] عُرفت هذه الظاهرة، الناجمة عن طبيعة حاملات الشحنة في الموصل، بتأثير هول ، إلا أنها لم تُفسَّر تفسيرًا وافيًا آنذاك، نظرًا لعدم اكتشاف الإلكترون تجريبيًا إلا بعد 18 عامًا. بعد ظهور ميكانيكا الكم، طوّر ليف لانداو في عام 1930 نظرية تكميم لانداو ، ووضع بذلك الأساس لتفسير نظري لتأثير هول الكمي، الذي اكتُشف بعد نصف قرن. [ 29 ] : 458-460 [ 30 ]

عُرفت المغناطيسية كخاصية للمادة في الصين منذ عام 4000 قبل الميلاد. [ 31 ] : 1-2. مع ذلك، لم تبدأ الدراسات الحديثة الأولى للمغناطيسية إلا مع تطور الديناميكا الكهربائية على يد فاراداي وماكسويل وآخرين في القرن التاسع عشر، والتي تضمنت تصنيف المواد إلى مغناطيسية حديدية ، ومغناطيسية مسايرة ، ومغناطيسية معاكسة بناءً على استجابتها للمغنطة. [ 32 ] درس بيير كوري اعتماد المغنطة على درجة الحرارة واكتشف انتقال طور نقطة كوري في المواد المغناطيسية الحديدية. [ 31 ] في عام 1906، قدم بيير فايس مفهوم المجالات المغناطيسية لشرح الخصائص الرئيسية للمواد المغناطيسية الحديدية. [ 33 ] : 9. كانت أول محاولة لوصف المغناطيسية مجهريًا من قبل فيلهلم لينز وإرنست إيزينغ من خلال نموذج إيزينغ الذي وصف المواد المغناطيسية بأنها تتكون من شبكة دورية من اللفات التي اكتسبت مجتمعةً مغنطة. [ 31 ] تم حل نموذج إيزينغ بدقة لإثبات إمكانية حدوث التمغنط التلقائي في بُعد واحد، وإمكانية حدوثه في الشبكات متعددة الأبعاد. وقد أدت أبحاث أخرى، مثل أبحاث بلوخ حول الموجات المغزلية ونيل حول المغناطيسية المضادة، إلى تطوير مواد مغناطيسية جديدة تُستخدم في أجهزة التخزين المغناطيسي . [ 31 ] : 36-38، g48

الفيزياء الحديثة متعددة الأجسام

مغناطيس يطفو فوق مادة فائقة التوصيل.
مغناطيس معلق فوق موصل فائق ذي درجة حرارة عالية . يعمل بعض الفيزيائيين اليوم على فهم الموصلية الفائقة عند درجات الحرارة العالية باستخدام تناظر AdS/CFT. [ 34 ]

أظهر نموذج سومرفيلد ونماذج الدوران المغناطيسي للمغناطيسية الحديدية التطبيق الناجح لميكانيكا الكم على مسائل المادة المكثفة في ثلاثينيات القرن العشرين. ومع ذلك، ظلت هناك عدة مسائل عالقة، أبرزها وصف الموصلية الفائقة وتأثير كوندو . [ 35 ] بعد الحرب العالمية الثانية ، طُبقت عدة أفكار من نظرية الحقل الكمومي على مسائل المادة المكثفة. وشملت هذه الأفكار التعرف على أنماط الإثارة الجماعية للمواد الصلبة والمفهوم المهم للجسيم شبه الحقيقي. استخدم الفيزيائي السوفيتي ليف لانداو هذه الفكرة في نظرية سائل فيرمي ، حيث عُبر عن خصائص الطاقة المنخفضة لأنظمة الفرميونات المتفاعلة بدلالة ما يُعرف الآن بجسيمات لانداو شبه الحقيقية. [ 35 ] كما طور لانداو نظرية المجال المتوسط ​​للانتقالات الطورية المستمرة، والتي وصفت الأطوار المرتبة بأنها انهيار تلقائي للتناظر . وقدمت النظرية أيضًا مفهوم معامل الترتيب للتمييز بين الأطوار المرتبة. [ 36 ] في نهاية المطاف، في عام 1956، طور جون باردين وليون كوبر وروبرت شريفر ما يسمى بنظرية BCS للموصلية الفائقة، استنادًا إلى اكتشاف أن التجاذب الصغير بشكل تعسفي بين إلكترونين ذوي دوران متعاكسين بوساطة الفونونات في الشبكة يمكن أن يؤدي إلى حالة مقيدة تسمى زوج كوبر . [ 37 ]

تأثير هول الكمومي : مكونات مقاومة هول كدالة للمجال المغناطيسي الخارجي [ 38 ] : الشكل 14

كانت دراسة التحولات الطورية والسلوك الحرج للكميات القابلة للرصد، والتي تُسمى الظواهر الحرجة ، مجالًا رئيسيًا ذا أهمية بالغة في ستينيات القرن العشرين. [ 39 ] وقد طوّر كلٌّ من ليو كادانوف وبنيامين ويدوم ومايكل فيشر مفاهيم الأسس الحرجة وقياس ويدوم . وقد وحّد كينيث ج. ويلسون هذه المفاهيم في عام 1972، ضمن إطار مجموعة إعادة التطبيع في سياق نظرية الحقل الكمومي. [ 39 ]

اكتشف كلاوس فون كليتزينغ ودوردا وبيبر تأثير هول الكمومي في عام 1980 عندما لاحظوا أن موصلية هول هي مضاعفات صحيحة لثابت أساسيهـ2/ح{\displaystyle e^{2}/h}(انظر الشكل) لوحظ أن هذا التأثير مستقل عن معايير مثل حجم النظام والشوائب. [ 38 ] في عام 1981، اقترح المنظر روبرت لافلين نظرية تفسر الدقة غير المتوقعة للهضبة التكاملية. كما أشارت إلى أن موصلية هول تتناسب مع ثابت طوبولوجي، يُسمى عدد تشيرن ، والذي صاغ ديفيد ج . ثاوليس وزملاؤه أهميته لبنية نطاقات المواد الصلبة . [ 40 ] [ 41 ] : 69، 74 بعد ذلك بوقت قصير، في عام 1982، لاحظ هورست ستورمر ودانيال تسوي تأثير هول الكمي الكسري، حيث أصبحت الموصلية مضاعفًا نسبيًا للثابت.هـ2/ح{\displaystyle e^{2}/h}أدرك لافلين، في عام 1983، أن هذا كان نتيجة لتفاعل الجسيمات شبه الحقيقية في حالات هول، وصاغ حلاً باستخدام طريقة حساب التفاضل والتكامل ، أطلق عليه اسم دالة موجة لافلين . [ 42 ] ولا تزال دراسة الخصائص الطوبولوجية لتأثير هول الكسري مجالًا بحثيًا نشطًا. [ 43 ] وبعد عقود، تم توسيع نظرية النطاق الطوبولوجية المذكورة آنفًا، التي طورها ديفيد ج. ثاوليس وزملاؤه [ 44 ] ، مما أدى إلى اكتشاف العوازل الطوبولوجية . [ 45 ] [ 46 ]

في عام 1986، اكتشف كارل مولر ويوهانس بيدنورز أول موصل فائق عند درجات حرارة عالية ، وهو La₂₋ₓBaₓCuO₄ ، الذي يتميز بخاصية التوصيل الفائق عند درجات حرارة تصل إلى 39 كلفن. [ 47 ] وقد تبين أن الموصلات الفائقة عند درجات الحرارة العالية تُعد أمثلة على المواد ذات الترابط القوي، حيث تلعب تفاعلات الإلكترون-إلكترون دورًا هامًا. [ 48 ] ولا يزال الوصف النظري المُرضي للموصلات الفائقة عند درجات الحرارة العالية غير معروف، ويظل مجال المواد ذات الترابط القوي موضوعًا بحثيًا نشطًا.

