संघनित पदार्थ भौतिकी

 संघनित पदार्थ भौतिकी   भौतिकी  का क्षेत्र है जो   पदार्थ  के स्थूल और सूक्ष्म भौतिक गुणों से संबंधित है, विशेष रूप से   ठोस  और   तरल     चरण  जो   विद्युत चुम्बकीय  बलों के बीच उत्पन्न होती है।   परमाणु  एस. अधिक आम तौर पर, विषय पदार्थ के संघनित चरणों से संबंधित है: कई घटकों की प्रणाली उनके बीच मजबूत बातचीत के साथ। अधिक विदेशी संघनित चरणों में   सुपरकंडक्टिंग  चरण शामिल हैं जो   तापमान  पर कुछ सामग्रियों द्वारा प्रदर्शित होते हैं,   फेरोमैग्नेट  आईसी और   एंटीफेरोमैग्नेट  आईसी    स्पिन    क्रिस्टल जाली  परमाणुओं पर, और   बोस-आइंस्टीन कंडेनसेट    अल्ट्राकोल्ड परमाणु  आईसी सिस्टम में पाया गया। संघनित पदार्थ भौतिक विज्ञानी विभिन्न भौतिक गुणों को मापने के लिए प्रयोगों द्वारा इन चरणों के व्यवहार को समझने की कोशिश करते हैं, और   भौतिक कानून  एस   क्वांटम यांत्रिकी ,   विद्युत चुंबकत्व ,   सांख्यिकीय यांत्रिकी , और अन्य    सिद्धांतों को लागू करके  गणितीय मॉडल विकसित करने के लिए।

अध्ययन के लिए उपलब्ध प्रणालियों और घटनाओं की विविधता संघनित पदार्थ भौतिकी को समकालीन भौतिकी का सबसे सक्रिय क्षेत्र बनाती है: सभी अमेरिकी भौतिकविदों में से एक तिहाई संघनित पदार्थ भौतिकविदों के रूप में स्वयं की पहचान करते हैं और कंडेंस्ड मैटर फिजिक्स का डिवीजन  अमेरिकन फिजिकल सोसाइटी  में सबसे बड़ा डिवीजन है  क्षेत्र   रसायन विज्ञान,   सामग्री विज्ञान ,   इंजीनियरिंग  और   नैनो प्रौद्योगिकी  के साथ ओवरलैप करता है, और   परमाणु भौतिकी  और   बायोफिजिक्स  से निकटता से संबंधित है। संघनित पदार्थ की   सैद्धांतिक भौतिकी ,   कण भौतिकी  और   परमाणु भौतिकी  के साथ महत्वपूर्ण अवधारणाओं और विधियों को साझा करती है

भौतिकी में विभिन्न विषयों जैसे  क्रिस्टलोग्राफी,   धातु विज्ञान ,    लोच ,   चुंबकत्व , आदि को 1940 के दशक तक अलग-अलग क्षेत्रों के रूप में माना जाता था, जब उन्हें ' ' के रूप में एक साथ समूहीकृत किया गया था। ठोस अवस्था भौतिकी  ''। 1960 के दशक के आसपास,   तरल  एस के भौतिक गुणों के अध्ययन को इस सूची में जोड़ा गया, जिससे संघनित पदार्थ भौतिकी की अधिक व्यापक विशेषता का आधार बना।    बेल टेलीफोन लेबोरेटरीज  संघनित पदार्थ भौतिकी में एक शोध कार्यक्रम आयोजित करने वाले पहले संस्थानों में से एक था।

व्युत्पत्ति
भौतिक विज्ञानी  फिलिप वारेन एंडरसन  के अनुसार, अध्ययन के क्षेत्र को नामित करने के लिए संघनित पदार्थ शब्द का प्रयोग उनके द्वारा गढ़ा गया था और   वोल्कर हाइन, जब उन्होंने   कैवेंडिश प्रयोगशालाओं में अपने समूह का नाम बदल दिया था ,   कैम्ब्रिज  1967 में सॉलिड स्टेट थ्योरी से कंडेंस्ड मैटर के थ्योरी तक जैसा कि उन्होंने महसूस किया कि तरल पदार्थ में उनकी रुचि बेहतर है,   परमाणु पदार्थ , और इसी तरह हालांकि एंडरसन और हाइन ने संघनित पदार्थ नाम को लोकप्रिय बनाने में मदद की, इसका उपयोग यूरोप में कुछ वर्षों के लिए किया गया था, सबसे प्रमुख रूप से    स्प्रिंगर-वेरलाग  जर्नल  फिजिक्स ऑफ कंडेंस्ड मैटर  में, 1963 में लॉन्च किया गया था। नाम संघनित पदार्थ भौतिकी ने ठोस, तरल पदार्थ, प्लाज़्मा और अन्य जटिल पदार्थों पर काम करने वाले भौतिकविदों द्वारा सामना की जाने वाली वैज्ञानिक समस्याओं की समानता पर बल दिया, जबकि ठोस अवस्था भौतिकी अक्सर धातुओं और अर्धचालकों के प्रतिबंधित औद्योगिक अनुप्रयोगों से जुड़ी होती थी। 1960 और 70 के दशक में, कुछ भौतिकविदों ने महसूस किया कि अधिक व्यापक नाम फंडिंग के माहौल और उस समय की   शीत युद्ध  की राजनीति के लिए बेहतर है।

