Fizika čvrstog stanja
From Wikipedia, the free encyclopedia
Fizika čvrstog stanja je grana fizike koja proučava strukturu materije u čvrstom stanju (čvrsto agregatno stanje) te uz pomoć kvantne fizike istražuje svojstva i procese u kristalnom i amorfnom obliku materije, svojstva kristalisane materije i pojave vezane uz promene fizičkih veličina (na primer temperature, pritiska, dimenzija i oblika mikrokristala, broja i vrste defekata u kristalnoj rešetki i drugo). Zakonitosti utvrđene za kristalisanu materiju primenjuju se delimično i na amorfne čvrste materije ili smeše kristalne i amorfne materije te visokoviskozne tečnosti (na primer fotoosetljiva stakla, čvrste polimere, keramiku i drugo). Mikroskopska teorija čvrstog stanja primena je kvantne mehanike na čvrsto stanje. Njeni rezultati uspešno tumače kvalitativne razlike među različitim čvrstim telima, a u mnogim slučajevima omogućuju i kvantitativni pristup svojstvima tih tela. Budući da je čvrsto stanje sistem od velikog broja atoma, teorija čvrstog stanja služi se nizom približenja (aproksimacija). Tako se pretpostavlja da se ponašanje atomskih jezgara i elektrona može opisivati nezavisno. Pri razmatranju kretanja jezgara ne uzima se u obzir kretanje elektrona, tj. atomi se posmatraju kao celine. Takav je pristup opravdan za objašnjenje nekih mehaničkih i termodinamičkih svojstava koja potiču od međusobnog elastičnog vezivanja atoma. Razmatraju li se elektronska stanja, uzima se da atomska jezgra miruju. Ta je pretpostavka je u znatnoj meri opravdana, jer se u normalnim okolnostima elektroni kreću znatno brže nego jezgra koja su mnogo veće mase od elektrona. Kako su za svojstva čvrstog stanja najvažniji valentni elektroni, posmatraju se samo ti elektroni, a uticaj elektrona u dubljim elektronskim ljuskama uzima se u obzir kroz njihov doprinos električnom polju oko jezgara. Pretpostavlja se da u prvom približenju (aproksimaciji) svaki valentni elektron može biti opisan vlastitom talasnom funkcijom. Razvile su se dve metode u opisivanju međudelovanja (interakcije) valentnih elektrona: atomska aproksimacija i aproksimacija slobodnim elektronima.