في عام 2012، نشرت عدة مجموعات أبحاثًا أولية تشير إلى أن سداسي بوريد الساماريوم يمتلك خصائص عازل طوبولوجي [ 49 ] بما يتوافق مع التنبؤات النظرية السابقة. [ 50 ] وبما أن سداسي بوريد الساماريوم عازل كوندو معروف ، أي مادة إلكترونية ذات ترابط قوي، فمن المتوقع أن يؤدي وجود حالة سطحية ديراك طوبولوجية في هذه المادة إلى عازل طوبولوجي ذي ترابطات إلكترونية قوية.

نظري

يتضمن علم فيزياء المادة المكثفة النظري استخدام نماذج نظرية لفهم خصائص حالات المادة. وتشمل هذه النماذج دراسة الخصائص الإلكترونية للمواد الصلبة، مثل نموذج درود ، وبنية النطاقات ، ونظرية الكثافة الوظيفية . كما طُوّرت نماذج نظرية لدراسة فيزياء التحولات الطورية ، مثل نظرية جينزبورغ-لانداو ، والأسس الحرجة ، واستخدام الأساليب الرياضية لنظرية الحقل الكمومي ومجموعة إعادة التطبيع . وتتضمن الدراسات النظرية الحديثة استخدام الحساب العددي للبنية الإلكترونية والأدوات الرياضية لفهم ظواهر مثل الموصلية الفائقة عند درجات الحرارة العالية ، والأطوار الطوبولوجية ، وتناظرات القياس .

الظهور

يرتبط الفهم النظري لفيزياء المادة المكثفة ارتباطًا وثيقًا بمفهوم الظهور ، حيث تتصرف التجمعات المعقدة من الجسيمات بطرق تختلف اختلافًا جذريًا عن مكوناتها الفردية. [ 37 ] [ 43 ] على سبيل المثال، لا يزال فهم مجموعة من الظواهر المتعلقة بالموصلية الفائقة عند درجات الحرارة العالية محدودًا، على الرغم من أن الفيزياء المجهرية للإلكترونات والشبكات الفردية معروفة جيدًا. [ 51 ] وبالمثل، دُرست نماذج لأنظمة المادة المكثفة حيث تتصرف الإثارات الجماعية مثل الفوتونات والإلكترونات ، مما يصف الكهرومغناطيسية كظاهرة ناشئة. [ 52 ] يمكن أن تحدث الخصائص الناشئة أيضًا عند السطح البيني بين المواد: أحد الأمثلة على ذلك هو السطح البيني بين ألومينات اللانثانوم وتيتانات السترونتيوم ، حيث يتم ربط عازلين نطاقيين لإنشاء الموصلية والموصلية الفائقة .

النظرية الإلكترونية للمواد الصلبة

لطالما مثّلت الحالة المعدنية لبنة أساسية لدراسة خصائص المواد الصلبة. [ 53 ] قدّم بول درود أول وصف نظري للمعادن عام 1900 من خلال نموذج درود ، الذي فسّر الخصائص الكهربائية والحرارية بوصف المعدن كغاز مثالي من الإلكترونات المكتشفة حديثًا آنذاك . تمكّن درود من اشتقاق قانون فيدمان-فرانز التجريبي والحصول على نتائج متوافقة بشكل كبير مع التجارب. [ 22 ] : 90-91 ثمّ طوّر أرنولد سومرفيلد هذا النموذج الكلاسيكي بإضافة إحصائيات فيرمي-ديراك للإلكترونات، وتمكّن من تفسير السلوك الشاذ للحرارة النوعية للمعادن في قانون فيدمان-فرانز . [ 22 ] : 101-103. في عام 1912، درس ماكس فون لاو وبول كنيبينغ بنية المواد الصلبة البلورية، عندما لاحظا نمط حيود الأشعة السينية للبلورات، واستنتجا أن البلورات تكتسب بنيتها من شبكات دورية من الذرات. [ 22 ] : 48 [ 54 ]. في عام 1928، قدم الفيزيائي السويسري فيليكس بلوخ حلاً موجيًا لمعادلة شرودنغر ذات جهد دوري ، والمعروف باسم نظرية بلوخ . [ 55 ].

يُعدّ حساب الخصائص الإلكترونية للمعادن عن طريق حلّ دالة الموجة متعددة الأجسام عمليةً معقدةً حسابيًا، ولذا، تُعدّ طرق التقريب ضروريةً للحصول على تنبؤات ذات دلالة. [ 56 ] استُخدمت نظرية توماس-فيرمي، التي طُوّرت في عشرينيات القرن العشرين، لتقدير طاقة النظام وكثافة الإلكترونات من خلال اعتبار كثافة الإلكترونات المحلية مُعاملًا متغيرًا . وفي وقت لاحق من ثلاثينيات القرن العشرين، طوّر دوغلاس هارتري وفلاديمير فوك وجون سلاتر ما يُعرف بدالة موجة هارتري-فوك كتحسين لنموذج توماس-فيرمي. وقد أخذت طريقة هارتري-فوك في الحسبان إحصائيات التبادل لدوال موجة الإلكترونات أحادية الجسيم. وبشكل عام، يُعدّ حلّ معادلة هارتري-فوك أمرًا بالغ الصعوبة، ولا يُمكن حلّها بدقة إلا في حالة غاز الإلكترونات الحر. [ 53 ] : 330-337. أخيرًا، في عامي 1964-1965، اقترح والتر كون ، وبيير هوهنبرغ ، ولو جيو شام نظرية الكثافة الوظيفية (DFT) التي قدمت وصفًا واقعيًا لخواص المعادن في الكتلة والسطح. وقد استُخدمت نظرية الكثافة الوظيفية على نطاق واسع منذ سبعينيات القرن الماضي لحسابات بنية النطاق لمجموعة متنوعة من المواد الصلبة. [ 56 ]

كسر التناظر

تُظهر بعض حالات المادة كسرًا للتناظر ، حيث تمتلك قوانين الفيزياء ذات الصلة شكلًا من أشكال التناظر المكسور. ومن الأمثلة الشائعة على ذلك المواد الصلبة البلورية ، التي تكسر التناظر الانتقالي المستمر . وتشمل الأمثلة الأخرى المواد المغناطيسية الحديدية الممغنطة ، التي تكسر التناظر الدوراني ، وحالات أكثر غرابة مثل الحالة الأرضية للموصل الفائق من نوع BCS ، التي تكسر التناظر الدوراني لطور U(1) . [ 57 ] [ 58 ]