संघनित अवस्थाओं के सन्दर्भों का पता पहले के स्रोतों से लगाया जा सकता है। उदाहरण के लिए, उनकी 1947 की पुस्तक काइनेटिक थ्योरी ऑफ लिक्विड्स के परिचय में  याकोव फ्रेनकेल  ने प्रस्तावित किया कि तरल पदार्थों के गतिज सिद्धांत को ठोस निकायों के गतिज सिद्धांत के सामान्यीकरण और विस्तार के रूप में विकसित किया जाना चाहिए। वास्तव में, उन्हें 'संघनित निकायों' के शीर्षक के तहत एकीकृत करना अधिक सही होगा।

शास्त्रीय भौतिकी


पदार्थ की संघनित अवस्थाओं का पहला अध्ययन उन्नीसवीं सदी के पहले दशकों में इंग्लैंड के लोग | अंग्रेजी ]]   रसायनज्ञ    हम्फ्री डेवी  द्वारा किया गया था। डेवी ने देखा कि उस समय ज्ञात 44   रासायनिक तत्व  में, छब्बीस में   धातु  एलआईसी गुण थे जैसे    चमक,   लचीलापन  और उच्च विद्युत और तापीय चालकता इससे संकेत मिलता है कि   जॉन डाल्टन  के   परमाणु सिद्धांत  में परमाणु अविभाज्य नहीं थे जैसा कि डाल्टन ने दावा किया था, लेकिन आंतरिक संरचना थी। डेवी ने आगे दावा किया कि जिन तत्वों को तब गैस माना जाता था, जैसे कि   नाइट्रोजन  और   हाइड्रोजन  को सही परिस्थितियों में द्रवीभूत किया जा सकता है और फिर वे धातुओं के रूप में व्यवहार करेंगे।

1823,  में, माइकल फैराडे, जो तब डेवी की प्रयोगशाला में सहायक थे, ने   क्लोरीन  को सफलतापूर्वक द्रवित किया और नाइट्रोजन, हाइड्रोजन और   ऑक्सीजन  को छोड़कर सभी ज्ञात गैसीय तत्वों का द्रवीकरण किया। कुछ ही समय बाद, 1869 में,    आयरिश  रसायनज्ञ    थॉमस एंड्रयूज  ने तरल से गैस में   चरण संक्रमण  का अध्ययन किया और    क्रिटिकल पॉइंट  शब्द गढ़ा। उस स्थिति का वर्णन करने के लिए जहां एक गैस और एक तरल चरणों के रूप में अप्रभेद्य थे और    डच  भौतिक विज्ञानी   जोहान्स वैन डेर वाल्स  ने सैद्धांतिक ढांचे की आपूर्ति की जिसने बहुत अधिक तापमान पर माप के आधार पर महत्वपूर्ण व्यवहार की भविष्यवाणी की अनुमति दी  1908 तक   जेम्स देवर  और   हेइक कामेरलिंग ओन्स  सफलतापूर्वक सक्षम थे।द्रवीभूत हाइड्रोजन और फिर नए खोजे गए   हीलियम , क्रमशः

1900 में पॉल ड्रूड ने    शास्त्रीय    इलेक्ट्रॉन  एक धातु ठोस के माध्यम से आगे बढ़ रहा है ड्रूड के मॉडल ने मुक्त इलेक्ट्रॉनों की गैस के संदर्भ में धातुओं के गुणों का वर्णन किया, और   विडेमैन-फ्रांज कानून  जैसे अनुभवजन्य टिप्पणियों की व्याख्या करने वाला पहला सूक्ष्म मॉडल था।   हालांकि, ड्रूड के मुक्त इलेक्ट्रॉन मॉडल की सफलता के बावजूद, इसकी एक उल्लेखनीय समस्या थी: यह   विशिष्ट गर्मी  और धातुओं के चुंबकीय गुणों और कम तापमान पर प्रतिरोधकता की तापमान निर्भरता में इलेक्ट्रॉनिक योगदान को सही ढंग से समझाने में असमर्थ था।

1911 में, हीलियम के पहली बार द्रवीभूत होने के तीन साल बाद,  यूनिवर्सिटी ऑफ लीडेन  में काम कर रहे ओन्स ने    पारा  में   सुपरकंडक्टिविटी  की खोज की, जब उन्होंने पारा की विद्युत प्रतिरोधकता को एक निश्चित मूल्य से नीचे के तापमान पर गायब होने के लिए देखा। घटना ने उस समय के सर्वश्रेष्ठ सैद्धांतिक भौतिकविदों को पूरी तरह से आश्चर्यचकित कर दिया, और यह कई दशकों तक अस्पष्ट रहा   अल्बर्ट आइंस्टीन, 1922 में, अतिचालकता के समकालीन सिद्धांतों के बारे में कहा कि समग्र प्रणालियों के क्वांटम यांत्रिकी की हमारी दूरगामी अज्ञानता के साथ हम इन अस्पष्ट विचारों से एक सिद्धांत की रचना करने में सक्षम होने से बहुत दूर हैं।