تنص نظرية غولدستون في نظرية الحقل الكمومي على أنه في نظام ذي تناظر مستمر مكسور، قد توجد إثارات ذات طاقة منخفضة بشكل تعسفي، تُسمى بوزونات غولدستون . على سبيل المثال، في المواد الصلبة البلورية، تتوافق هذه الإثارات مع الفونونات ، وهي نسخ مُكمّمة من اهتزازات الشبكة البلورية. [ 59 ]

التحول الطوري

يشير التحول الطوري إلى تغير طور النظام نتيجة لتغير في أحد العوامل الخارجية ، كدرجة الحرارة أو الضغط أو التركيب المولي . في نظام أحادي المكون، يحدث التحول الطوري الكلاسيكي عند درجة حرارة (أو ضغط محدد) يحدث عندها تغير مفاجئ في بنية النظام. على سبيل المثال، عندما يذوب الجليد ويتحول إلى ماء، تتغير البنية البلورية السداسية المنتظمة للجليد إلى ترتيب متحرك لجزيئات الماء بروابط هيدروجينية.

في التحولات الطورية الكمومية ، تُضبط درجة الحرارة على الصفر المطلق ، ويتسبب عامل تحكم غير حراري، كالضغط أو المجال المغناطيسي، في حدوث هذه التحولات عندما ينهار النظام بفعل التقلبات الكمومية الناجمة عن مبدأ عدم اليقين لهايزنبرغ . هنا، تشير الأطوار الكمومية المختلفة للنظام إلى حالات أرضية متميزة لمصفوفة هاميلتون . يُعد فهم سلوك التحول الطوري الكمومي أمرًا بالغ الأهمية في المهام الصعبة المتمثلة في تفسير خصائص العوازل المغناطيسية للعناصر الأرضية النادرة، والموصلات الفائقة ذات درجة الحرارة العالية، وغيرها من المواد. [ 60 ]

يحدث نوعان من التحولات الطورية: تحولات من الرتبة الأولى وتحولات من الرتبة الثانية أو التحولات المستمرة . في الحالة الأخيرة، لا يتعايش الطوران المعنيان عند درجة حرارة التحول، والتي تُسمى أيضًا النقطة الحرجة . بالقرب من النقطة الحرجة، تخضع الأنظمة لسلوك حرج، حيث تتباعد العديد من خصائصها، مثل طول الترابط والحرارة النوعية والحساسية المغناطيسية ، بشكل أُسّي. [ 60 ] تُمثل هذه الظواهر الحرجة تحدياتٍ جسيمة للفيزيائيين لأن القوانين الماكروسكوبية العادية لم تعد صالحة في هذه المنطقة، ويجب ابتكار أفكار وأساليب جديدة لإيجاد قوانين جديدة تصف النظام. [ 61 ] : 75 وما بعدها

أبسط نظرية قادرة على وصف التحولات الطورية المستمرة هي نظرية جينزبورغ-لانداو ، التي تعمل ضمن ما يُعرف بتقريب المجال المتوسط . مع ذلك، لا تستطيع هذه النظرية تفسير التحول الطوري المستمر للمواد الكهروإجهادية والموصلات الفائقة من النوع الأول تفسيرًا دقيقًا، إذ تتضمن تفاعلات مجهرية طويلة المدى. أما بالنسبة لأنواع الأنظمة الأخرى التي تتضمن تفاعلات قصيرة المدى بالقرب من النقطة الحرجة، فتُعدّ نظرية أكثر دقة ضرورية. [ 62 ] : 8-11

بالقرب من النقطة الحرجة، تحدث التقلبات على نطاق واسع من المقاييس، بينما تظل خاصية النظام ككل ثابتة بغض النظر عن المقياس. تعمل طرق مجموعة إعادة التطبيع على تقليل متوسط ​​تقلبات أقصر طول موجي على مراحل متتالية مع الحفاظ على تأثيراتها في المرحلة التالية. وبالتالي، يمكن دراسة تغيرات النظام الفيزيائي بشكل منهجي عند النظر إليها من مقاييس مختلفة. تساهم هذه الطرق، إلى جانب المحاكاة الحاسوبية القوية، بشكل كبير في تفسير الظواهر الحرجة المرتبطة بالانتقال الطوري المستمر. [ 61 ] : 11

تجريبي

يتضمن علم فيزياء المادة المكثفة التجريبي استخدام أدوات تجريبية لاكتشاف خصائص جديدة للمواد. تشمل هذه الأدوات تأثيرات المجالات الكهربائية والمغناطيسية ، وقياس دوال الاستجابة ، وخصائص النقل ، وقياس درجة الحرارة . [ 63 ] تشمل الطرق التجريبية الشائعة الاستخدام التحليل الطيفي ، باستخدام أدوات مثل الأشعة السينية ، والأشعة تحت الحمراء ، وتشتت النيوترونات غير المرن ؛ ودراسة الاستجابة الحرارية، مثل الحرارة النوعية ، وقياس النقل عبر التوصيل الحراري .

صورة لنمط حيود الأشعة السينية من بلورة بروتينية

التشتت

تتضمن العديد من تجارب المادة المكثفة تشتيت مسبار تجريبي، مثل الأشعة السينية أو الفوتونات الضوئية أو النيوترونات ، على مكونات المادة. ويعتمد اختيار مسبار التشتيت على نطاق طاقة الملاحظة المطلوب. يمتلك الضوء المرئي طاقة في حدود إلكترون فولت واحد (eV)، ويُستخدم كمسبار تشتيت لقياس التغيرات في خصائص المادة، مثل ثابت العزل الكهربائي ومعامل الانكسار . أما الأشعة السينية، فتمتلك طاقات في حدود 10 كيلو إلكترون فولت ، وبالتالي فهي قادرة على اختراق المقاييس الذرية، وتُستخدم لقياس التغيرات في كثافة شحنة الإلكترون والبنية البلورية. [ 64 ] : 33-34

يمكن للنيوترونات أيضًا استكشاف المقاييس الذرية، وتُستخدم لدراسة تشتتها عن النوى ودوران الإلكترونات ومغنطتها (إذ تمتلك النيوترونات دورانًا دون شحنة). ويمكن إجراء قياسات تشتت كولوم وموت باستخدام حزم الإلكترونات كمجسات تشتت. [ 64 ] : 33-34 [ 65 ] : 39-43. وبالمثل، يمكن استخدام إفناء البوزيترونات كقياس غير مباشر لكثافة الإلكترونات المحلية. [ 66 ] يُعد التحليل الطيفي بالليزر أداةً ممتازةً لدراسة الخصائص المجهرية للوسط، على سبيل المثال، لدراسة الانتقالات المحظورة في الأوساط باستخدام التحليل الطيفي البصري غير الخطي . [ 61 ] : 258-259

المجالات المغناطيسية الخارجية

في فيزياء المادة المكثفة التجريبية، تعمل المجالات المغناطيسية الخارجية كمتغيرات ديناميكية حرارية تتحكم في حالة الأنظمة المادية، وانتقالاتها الطورية، وخصائصها. [ 67 ] يُعد الرنين المغناطيسي النووي (NMR) طريقةً تُستخدم فيها المجالات المغناطيسية الخارجية لإيجاد أنماط الرنين للنوى الفردية، مما يوفر معلومات حول البنية الذرية والجزيئية وبنية الروابط في بيئتها. يمكن إجراء تجارب الرنين المغناطيسي النووي في مجالات مغناطيسية تصل قوتها إلى 60 تسلا . ويمكن للمجالات المغناطيسية الأعلى تحسين جودة بيانات قياس الرنين المغناطيسي النووي. [ 68 ] : 69 [ 69 ] : 185 تُعد التذبذبات الكمومية طريقةً تجريبيةً أخرى تُستخدم فيها المجالات المغناطيسية العالية لدراسة خصائص المواد، مثل هندسة سطح فيرمي . [ 70 ] ستكون المجالات المغناطيسية العالية مفيدةً في الاختبار التجريبي للتنبؤات النظرية المختلفة، مثل التأثير المغناطيسي الكهربائي الكمومي ، والقطب المغناطيسي الأحادي الصورةي، وتأثير هول الكمومي نصف الصحيح . [ 68 ] : 57

مطيافية الرنين المغناطيسي

يمكن دراسة البنية المحلية ، بالإضافة إلى بنية ذرات الجوار الأقرب، في المادة المكثفة باستخدام طرق الرنين المغناطيسي، مثل رنين الإلكترون البارامغناطيسي (EPR) والرنين المغناطيسي النووي (NMR)، والتي تتميز بحساسية عالية لتفاصيل البيئة المحيطة بالنوى والإلكترونات من خلال اقتران التفاعل فائق الدقة. وتُصبح كل من الإلكترونات الموضعية والنظائر المستقرة أو غير المستقرة للنوى أدوات لدراسة هذه التفاعلات فائقة الدقة ، والتي تربط دوران الإلكترون أو النواة بالمجالات الكهربائية والمغناطيسية المحلية. وتُعد هذه الطرق مناسبة لدراسة العيوب والانتشار والتحولات الطورية والترتيب المغناطيسي. وتشمل الطرق التجريبية الشائعة الرنين المغناطيسي النووي (NMR ) ورنين رباعي الأقطاب النووي (NQR) والمجسات المشعة المزروعة كما في حالة مطيافية دوران الميون .μ{\displaystyle \mu }مطيافية موسباور (SR) ،β{\displaystyle \beta }الرنين المغناطيسي النووي والارتباط الزاوي المضطرب (PAC). يُعدّ الارتباط الزاوي المضطرب مثاليًا بشكل خاص لدراسة تغيرات الطور عند درجات حرارة قصوى تتجاوز 2000  درجة مئوية نظرًا لاستقلالية هذه الطريقة عن درجة الحرارة.

الغازات الذرية الباردة

أول مكثف بوز-أينشتاين تم رصده في غاز من ذرات الروبيديوم فائقة البرودة . تمثل المناطق الزرقاء والبيضاء كثافة أعلى.

يُعدّ احتجاز الذرات فائقة البرودة في الشبكات البصرية أداة تجريبية شائعة الاستخدام في فيزياء المادة المكثفة، وفي الفيزياء الذرية والجزيئية والبصرية . تعتمد هذه الطريقة على استخدام أشعة الليزر البصرية لتشكيل نمط تداخل ، يعمل كشبكة ، حيث يمكن وضع الأيونات أو الذرات عند درجات حرارة منخفضة للغاية. تُستخدم الذرات الباردة في الشبكات البصرية كمحاكيات كمومية ، أي أنها تعمل كنظم قابلة للتحكم يمكنها محاكاة سلوك أنظمة أكثر تعقيدًا، مثل المغناطيسات المحبطة . [ 71 ] على وجه الخصوص، تُستخدم هذه الذرات لتصميم شبكات أحادية وثنائية وثلاثية الأبعاد لنموذج هوبارد بمعاملات محددة مسبقًا، ولدراسة التحولات الطورية للترتيب المضاد للمغناطيسية وترتيب سائل الدوران . [ 72 ] [ 73 ] [ 43 ]

في عام 1995، تم استخدام غاز من ذرات الروبيديوم تم تبريده إلى درجة حرارة 170 نانو كلفن لتحقيق مكثف بوز-أينشتاين تجريبياً ، وهي حالة جديدة من المادة تنبأ بها في الأصل إس إن بوز وألبرت أينشتاين ، حيث يشغل عدد كبير من الذرات حالة كمومية واحدة . [ 74 ]

التطبيقات

محاكاة حاسوبية للتروس النانوية المصنوعة من جزيئات الفوليرين . ويُؤمل أن تؤدي التطورات في علم النانو إلى آلات تعمل على المستوى الجزيئي.

أدت الأبحاث في فيزياء المادة المكثفة [ 43 ] [ 75 ] إلى ظهور العديد من التطبيقات في الأجهزة، مثل تطوير ترانزستور أشباه الموصلات [ 6 ] ، وتقنية الليزر [ 61 ] ، والتخزين المغناطيسي ، والبلورات السائلة ، والألياف البصرية [ 76 ]، والعديد من الظواهر التي دُرست في سياق تقنية النانو [ 77 ] : 111 وما بعدها . يمكن استخدام طرق مثل المجهر النفقي الماسح للتحكم في العمليات على مقياس النانومتر ، وقد أدت إلى دراسة تصنيع المواد النانوية [ 78 ] . طُوّرت هذه الآلات الجزيئية، على سبيل المثال، من قِبل الحائزين على جائزة نوبل في الكيمياء بن فيرينغا ، وجان بيير سوفاج، وفريزر ستودارت . طوّر فيرينغا وفريقه العديد من الآلات الجزيئية، مثل السيارة الجزيئية ، وطاحونة الهواء الجزيئية، وغيرها الكثير [ 79 ] .

في الحوسبة الكمومية ، تُمثَّل المعلومات بواسطة بتات كمومية، أو كيوبتات . قد تفقد الكيوبتات تماسكها الكمومي بسرعة قبل إتمام الحساب المفيد. يجب حل هذه المشكلة الخطيرة قبل إمكانية تحقيق الحوسبة الكمومية. لحل هذه المشكلة، تُقترح عدة مناهج واعدة في فيزياء المادة المكثفة، بما في ذلك كيوبتات وصلة جوزيفسون ، والكيوبتات الإلكترونية الدورانية باستخدام اتجاه دوران المواد المغناطيسية، والأنيونات الطوبولوجية غير الأبيلية من حالات تأثير هول الكمومي الكسري . [ 78 ]

تُعدّ فيزياء المادة المكثفة ذات أهمية بالغة في مجال الطب الحيوي . فعلى سبيل المثال، يُستخدم التصوير بالرنين المغناطيسي على نطاق واسع في التصوير الطبي للأنسجة الرخوة وغيرها من الخصائص الفيزيولوجية التي لا يمكن رؤيتها باستخدام التصوير بالأشعة السينية التقليدية. [ 78 ]

انظر أيضاً

ملحوظات

  1. ↑ تم تسييل كل من الهيدروجين والنيتروجين منذ ذلك الحين؛ ومع ذلك، فإن النيتروجين والهيدروجين السائلين العاديين لا يمتلكان خصائص معدنية.تنبأ الفيزيائيان يوجين ويغنر وهيلارد بيل هنتنغتون في عام 1935 [ 18 ] بوجود حالة من الهيدروجين المعدني عند ضغوط عالية بما فيه الكفاية (أكثر من 25 جيجا باسكال )، ولكن لم يتم رصد ذلك حتى الآن.