क्वांटम यांत्रिकी का आगमन
ड्रूड के शास्त्रीय मॉडल को  वोल्फगैंग पाउली,   अर्नोल्ड सोमरफेल्ड ,   फेलिक्स बलोच  और अन्य भौतिकविदों द्वारा संवर्धित किया गया था। पाउली ने महसूस किया कि धातु में मुक्त इलेक्ट्रॉनों को   फर्मी-डिराक सांख्यिकी  का पालन करना चाहिए। इस विचार का उपयोग करते हुए, उन्होंने 1926 में   पैरामैग्नेटिज्म  के सिद्धांत को विकसित किया। इसके तुरंत बाद, सोमरफेल्ड ने   फर्मी-डिराक सांख्यिकी  को मुक्त इलेक्ट्रॉन मॉडल में शामिल किया और गर्मी क्षमता की व्याख्या करना बेहतर बनाया। दो साल बाद, बलोच ने   क्वांटम यांत्रिकी  का उपयोग एक आवधिक जाली में एक इलेक्ट्रॉन की गति का वर्णन करने के लिए किया।    अगस्टे ब्रावाइस ,   येवग्राफ फ्योडोरोव  और अन्य द्वारा विकसित क्रिस्टल संरचनाओं के गणित का उपयोग उनके   समरूपता समूह  द्वारा क्रिस्टल को वर्गीकृत करने के लिए किया गया था, और क्रिस्टल संरचनाओं की तालिकाएं 'इंटरनेशनल टेबल्स ऑफ क्रिस्टलोग्राफी' श्रृंखला का आधार थीं। 1935 में पहली बार प्रकाशित    बैंड संरचना गणना  का पहली बार 1930 में नई सामग्रियों के गुणों की भविष्यवाणी करने के लिए उपयोग किया गया था, और 1947 में   जॉन बार्डीन ,   वाल्टर ब्रेटन  और   विलियम शॉक्ले  ने पहला   सेमीकंडक्टर -आधारित   ट्रांजिस्टर  विकसित किया। इलेक्ट्रॉनिक्स में एक क्रांति की शुरुआत

. में पहले  बिंदु-संपर्क ट्रांजिस्टर  की प्रतिकृति 1879 में,  जॉन्स हॉपकिन्स विश्वविद्यालय  में काम कर रहे एडविन हर्बर्ट हॉल ]] ने कंडक्टर में एक विद्युत प्रवाह के लिए अनुप्रस्थ कंडक्टरों में विकसित वोल्टेज की खोज की और चुंबकीय क्षेत्र वर्तमान के लंबवत कंडक्टर में आवेश वाहकों की प्रकृति के कारण उत्पन्न होने वाली इस घटना को   हॉल इफेक्ट  कहा गया, लेकिन उस समय इसकी ठीक से व्याख्या नहीं की गई थी, क्योंकि 18 साल बाद तक प्रयोगात्मक रूप से इलेक्ट्रॉन की खोज नहीं की गई थी। क्वांटम यांत्रिकी के आगमन के बाद, 1930 में   लेव लैंडौ  ने   लैंडौ परिमाणीकरण  के सिद्धांत को विकसित किया और   क्वांटम हॉल प्रभाव  के लिए सैद्धांतिक स्पष्टीकरण की नींव रखी, जिसे आधी सदी बाद खोजा गया था।

चुंबकत्व को पदार्थ के गुण के रूप में चीन में 4000 ईसा पूर्व से जाना जाता है हालांकि, चुंबकत्व का पहला आधुनिक अध्ययन केवल फैराडे द्वारा   इलेक्ट्रोडायनामिक्स  के विकास के साथ शुरू हुआ,    मैक्सवेल  और अन्य उन्नीसवीं शताब्दी में, जिसमें क्लास शामिल थे।  लौहचुंबकीय,   अनुचुंबकीय  और   प्रतिचुंबकीय  के रूप में चुंबकीयकरण के प्रति उनकी प्रतिक्रिया के आधार पर आकार देने वाली सामग्री   पियरे क्यूरी  ने तापमान पर चुंबकत्व की निर्भरता का अध्ययन किया और लौहचुंबकीय पदार्थों में   क्यूरी पॉइंट  चरण संक्रमण की खोज की। 1906 में,   पियरे वीस  ने फेरोमैग्नेट के मुख्य गुणों की व्याख्या करने के लिए   चुंबकीय डोमेन  एस की अवधारणा पेश की।  चुंबकत्व के सूक्ष्म विवरण का पहला प्रयास   विल्हेम लेनज़  और   अर्नस्ट इसिंग  द्वारा   आइसिंग मॉडल  के माध्यम से किया गया था जिसमें चुंबकीय सामग्री का वर्णन    स्पिन  की एक आवधिक जाली से मिलकर किया गया था जो सामूहिक रूप से चुम्बकत्व प्राप्त कर चुका था। इसिंग मॉडल को ठीक से यह दिखाने के लिए हल किया गया था कि   सहज चुंबकीयकरण  एक आयाम में नहीं हो सकता है लेकिन उच्च-आयामी जाली में संभव है।   स्पिन तरंग  एस और   नील  पर   एंटीफेरोमैग्नेटिज्म  पर ब्लोच द्वारा आगे के शोध ने   चुंबकीय भंडारण  उपकरणों के अनुप्रयोगों के साथ नई चुंबकीय सामग्री विकसित करने का नेतृत्व किया।