مراجع

  1. ↑ "نظرية فيزياء المادة المكثفة" . قسم الفيزياء بجامعة ييل . تم الاطلاع عليه بتاريخ 30 نوفمبر 2023 .
  2. ↑ "وظائف في فيزياء المادة المكثفة: مسارات مهنية في فيزياء المادة المكثفة" . وظائف في مجلة فيزياء اليوم . مؤرشف من الأصل بتاريخ 27 مارس 2009. تم الاطلاع عليه بتاريخ 1 نوفمبر 2010 .
  3. ↑ "تاريخ فيزياء المادة المكثفة" . الجمعية الفيزيائية الأمريكية . تم الاطلاع عليه بتاريخ 27 مارس 2012 .
  4. ↑ "فيزياء المادة المكثفة" . قسم الفيزياء، جامعة كولورادو بولدر . 26 أبريل 2016. تاريخ الاسترجاع: 30 نوفمبر 2023 .
  5. ↑ "المادة المكثفة وفيزياء المواد" . كلية آيوا للفنون والعلوم الليبرالية . تم الاطلاع عليه بتاريخ 30 نوفمبر 2023 .
  6. 1 2 3 4 كوهين، مارفن ل. (2008). "مقال: خمسون عامًا من فيزياء المادة المكثفة" . رسائل المراجعة الفيزيائية . 101 (25) 250001. رمز Bibcode : 2008PhRvL.101y0001C . doi : 10.1103/PhysRevLett.101.250001 . PMID 19113681. تاريخ الاسترجاع: 31 مارس 2012 . 
  7. 1 2 كون، و. (1999). "مقال عن فيزياء المادة المكثفة في القرن العشرين" (ملف PDF) . مراجعات الفيزياء الحديثة . 71 (2): S59– S77. رمز Bibcode : 1999RvMPS..71...59K . doi : 10.1103/RevModPhys.71.S59 . مؤرشف من الأصل (ملف PDF) في 25 أغسطس 2013. تم الاطلاع عليه في 27 مارس 2012 .
  8. ↑ كاردونا، مانويل (31 أغسطس 2005). "أينشتاين كأب لفيزياء الحالة الصلبة". arXiv : physics/0508237 .
  9. ↑ ستون، أ. دوغلاس (6 أكتوبر 2013). أينشتاين والكم: رحلة العالم السوابي الشجاع ( الطبعة الأولى). مطبعة جامعة برينستون. ISBN  978-0-691-13968-5تم الاطلاع عليه بتاريخ 1 يونيو 2022 .
  10. ↑ "فيليب أندرسون" . قسم الفيزياء . جامعة برينستون . تم الاطلاع عليه بتاريخ 27 مارس 2012 .
  11. ↑ أندرسون، فيليب و. (نوفمبر 2011). "في دائرة الضوء: المزيد والمختلف" . النشرة العلمية العالمية . 33 : 2.
  12. ↑ أندرسون، فيليب و. (9 مارس 2018). المفاهيم الأساسية لفيزياء المادة المكثفة . مطبعة سي آر سي. رقم ISBN 978-0-429-97374-1.
  13. ↑ " فيزياء المادة المكثفة " . 1963. تم الاطلاع عليه بتاريخ 20 أبريل 2015 .
  14. ↑ مارتن، جوزيف د. (2015). "ماذا يعني تغيير الاسم؟ فيزياء الحالة الصلبة، وفيزياء المادة المكثفة، وعلم المواد" ( ملف PDF) . الفيزياء من منظور . 17 (1): 3-32 . Bibcode : 2015PhP....17....3M . doi : 10.1007/s00016-014-0151-7 . S2CID 117809375. مؤرشف (PDF) من الأصل بتاريخ 2022-10-09. 
  15. ↑ فرينكل، ج. (1947). النظرية الحركية للسوائل . مطبعة جامعة أكسفورد.
  16. 1 2 3 غودستين، ديفيد ؛ غودستين، جوديث (2000). "ريتشارد فاينمان وتاريخ الموصلية الفائقة" (ملف PDF) . الفيزياء من منظور . 2 (1): 30. Bibcode : 2000PhP.....2...30G . doi : 10.1007/s000160050035 . S2CID 118288008. مؤرشف من الأصل (ملف PDF) في 17 نوفمبر 2015. تم الاسترجاع في 7 أبريل 2012 . 
  17. ↑ ديفي، جون، محرر. (1839). الأعمال الكاملة للسير همفري ديفي: المجلد الثاني . سميث إلدر وشركاه، كورنهيل. ص 22 . 
  18. ↑ سيلفيرا، إسحاق ف.؛ كول، جون و. (2010). "الهيدروجين المعدني: أقوى وقود صاروخي تم اكتشافه حتى الآن" . مجلة الفيزياء . 215 (1) 012194. Bibcode : 2010JPhCS.215a2194S . doi : 10.1088/1742-6596/215/1/012194 .
  19. ↑ رولينسون، جيه إس (1969). "توماس أندروز والنقطة الحرجة". مجلة نيتشر . 224 (8): 541-543 . Bibcode : 1969Natur.224..541R . doi : 10.1038/224541a0 . S2CID 4168392 . 
  20. ↑ أتكينز، بيتر؛ دي باولا، خوليو (2009). عناصر الكيمياء الفيزيائية . مطبعة جامعة أكسفورد. ISBN 978-1-4292-1813-9.
  21. ↑ كيتل، تشارلز (1996). مقدمة في فيزياء الحالة الصلبة . جون وايلي وأولاده. ISBN 978-0-471-11181-8.
  22. 1 2 3 4 هوديسون، ليليان (1992). الخروج من متاهة الكريستال: فصول من تاريخ فيزياء الحالة الصلبة . مطبعة جامعة أكسفورد. ISBN 978-0-19-505329-6.
  23. 1 2 كراغ، هيلج (2002). أجيال الكم: تاريخ الفيزياء في القرن العشرين (طبعة معاد طباعتها ). مطبعة جامعة برينستون. ISBN  978-0-691-09552-3.
  24. ↑ فان دلفت، ديرك؛ كيس، بيتر (سبتمبر 2010). "اكتشاف الموصلية الفائقة" (ملف PDF) . مجلة الفيزياء اليوم . 63 (9): 38-43 . رمز Bibcode : 2010PhT....63i..38V . doi : 10.1063/1.3490499 . مؤرشف (ملف PDF) من الأصل بتاريخ 9 أكتوبر 2022. تم الاطلاع عليه بتاريخ 7 أبريل 2012 .
  25. ↑ سليشتر، تشارلز. "مقدمة في تاريخ الموصلية الفائقة" . لحظات الاكتشاف . المعهد الأمريكي للفيزياء. مؤرشف من الأصل في 15 مايو 2012. تم الاطلاع عليه في 13 يونيو 2012 .
  26. ↑ شماليان، يورغ (2010). "نظريات فاشلة في الموصلية الفائقة". رسائل الفيزياء الحديثة ب . 24 (27): 2679-2691 . arXiv : 1008.0447 . Bibcode : 2010MPLB ...24.2679S . doi : 10.1142/S0217984910025280 . S2CID 119220454 . 
  27. ↑ أرويو، مويس، آي.؛ مولر، أولريش؛ ووندراتشيك، هانز (2006). مقدمة تاريخية (ملف PDF) . الجداول الدولية لعلم البلورات. المجلد أ. الصفحات 2-5 . CiteSeerX 10.1.1.471.4170 . doi : 10.1107/97809553602060000537 . ISBN    978-1-4020-2355-2أُرشف من النسخة الأصلية (PDF) بتاريخ 3 أكتوبر 2008. تم الاطلاع عليه بتاريخ 24 أكتوبر 2017 .{{cite book}}: صيانة CS1: أسماء متعددة: قائمة المؤلفين ( رابط )
  28. ↑ هول، إدوين (1879). " حول تأثير جديد للمغناطيس على التيارات الكهربائية" . المجلة الأمريكية للرياضيات . 2 (3): 287-292 . Bibcode : 1879AmJM....2..287H . doi : 10.2307/2369245 . JSTOR 2369245. S2CID 107500183. مؤرشف من الأصل في 8 فبراير 2007. تم الاطلاع عليه في 28 فبراير 2008 .  
  29. ↑ لاندو، إل دي؛ ليفشيتز، إي إم (1977). ميكانيكا الكم: النظرية غير النسبية . دار بيرغامون للنشر. ISBN 978-0-7506-3539-4.
  30. ↑ ليندلي، ديفيد (15 مايو 2015). "التركيز: المعالم - اكتشاف عرضي يؤدي إلى معيار معايرة". الفيزياء . 8 : 46. doi : 10.1103/Physics.8.46 .
  31. 1 2 3 4 ماتيس، دانيال (2006). نظرية المغناطيسية ببساطة . وورلد ساينتيفيك. ISBN 978-981-238-671-7.