आधुनिक कई शरीर भौतिकी
फेरोमैग्नेटिज्म के लिए सोमरफेल्ड मॉडल और स्पिन मॉडल ने 1930 के दशक में घनीभूत पदार्थ की समस्याओं के लिए क्वांटम यांत्रिकी के सफल अनुप्रयोग को चित्रित किया। हालांकि, अभी भी कई अनसुलझी समस्याएं थीं, विशेष रूप से  अतिचालकता  और   कोंडो प्रभाव  का वर्णन   द्वितीय विश्व युद्ध  के बाद, क्वांटम फील्ड थ्योरी के कई विचारों को संघनित पदार्थ की समस्याओं पर लागू किया गया। इनमें   सामूहिक उत्तेजना  ठोस पदार्थों की पहचान और एक क्वासिपार्टिकल की महत्वपूर्ण धारणा शामिल थी। रूसी भौतिक विज्ञानी   लेव लैंडौ  ने   फर्मी तरल सिद्धांत  के लिए विचार का इस्तेमाल किया, जिसमें परस्पर क्रिया करने वाले फ़र्मियन सिस्टम के कम ऊर्जा गुण दिए गए थे, जिन्हें अब लैंडौ-कैसिपार्टिकल्स कहा जाता है। लैंडौ ने निरंतर चरण संक्रमणों के लिए एक   माध्य-क्षेत्र सिद्धांत  भी विकसित किया, जिसने क्रमित चरणों को    समरूपता  के सहज टूटने को तोड़ता है। सिद्धांत ने आदेशित चरणों के बीच अंतर करने के लिए   आदेश पैरामीटर  की धारणा भी पेश की अंततः 1956 में,   जॉन बार्डीन,   लियोन कूपर  और   जॉन श्राइफ़र  ने सुपरकंडक्टिविटी के तथाकथित   बीसीएस सिद्धांत  को विकसित किया, इस खोज के आधार पर कि   फोनन  एस द्वारा मध्यस्थता के विपरीत स्पिन के दो इलेक्ट्रॉनों के बीच मनमाने ढंग से छोटा आकर्षण। जाली में   कूपर जोड़ी  नामक एक बाध्य अवस्था को जन्म दे सकता है

चरण संक्रमण और अवलोकन के महत्वपूर्ण व्यवहार का अध्ययन, जिसे  महत्वपूर्ण घटना  कहा जाता है, 1960 के दशक में रुचि का एक प्रमुख क्षेत्र था।   लियो कडानॉफ,   बेंजामिन विडोम  और   माइकल फिशर  ने   क्रिटिकल एक्सपोनेंट  एस और   वाइडोम स्केलिंग  के विचारों को विकसित किया। इन विचारों को   केनेथ जी. विल्सन  द्वारा 1972 में, क्वांटम क्षेत्र सिद्धांत के संदर्भ में   पुनर्सामान्यीकरण समूह  की औपचारिकता के तहत एकीकृत किया गया था।

क्वांटम हॉल प्रभाव की खोज   क्लॉस वॉन क्लिट्ज़िंग, डोरडा और पेपर द्वारा 1980 में की गई थी जब उन्होंने हॉल के संचालन को पूर्णांक के रूप में देखा था।r एक मौलिक स्थिरांक के गुणज $$e^2/h$$.(see figure) The effect was observed to be independent of parameters such as system size and impurities. In 1981, theorist Robert Laughlin proposed a theory explaining the unanticipated precision of the integral plateau. It also implied that the Hall conductance is proportional to a topological invariant, called Chern number, whose relevance for the band structure of solids was formulated by David J. Thouless and collaborators. Shortly after, in 1982, Horst Störmer and Daniel Tsui observed the fractional quantum Hall effect where the conductance was now a rational multiple of the constant $$e^2/h$$. लाफलिन ने 1983 में महसूस किया कि यह हॉल राज्यों में अर्ध-कणों के अंतःक्रिया का परिणाम था और  चर विधि  समाधान तैयार किया, जिसका नाम   लाफलिन वेवफंक्शन  था। आंशिक हॉल प्रभाव के टोपोलॉजिकल गुणों का अध्ययन अनुसंधान का एक सक्रिय क्षेत्र बना हुआ है<ref name=":0 दशकों बाद, उपर्युक्त टोपोलॉजिकल बैंड सिद्धांत   डेविड जे. थौलेस  और सहयोगी द्वारा उन्नत किया गया   टोपोलॉजिकल इंसुलेटर  s . की खोज के लिए आगे बढ़ाया गया  <!-- में आई एक बड़ी क्रांति  क्रिस्टलोग्राफी  का क्षेत्र   द्वारा  [[ क्वासिक क्रिस्टल  एस की खोज के साथ डेनियल शेच्टमैन ]]। 1982 में शेचमैन ने देखा कि कुछ धातु   मिश्र धातु  एस असामान्य डिफ्रेक्टोग्राम उत्पन्न करते हैं जो संकेत देते हैं कि उनकी क्रिस्टलीय संरचनाओं का आदेश दिया गया है, लेकिन   अनुवादकीय समरूपता  की कमी है। इस खोज ने   इंटरनेशनल यूनियन ऑफ क्रिस्टलोग्राफी  को एपेरियोडिक संरचनाओं के लिए क्रिस्टल की अपनी परिभाषा को बदलने के लिए प्रेरित किया। बीसवीं सदी का दूसरा भाग   नरम संघनित पदार्थ  के विकास के लिए भी महत्वपूर्ण था, विशेष रूप से    फ्लोरी,   पियरे के कारण कई नरम पदार्थ प्रणालियों जैसे पॉलिमर और लिक्विड क्रिस्टल के  [[ थर्मोडायनामिक संतुलन । डी गेनेस |  डी गेनेस ]] और अन्य ->

1986 में,   कार्ल मुलर  और   जोहान्स बेडनोर्ज़  ने पहले   उच्च तापमान सुपरकंडक्टर  की खोज की, एक सामग्री जो 50   केल्विन  एस के उच्च तापमान पर अतिचालक थी। यह महसूस किया गया कि उच्च तापमान वाले सुपरकंडक्टर्स दृढ़ता से सहसंबद्ध सामग्रियों के उदाहरण हैं जहां इलेक्ट्रॉन-इलेक्ट्रॉन इंटरैक्शन एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं। उच्च तापमान वाले सुपरकंडक्टर्स का एक संतोषजनक सैद्धांतिक विवरण अभी भी ज्ञात नहीं है और   दृढ़ता से सहसंबद्ध सामग्री  एस का क्षेत्र एक सक्रिय शोध विषय बना हुआ है। 

2009 में,   डेविड फील्ड  और   आरहूस विश्वविद्यालय  के शोधकर्ताओं ने   प्रोसिक फिल्म  बनाते समय सहज विद्युत क्षेत्रों की खोज की विभिन्न गैसों की। यह हाल ही में   स्पोंटेइलेक्ट्रिक्स. के अनुसंधान क्षेत्र के रूप में विस्तारित हुआ है

201 . में2 कई समूहों ने प्रीप्रिंट जारी किए जो बताते हैं कि   समैरियम हेक्साबोराइड  में   टोपोलॉजिकल इंसुलेटर के गुण हैं] पहले की सैद्धांतिक भविष्यवाणियों के अनुसार चूंकि समैरियम हेक्साबोराइड एक स्थापित  [[ कोंडो इन्सुलेटर  है, यानी एक दृढ़ता से सहसंबद्ध इलेक्ट्रॉन सामग्री है, इसलिए यह उम्मीद की जाती है कि इस सामग्री में एक टोपोलॉजिकल डायराक सतह राज्य के अस्तित्व से मजबूत इलेक्ट्रॉनिक सहसंबंधों के साथ एक टोपोलॉजिकल इंसुलेटर हो जाएगा।

सैद्धांतिक
सैद्धांतिक संघनित पदार्थ भौतिकी में पदार्थ की अवस्थाओं के गुणों को समझने के लिए सैद्धांतिक मॉडल का उपयोग शामिल है। इनमें ठोस पदार्थों के इलेक्ट्रॉनिक गुणों का अध्ययन करने के लिए मॉडल शामिल हैं, जैसे  ड्रूड मॉडल,    बैंड संरचना  और   घनत्व कार्यात्मक सिद्धांत ।   चरण संक्रमण  एस के भौतिकी का अध्ययन करने के लिए सैद्धांतिक मॉडल भी विकसित किए गए हैं, जैसे   गिन्ज़बर्ग-लैंडौ सिद्धांत ,   महत्वपूर्ण एक्सपोनेंट  एस और   क्वांटम फील्ड सिद्धांत  और   पुनर्सामान्यीकरण समूह  के गणितीय तरीकों का उपयोग।. आधुनिक सैद्धांतिक अध्ययनों में  उच्च तापमान सुपरकंडक्टिविटी,   टोपोलॉजिकल चरण  एस, और    गेज समरूपता  जैसी घटनाओं को समझने के लिए इलेक्ट्रॉनिक संरचना और गणितीय उपकरणों के   संख्यात्मक गणना  का उपयोग शामिल है।

उभरना
संघनित पदार्थ भौतिकी की सैद्धांतिक समझ  के उद्भव  की धारणा से निकटता से संबंधित है, जिसमें कणों के जटिल संयोजन अपने व्यक्तिगत घटकों से नाटकीय रूप से भिन्न तरीके से व्यवहार करते हैं। उदाहरण के लिए, उच्च तापमान अतिचालकता से संबंधित घटनाओं की एक श्रृंखला को खराब तरीके से समझा जाता है, हालांकि व्यक्तिगत इलेक्ट्रॉनों और जाली के सूक्ष्म भौतिकी को अच्छी तरह से जाना जाता है इसी तरह, संघनित पदार्थ प्रणालियों के मॉडल का अध्ययन किया गया है जहां   सामूहिक उत्तेजना  एस   फोटॉन  एस और   इलेक्ट्रॉन  एस की तरह व्यवहार करते हैं, जिससे   विद्युत चुंबकत्व  को एक आकस्मिक घटना के रूप में वर्णित किया जाता है। सामग्रियों के बीच इंटरफेस में आकस्मिक गुण भी हो सकते हैं: एक उदाहरण   लैंथेनम एल्यूमिनेट-स्ट्रोंटियम टाइटेनेट इंटरफेस  है, जहां दो बैंड-इन्सुलेटर चालकता और   सुपरकंडक्टिविटी  बनाने के लिए जुड़े हुए हैं।