  32. ↑ تشاتيرجي، سابياساتشي (أغسطس 2004). "هايزنبرغ والمغناطيسية الحديدية" . الرنين . 9 (8): 57-66 . doi : 10.1007/BF02837578 . S2CID 123099296. تاريخ الاسترجاع: 13 يونيو 2012 . 
  33. ↑ فيسينتين، أوغوستو (1994). النماذج التفاضلية للتخلف المغناطيسي . سبرينغر. ISBN 978-3-540-54793-8.
  34. ↑ ميرالي، زيا (2011). "الفيزياء التعاونية: نظرية الأوتار تجد رفيقًا لها" . مجلة نيتشر . 478 (7369): 302-304 . Bibcode : 2011Natur.478..302M . doi : 10.1038/478302a . PMID 22012369 . 
  35. 1 2 كولمان، بيرس (2003). "فيزياء الأجسام المتعددة: ثورة لم تكتمل". حوليات هنري بوانكاريه . 4 (2): 559-580 . arXiv : cond-mat/0307004 . Bibcode : 2003AnHP....4..559C . CiteSeerX 10.1.1.242.6214 . doi : 10.1007/s00023-003-0943-9 . S2CID 8171617 .  
  36. ↑ كادانوف، ليو، ب. (2009). حالات المادة وانتقالات الطور؛ من نظرية المجال المتوسط ​​إلى الظواهر الحرجة (ملف PDF) . جامعة شيكاغو. مؤرشف من الأصل (ملف PDF) بتاريخ 31 ديسمبر 2015. تم الاطلاع عليه بتاريخ 14 يونيو 2012 .{{cite book}}: صيانة CS1: أسماء متعددة: قائمة المؤلفين ( رابط )
  37. 1 2 كولمان، بيرس (2016). مقدمة في فيزياء الأجسام المتعددة . مطبعة جامعة كامبريدج. ISBN 978-0-521-86488-6.
  38. 1 2 فون كليتزينغ، كلاوس (9 ديسمبر 1985). "تأثير هول الكمي" (ملف PDF) . Nobelprize.org . مؤرشف (ملف PDF) من الأصل بتاريخ 9 أكتوبر 2022.
  39. 1 2 فيشر، مايكل إي. (1998). "نظرية مجموعة إعادة التطبيع: أساسها وصياغتها في الفيزياء الإحصائية". مراجعات الفيزياء الحديثة . 70 (2): 653-681 . Bibcode : 1998RvMP...70..653F . CiteSeerX 10.1.1.129.3194 . doi : 10.1103/RevModPhys.70.653 . 
  40. ↑ أفْرون، جوزيف إي.؛ أوسادشي، دانيال؛ سيلر، رودي (2003). "نظرة طوبولوجية على تأثير هول الكمومي" . فيزياء اليوم . 56 (8): 38-42 . Bibcode : 2003PhT....56h..38A . doi : 10.1063/1.1611351 .
  41. ↑ ديفيد ج. ثاوليس (12 مارس 1998). الأعداد الكمية الطوبولوجية في الفيزياء غير النسبية . وورلد ساينتيفيك. ISBN 978-981-4498-03-6.
  42. ↑ وين، شياو-غانغ (1992). "نظرية حالات الحافة في تأثيرات هول الكمومية الكسرية" (ملف PDF) . المجلة الدولية للفيزياء الحديثة ج . 6 (10): 1711-1762 . رمز Bibcode : 1992IJMPB...6.1711W . CiteSeerX 10.1.1.455.2763 . doi : 10.1142/S0217979292000840 . مؤرشف من الأصل (ملف PDF) في 22 مايو 2005. تم الاطلاع عليه في 14 يونيو 2012 . 
  43. 1 2 3 4 جيرفين، ستيفن م.؛ يانغ، كون (28-02-2019). فيزياء المادة المكثفة الحديثة . مطبعة جامعة كامبريدج. ISBN 978-1-108-57347-4.
  44. ↑ ثاوليس، دي جيه؛ كوهوموتو، إم؛ نايتنجيل، إم بي؛ دين نايجس، إم. (9 أغسطس 1982). "موصلية هول الكمية في جهد دوري ثنائي الأبعاد" . رسائل المراجعة الفيزيائية . 49 (6): 405-408 . رمز Bibcode : 1982PhRvL..49..405T . doi : 10.1103/PhysRevLett.49.405 .
  45. ↑ كين، سي إل؛ ميلي، إي جيه (23 نوفمبر 2005). "تأثير هول الكمي الدوراني في الجرافين" . رسائل المراجعة الفيزيائية . 95 (22) 226801. arXiv : cond-mat/0411737 . Bibcode : 2005PhRvL..95v6801K . doi : 10.1103 /PhysRevLett.95.226801 . PMID 16384250. S2CID 6080059 .  
  46. ↑ حسن، م.ز.؛ كين، س.ل. (2010-11-08). "ندوة: العوازل الطوبولوجية" . مراجعات الفيزياء الحديثة . 82 (4): 3045-3067 . arXiv : 1002.3895 . Bibcode : 2010RvMP ...82.3045H . doi : 10.1103/RevModPhys.82.3045 . S2CID 16066223 . 
  47. ↑ Bednorz, JG, Müller, KA (1986), "إمكانية وجود موصلية فائقة عالية درجة الحرارة في نظام Ba−La−Cu−O."، Z. Physik B - Condensed Matter ، 64 (2): 189–193 ، Bibcode : 1986ZPhyB..64..189B ، doi : 10.1007/BF01303701{{citation}}: صيانة CS1: أسماء متعددة: قائمة المؤلفين ( رابط )
  48. ↑ كوينتانيلا، خورخي؛ هولي، كريس (يونيو 2009). "لغز الارتباطات القوية" (ملف PDF) . عالم الفيزياء . 22 (6): 32. رمز Bibcode : 2009PhyW...22f..32Q . doi : 10.1088/2058-7058/22/06/38 . مؤرشف من الأصل (ملف PDF) في 6 سبتمبر 2012. تم الاطلاع عليه في 14 يونيو 2012 .
  49. ↑ يوجيني صموئيل رايش (2012). "آمال تلوح في الأفق بشأن عازل غريب" . مجلة نيتشر . 492 (7428): 165. Bibcode : 2012Natur.492..165S . doi : 10.1038/492165a . PMID 23235853 . 
  50. ↑ دزيرو، ف.؛ ك. صن؛ ف. غاليتسكي؛ ب. كولمان (2010). "عوازل كوندو الطوبولوجية". رسائل المراجعة الفيزيائية . 104 (10) 106408. arXiv : 0912.3750 . Bibcode : 2010PhRvL.104j6408D . doi : 10.1103/PhysRevLett.104.106408 . PMID 20366446. S2CID 119270507 .  
  51. ↑ "فهم الظهور" . المؤسسة الوطنية للعلوم . تم الاطلاع عليه بتاريخ 30 مارس 2012 .
  52. ↑ ليفين، مايكل؛ وين، شياو-غانغ (2005). "ندوة: الفوتونات والإلكترونات كظواهر ناشئة". مراجعات الفيزياء الحديثة . 77 (3): 871-879 . arXiv : cond-mat/0407140 . Bibcode : 2005RvMP...77..871L . doi : 10.1103/RevModPhys.77.871 . S2CID 117563047 . 
  53. 1 2 نيل دبليو. آش كروفت؛ ن. ديفيد ميرمين (1976). فيزياء الحالة الصلبة . كلية سوندرز. ISBN 978-0-03-049346-1.
  54. ↑ إيكرت، مايكل (2011). "اكتشاف مثير للجدل: بدايات حيود الأشعة السينية في البلورات عام 1912 وتداعياته" . مجلة أكتا كريستالوغرافيكا أ . 68 (1): 30-39 . رمز Bibcode : 2012AcCrA..68...30E . doi : 10.1107/S0108767311039985 . PMID 22186281 . 
  55. ↑ هان، جونغ هون (2010). فيزياء الحالة الصلبة (ملف PDF) . جامعة سونغ كيون كوان. مؤرشف من الأصل (ملف PDF) بتاريخ 20-05-2013.
  56. 1 2 بيرديو، جون ب.؛ روزينسكي، أدريين (2010). "أربعة عشر درسًا مبسطًا في نظرية الكثافة الوظيفية" (ملف PDF) . المجلة الدولية للكيمياء الكمية . 110 (15): 2801-2807 . doi : 10.1002/qua.22829 . مؤرشف (ملف PDF) من الأصل بتاريخ 9 أكتوبر 2022. تم الاطلاع عليه بتاريخ 13 مايو 2012 .
  57. ↑ نامبو، يويتشيرو (8 ديسمبر 2008). "الكسر التلقائي للتناظر في فيزياء الجسيمات: حالة من التلاقح" . Nobelprize.org .