ठोस का इलेक्ट्रॉनिक सिद्धांत
ठोस पदार्थों के गुणों के अध्ययन के लिए धात्विक अवस्था ऐतिहासिक रूप से एक महत्वपूर्ण निर्माण खंड रही है धातुओं का पहला सैद्धांतिक विवरण  में  [[ पॉल ड्रूड  द्वारा   ड्रूड मॉडल  के साथ दिया गया था, जिसमें एक धातु को   आदर्श गैस  के रूप में वर्णित करके विद्युत और तापीय गुणों की व्याख्या की गई थी। वह अनुभवजन्य   विडेमैन-फ्रांज कानून  प्राप्त करने और प्रयोगों के साथ घनिष्ठ समझौते में परिणाम प्राप्त करने में सक्षम था।   इस शास्त्रीय मॉडल को तब   अर्नोल्ड सोमरफेल्ड  द्वारा सुधार किया गया था, जिसमें   फर्मी-डिराक आंकड़े  इलेक्ट्रॉनों को शामिल किया गया था और   विडेमैन-फ्रांज कानून  में   विशिष्ट गर्मी  धातुओं के विषम व्यवहार की व्याख्या करने में सक्षम था।   1912 में, क्रिस्टलीय ठोस की संरचना का अध्ययन   मैक्स वॉन लाउ  और पॉल निपिंग द्वारा किया गया था, जब उन्होंने   एक्स-रे विवर्तन  क्रिस्टल के पैटर्न का अवलोकन किया, और निष्कर्ष निकाला कि क्रिस्टल आवधिक    से अपनी संरचना प्राप्त करते हैं। परमाणुओं की जाली    1928 में, स्विस भौतिक विज्ञानी   फेलिक्स बलोच  ने   श्रोडिंगर समीकरण  को    आवधिक  क्षमता के साथ एक तरंग फलन समाधान प्रदान किया, जिसे   बलोच के प्रमेय  के रूप में जाना जाता है।

कई-शरीर तरंगों को हल करके धातुओं के इलेक्ट्रॉनिक गुणों की गणना करना अक्सर कम्प्यूटेशनल रूप से कठिन होता है, और इसलिए, सार्थक भविष्यवाणियां प्राप्त करने के लिए सन्निकटन विधियों की आवश्यकता होती है   थॉमस-फ़र्मी सिद्धांत, 1920 के दशक में विकसित किया गया था, जिसका उपयोग स्थानीय इलेक्ट्रॉन घनत्व को    वेरिएबल पैरामीटर  के रूप में मानकर सिस्टम ऊर्जा और इलेक्ट्रॉनिक घनत्व का अनुमान लगाने के लिए किया गया था। बाद में 1930 के दशक में,   डगलस हार्ट्री ,   व्लादिमीर फॉक  और    जॉन स्लेटर  ने तथाकथित    हार्ट्री-फॉक वेवफंक्शन  को थॉमस-फर्मि मॉडल में सुधार के रूप में विकसित किया। हार्ट्री-फॉक विधि में    एक्सचेंज आंकड़े  सिंगल पार्टिकल इलेक्ट्रॉन वेवफंक्शन के लिए जिम्मेदार है। सामान्य तौर पर, हार्ट्री-फॉक समीकरण को हल करना बहुत मुश्किल है। केवल मुक्त इलेक्ट्रॉन गैस मामले को ठीक से हल किया जा सकता है  अंततः 1964-65 में,   वाल्टर कोह्न ,   पियरे होहेनबर्ग  और   लू ज्यू शाम  ने   घनत्व कार्यात्मक सिद्धांत  का प्रस्ताव रखा जिसने धातुओं के थोक और सतही गुणों के लिए यथार्थवादी विवरण दिया। घनत्व कार्यात्मक सिद्धांत (डीएफटी) का व्यापक रूप से 1970 के दशक से विभिन्न प्रकार की बैंड संरचना गणना के लिए उपयोग किया गया हैपलकों

समरूपता तोड़ना
पदार्थ की कुछ अवस्थाएँ समरूपता भंग प्रदर्शित करती हैं, जहाँ भौतिकी के प्रासंगिक नियमों में   समरूपता  के कुछ रूप हैं जो टूट गए हैं। एक सामान्य उदाहरण    क्रिस्टलीय ठोस  एस है, जो निरंतर   ट्रांसलेशनल समरूपता  को तोड़ता है। अन्य उदाहरणों में शामिल हैं चुंबकीय    लौहचुंबक, जो   घूर्णन समरूपता  को तोड़ते हैं, और    बीसीएस    सुपरकंडक्टर  की जमीनी स्थिति जैसे अधिक विदेशी राज्य, जो   यू (1)  चरण घूर्णन समरूपता को तोड़ता है

क्वांटम फील्ड थ्योरी में गोल्डस्टोन के प्रमेय ]] में कहा गया है कि टूटी हुई निरंतर समरूपता वाली प्रणाली में, मनमाने ढंग से कम ऊर्जा के साथ उत्तेजना मौजूद हो सकती है, जिसे गोल्डस्टोन   बोसॉन  एस कहा जाता है। उदाहरण के लिए, क्रिस्टलीय ठोस में, ये   फोनन  एस के अनुरूप होते हैं, जो जाली कंपन के परिमाणित संस्करण हैं।

चरण संक्रमण
चरण संक्रमण एक प्रणाली के चरण के परिवर्तन को संदर्भित करता है, जो बाहरी पैरामीटर जैसे  तापमान  में परिवर्तन के द्वारा लाया जाता है। शास्त्रीय चरण संक्रमण परिमित तापमान पर होता है जब सिस्टम का क्रम नष्ट हो गया था। उदाहरण के लिए, जब बर्फ पिघलती है और पानी बन जाती है, तो व्यवस्थित क्रिस्टल संरचना नष्ट हो जाती है।

क्वांटम चरण संक्रमण एस में, तापमान   पूर्ण शून्य  पर सेट है, और गैर-थर्मल नियंत्रण पैरामीटर, जैसे दबाव या चुंबकीय क्षेत्र, चरण संक्रमण का कारण बनता है जब क्रम   क्वांटम उतार-चढ़ाव से उत्पन्न होता है  एस।   हाइजेनबर्ग अनिश्चितता सिद्धांत । यहां, सिस्टम के विभिन्न क्वांटम चरण   हैमिल्टनियन मैट्रिक्स  के   ग्राउंड स्टेट  एस को संदर्भित करते हैं। दुर्लभ-पृथ्वी चुंबकीय इन्सुलेटर, उच्च तापमान सुपरकंडक्टर्स और अन्य पदार्थों के गुणों को समझाने के कठिन कार्यों में क्वांटम चरण संक्रमण के व्यवहार को समझना महत्वपूर्ण है।

चरण संक्रमण के दो वर्ग होते हैं: प्रथम-क्रम संक्रमण और द्वितीय क्रम या निरंतर संक्रमण। उत्तरार्द्ध के लिए, शामिल दो चरण संक्रमण तापमान पर सह-अस्तित्व में नहीं हैं, जिसे   क्रिटिकल पॉइंट  भी कहा जाता है। महत्वपूर्ण बिंदु के पास, सिस्टम महत्वपूर्ण व्यवहार से गुजरते हैं, जिसमें उनके कई गुण जैसे   सहसंबंध लंबाई,   विशिष्ट गर्मी , और   चुंबकीय संवेदनशीलता  घातीय रूप से भिन्न होते हैं।  ये महत्वपूर्ण घटनाएं भौतिकविदों के लिए गंभीर चुनौतियां पेश करती हैं क्योंकि सामान्य    मैक्रोस्कोपिक  कानून अब इस क्षेत्र में मान्य नहीं हैं, और सिस्टम का वर्णन करने वाले नए कानूनों को खोजने के लिए नए विचारों और विधियों का आविष्कार किया जाना चाहिए।

सबसे सरल सिद्धांत जो निरंतर चरण संक्रमणों का वर्णन कर सकता है, वह है  गिन्ज़बर्ग-लैंडौ सिद्धांत, जो तथाकथित   माध्य-क्षेत्र सन्निकटन  में काम करता है। हालांकि, यह केवल फेरोइलेक्ट्रिक्स और टाइप I सुपरकंडक्टर्स के लिए निरंतर चरण संक्रमण की व्याख्या कर सकता है जिसमें लंबी दूरी की सूक्ष्म बातचीत शामिल है। अन्य प्रकार की प्रणालियों के लिए जिसमें महत्वपूर्ण बिंदु के पास कम दूरी की बातचीत शामिल है, एक बेहतर सिद्धांत की आवश्यकता है

महत्वपूर्ण बिंदु के पास, उतार-चढ़ाव बड़े पैमाने के आकार के पैमाने पर होते हैं जबकि पूरे सिस्टम की विशेषता स्केल अपरिवर्तनीय होती है।  पुनर्सामान्यीकरण समूह  विधियाँ क्रमिक रूप से चरणों में सबसे कम तरंग दैर्ध्य के उतार-चढ़ाव को औसत करती हैं, जबकि अगले चरण में उनके प्रभाव को बनाए रखती हैं। इस प्रकार, विभिन्न आकार के पैमानों पर देखे गए भौतिक प्रणाली के परिवर्तनों की व्यवस्थित रूप से जांच की जा सकती है। शक्तिशाली कंप्यूटर सिमुलेशन के साथ विधियां, निरंतर चरण संक्रमण से जुड़ी महत्वपूर्ण घटनाओं की व्याख्या में बहुत योगदान देती हैं

प्रायोगिक
प्रायोगिक संघनित पदार्थ भौतिकी में सामग्री के नए गुणों की खोज करने के लिए प्रायोगिक जांच का उपयोग शामिल है। इस तरह की जांच में बिजली और  चुंबकीय क्षेत्र  एस के प्रभाव शामिल हैं,   प्रतिक्रिया समारोह को मापने  एस,    परिवहन गुण  और   थर्मोमेट्री  आमतौर पर इस्तेमाल की जाने वाली प्रायोगिक विधियों में   स्पेक्ट्रोस्कोपी  शामिल हैं, जिसमें    एक्स-रे,    इंफ्रारेड लाइट  और   इनलेस्टिक न्यूट्रॉन स्कैटरिंग  जैसी जांच शामिल हैं; थर्मल प्रतिक्रिया का अध्ययन, जैसे   विशिष्ट गर्मी  और थर्मल और गर्मी के माध्यम से परिवहन को मापना    चालन ।