  58. ↑ جريتر، مارتن (16 مارس 2005). "هل يُنتهك ثبات القياس الكهرومغناطيسي تلقائيًا في الموصلات الفائقة؟". حوليات الفيزياء . 319 (2005): 217-249 . arXiv : cond-mat/0503400 . Bibcode : 2005AnPhy.319..217G . doi : 10.1016/j.aop.2005.03.008 . S2CID 55104377 . 
  59. ↑ لوتويلر، هـ. (1997). "الفونونات كبوزونات غولدستون". مجلة الفيزياء السويسرية ، 70 (1997): 275-286 . arXiv : hep-ph/9609466 . Bibcode : 1996hep.ph....9466L .
  60. 1 2 فويتا، ماتياس (2003). "انتقالات الطور الكمومي". تقارير عن التقدم في الفيزياء . 66 (12): 2069-2110 . arXiv : cond-mat/0309604 . Bibcode : 2003RPPh...66.2069V . CiteSeerX 10.1.1.305.3880 . doi : 10.1088/0034-4885/66/12/R01 . S2CID 15806867 .  
  61. ١ ٢ ٣ ٤ فيزياء المادة المكثفة، الفيزياء خلال التسعينيات . المجلس الوطني للبحوث. ١٩٨٦. doi : 10.17226/626 . ISBN 978-0-309-03577-4.
  62. ↑ مالكولم ف. كولينز، أستاذ الفيزياء بجامعة ماكماستر (2 مارس 1989). التشتت المغناطيسي الحرج . مطبعة جامعة أكسفورد، الولايات المتحدة الأمريكية. ISBN 978-0-19-536440-8.
  63. ↑ ريتشاردسون، روبرت سي. (1988). الأساليب التجريبية في فيزياء المادة المكثفة عند درجات الحرارة المنخفضة . أديسون-ويسلي. ISBN 978-0-201-15002-5.
  64. 1 2 تشايكين، بي إم؛ لوبينسكي، تي سي (1995). مبادئ فيزياء المادة المكثفة . مطبعة جامعة كامبريدج. ISBN 978-0-521-43224-5.
  65. ↑ وينتاو تشانغ (22 أغسطس 2012). مطيافية الانبعاث الضوئي على الموصلات الفائقة ذات درجة الحرارة العالية: دراسة لـ Bi2Sr2CaCu2O8 باستخدام الانبعاث الضوئي المُحَلَّل زاويًا والمُعتمد على الليزر . سبرينغر ساينس آند بيزنس ميديا. ISBN 978-3-642-32472-7.
  66. ↑ سيجل، ر. و. (1980). "مطيافية إفناء البوزيترون". المراجعة السنوية لعلوم المواد . 10 : 393-425 . Bibcode : 1980AnRMS..10..393S . doi : 10.1146/annurev.ms.10.080180.002141 .
  67. ↑ لجنة المرافق لفيزياء المادة المكثفة (2004). "تقرير فريق عمل الاتحاد الدولي للفيزياء البحتة والتطبيقية المعني بمرافق فيزياء المادة المكثفة: المجالات المغناطيسية العالية" (ملف PDF) . الاتحاد الدولي للفيزياء البحتة والتطبيقية. مؤرشف من الأصل (ملف PDF) بتاريخ 22 فبراير 2014. تم الاطلاع عليه بتاريخ 7 فبراير 2016. المجال المغناطيسي ليس مجرد أداة طيفية، بل هو متغير ديناميكي حراري يتحكم، إلى جانب درجة الحرارة والضغط، في حالة المواد، وانتقالاتها الطورية، وخصائصها.
  68. ١ ٢ لجنة تقييم الوضع الراهن والاتجاهات المستقبلية لعلم المجالات المغناطيسية العالية في الولايات المتحدة؛ مجلس الفيزياء وعلم الفلك؛ قسم الهندسة والعلوم الفيزيائية؛ المجلس القومي للبحوث (٢٥ نوفمبر ٢٠١٣). علم المجالات المغناطيسية العالية وتطبيقاته في الولايات المتحدة: الوضع الراهن والاتجاهات المستقبلية . مطبعة الأكاديميات الوطنية. Bibcode : 2013nap..book18355N . doi : 10.17226/18355 . ISBN 978-0-309-28634-3.{{cite book}}: صيانة CS1: أسماء متعددة: قائمة المؤلفين ( رابط )
  69. ↑ مولتون، دبليو جي؛ رييس، إيه بي (2006). "الرنين المغناطيسي النووي في المواد الصلبة عند مجالات مغناطيسية عالية جدًا" . في هيرلاش، فريتز (محرر). المجالات المغناطيسية العالية . العلوم والتكنولوجيا. وورلد ساينتيفيك. ISBN 978-981-277-488-0.
  70. ↑ دويرون-ليرود، نيكولاس؛ وآخرون (2007). "التذبذبات الكمومية وسطح فيرمي في موصل فائق ذي درجة حرارة حرجة منخفضة التشويب". نيتشر . 447 ( 7144): 565-568 . arXiv : 0801.1281 . Bibcode : 2007Natur.447..565D . doi : 10.1038/nature05872 . PMID 17538614. S2CID 4397560 .   
  71. ↑ بولوتا، يوليا؛ نوري، فرانكو (2009). "محاكيات الكم". مجلة ساينس . 326 (5949): 108-111 . Bibcode : 2009Sci...326..108B . doi : 10.1126 /science.1177838 . PMID 19797653. S2CID 17187000 .  
  72. ↑ غرينر، ماركوس؛ فولينغ، سيمون (2008). "فيزياء المادة المكثفة: الشبكات البصرية". مجلة نيتشر . 453 (7196): 736-738 . Bibcode : 2008Natur.453..736G . doi : 10.1038/453736a . PMID: 18528388. S2CID : 4572899 .  
  73. ↑ جاكش، د.؛ زولر، ب. (2005). "مجموعة أدوات هوبارد للذرة الباردة". حوليات الفيزياء . 315 (1): 52-79 . arXiv : cond-mat/0410614 . Bibcode : 2005AnPhy.315...52J . CiteSeerX : 10.1.1.305.9031 . doi : 10.1016/j.aop.2004.09.010 . S2CID : 12352119 .  
  74. ↑ غلانز، جيمس (10 أكتوبر 2001). "ثلاثة باحثين مقيمين في الولايات المتحدة يفوزون بجائزة نوبل في الفيزياء" . صحيفة نيويورك تايمز . تاريخ الاطلاع: 23 مايو 2012 .
  75. ↑ كولمان، بيرس (2015). مقدمة في فيزياء الأجسام المتعددة . كامبريدج كور. doi : 10.1017/CBO9781139020916 . ISBN 978-0-521-86488-6تم الاطلاع عليه بتاريخ 20 أبريل 2020 .
  76. ↑ "المادة المكثفة" . موقع Physics Pantheon . تم الاطلاع عليه بتاريخ 30-11-2023 .
  77. ↑ لجنة فيزياء المادة المكثفة والمواد 2010؛ لجنة علوم الحالة الصلبة؛ مجلس الفيزياء والفلك؛ قسم الهندسة والعلوم الفيزيائية، المجلس القومي للبحوث (21 ديسمبر 2007). فيزياء المادة المكثفة والمواد: علم العالم من حولنا . مطبعة الأكاديميات الوطنية. رمز Bibcode : 2007nap..book11967N . doi : 10.17226/11967 . ISBN 978-0-309-13409-5.{{cite book}}: صيانة CS1: أسماء متعددة: قائمة المؤلفين ( رابط ) صيانة CS1: أسماء رقمية: قائمة المؤلفين ( رابط )
  78. 1 2 3 يه، ناي-تشانغ (2008). "منظور حول آفاق فيزياء المادة المكثفة الحديثة" (ملف PDF) . نشرة الجمعية الأمريكية لفيزياء الجسيمات التطبيقية . 18 (2) . تاريخ الاسترجاع: 19 يونيو 2018 .
  79. ↑ كوديرناك، تيبور؛ روانغسوبابيشات، نوبورن؛ بارشاو، مانفريد؛ ماسيا، بياتريس؛ كاتسونيس، ناتالي؛ هاروتونيان، سوزانا ر.؛ إرنست، كارل-هاينز؛ فيرينغا، بن ل. (2011-11-01). "الحركة الاتجاهية المدفوعة كهربائيًا لجزيء رباعي العجلات على سطح معدني" . مجلة نيتشر . 479 (7372): 208-211 . Bibcode : 2011Natur.479..208K . doi : 10.1038/nature10587 . hdl : 11370/9fad779e-2a93-4927-8750-7a197ecea952 . ISSN 1476-4687 . PMID 22071765 . S2CID 6175720 .   

للمزيد من القراءة

  • أندرسون، فيليب و. (9 مارس 2018). المفاهيم الأساسية لفيزياء المادة المكثفة . مطبعة سي آر سي. رقم ISBN 978-0-429-97374-1.
  • جيرفين، ستيفن م.؛ يانغ، كون (28 فبراير 2019). فيزياء المادة المكثفة الحديثة . مطبعة جامعة كامبريدج. ISBN 978-1-108-57347-4.
  • كولمان، بيرس (2015). مقدمة في فيزياء الأجسام المتعددة ، مطبعة جامعة كامبريدج، رقم ISBN 0-521-86488-7.
  • بي إم تشايكين وتي سي لوبينسكي (2000). مبادئ فيزياء المادة المكثفة ، مطبعة جامعة كامبريدج؛ الطبعة الأولى، رقم ISBN 0-521-79450-1
  • ألكسندر ألتلاند وبن سيمونز (2006). نظرية مجال المادة المكثفة ، مطبعة جامعة كامبريدج، رقم ISBN 0-521-84508-4.
  • مايكل ب. ماردر (2010). فيزياء المادة المكثفة، الطبعة الثانية ، جون وايلي وأولاده، رقم ISBN 0-470-61798-5.
  • ليليان هوديسون، إرنست براون، يورغن تايخمان، وسبنسر ويرت، محررون (1992). الخروج من متاهة الكريستال: فصول من تاريخ فيزياء الحالة الصلبة ، مطبعة جامعة أكسفورد، ISBN 0-19-505329-X.
  • شعار ويكيميديا ​​كومنزالوسائط المتعلقة بفيزياء المادة المكثفة على ويكيميديا ​​كومنز