बिखराव
कई संघनित पदार्थ प्रयोगों में एक प्रायोगिक जांच का प्रकीर्णन शामिल है, जैसे कि  एक्स-रे, ऑप्टिकल   फोटॉन  एस,   न्यूट्रॉन  एस, आदि, एक सामग्री के घटकों पर। प्रकीर्णन जांच का चुनाव रुचि के अवलोकन ऊर्जा पैमाने पर निर्भर करता है।   दर्शनीय प्रकाश  में 1   इलेक्ट्रॉन वोल्ट  (ईवी) के पैमाने पर ऊर्जा है और   ढांकता हुआ स्थिरांक  और   अपवर्तक सूचकांक  जैसे भौतिक गुणों में भिन्नता को मापने के लिए इसका उपयोग प्रकीर्णन जांच के रूप में किया जाता है। एक्स-रे में 10    केवी  के क्रम की ऊर्जा होती है और इसलिए परमाणु लंबाई के पैमाने की जांच करने में सक्षम हैं, और इलेक्ट्रॉन चार्ज घनत्व में भिन्नता को मापने के लिए उपयोग किया जाता है

न्यूट्रॉन एस परमाणु लंबाई के पैमानों की भी जांच कर सकता है और इसका उपयोग नाभिक और इलेक्ट्रॉन के बिखरने का अध्ययन करने के लिए किया जाता है    स्पिन  और चुंबकत्व (क्योंकि न्यूट्रॉन में स्पिन होता है लेकिन कोई चार्ज नहीं होता है)। कूलम्ब और   एमओटी स्कैटरिंग  माप इलेक्ट्रॉन बीम को स्कैटरिंग जांच के रूप में उपयोग करके किए जा सकते हैं    इसी तरह,   पॉज़िट्रॉन  विनाश का उपयोग स्थानीय इलेक्ट्रॉन घनत्व के अप्रत्यक्ष माप के रूप में किया जा सकता है   लेजर स्पेक्ट्रोस्कोपी  एक माध्यम के सूक्ष्म गुणों का अध्ययन करने के लिए एक उत्कृष्ट उपकरण है, उदाहरण के लिए,   गैर-रेखीय प्रकाशिकी के साथ मीडिया में  [[ निषिद्ध संक्रमण  एस का अध्ययन करना |  गैर-रेखीय ऑप्टिकल स्पेक्ट्रोस्कोपी ]]

बाहरी चुंबकीय क्षेत्र
प्रयोगात्मक संघनित पदार्थ भौतिकी में, बाहरी  चुंबकीय क्षेत्र  एस   थर्मोडायनामिक चर  एस के रूप में कार्य करता है जो राज्य, चरण संक्रमण और सामग्री प्रणालियों के गुणों को नियंत्रित करता है।    परमाणु चुंबकीय अनुनाद  (एनएमआर) एक ऐसी विधि है जिसके द्वारा बाहरी चुंबकीय क्षेत्रों का उपयोग व्यक्तिगत इलेक्ट्रॉनों के अनुनाद मोड खोजने के लिए किया जाता है, इस प्रकार उनके पड़ोस के परमाणु, आणविक और बंधन संरचना के बारे में जानकारी मिलती है। 60    टेस्ला  तक की ताकत वाले चुंबकीय क्षेत्रों में एनएमआर प्रयोग किए जा सकते हैं। उच्च चुंबकीय क्षेत्र एनएमआर माप डेटा की गुणवत्ता में सुधार कर सकते हैं     क्वांटम दोलन  एक अन्य प्रायोगिक विधि है जहां उच्च चुंबकीय क्षेत्रों का उपयोग भौतिक गुणों का अध्ययन करने के लिए किया जाता है जैसे   फर्मी सतह  की ज्यामिति  उच्च चुंबकीय क्षेत्र विभिन्न सैद्धांतिक भविष्यवाणियों के प्रयोगात्मक परीक्षण में उपयोगी होंगे जैसे कि परिमाणित   मैग्नेटोइलेक्ट्रिक प्रभाव, छवि   चुंबकीय मोनोपोल , और अर्ध-पूर्णांक   क्वांटम हॉल प्रभाव

परमाणु स्पेक्ट्रोस्कोपी
स्थानीय संरचना, संघनित पदार्थ के निकटतम पड़ोसी परमाणुओं की संरचना की जांच  परमाणु स्पेक्ट्रोस्कोपी  के तरीकों से की जा सकती है, जो छोटे बदलावों के प्रति बहुत संवेदनशील हैं। विशिष्ट और रेडियोधर्मी    नाभिक  का उपयोग करते हुए, नाभिक जांच बन जाता है जो अपने आसपास के विद्युत और चुंबकीय क्षेत्रों (   हाइपरफाइन इंटरैक्शन ) के साथ संपर्क करता है। दोष, प्रसार, चरण परिवर्तन, चुंबकत्व का अध्ययन करने के लिए विधियां उपयुक्त हैं। सामान्य तरीके हैं उदा।    एनएमआर ,   मोसबाउर स्पेक्ट्रोस्कोपी , या   विकृत कोणीय सहसंबंध  (पीएसी)। विशेष रूप से पीएसी विधि की तापमान निर्भरता के कारण 2000 डिग्री सेल्सियस से ऊपर के चरम तापमान पर चरण परिवर्तनों के अध्ययन के लिए आदर्श है।

शीत परमाणु गैसें


अल्ट्राकोल्ड परमाणु ऑप्टिकल जाली में फंसना एक प्रायोगिक उपकरण है जिसका उपयोग आमतौर पर संघनित पदार्थ भौतिकी में किया जाता है, और   परमाणु, आणविक और ऑप्टिकल भौतिकी में । विधि में    हस्तक्षेप पैटर्न  बनाने के लिए ऑप्टिकल लेजर का उपयोग करना शामिल है, जो 'जाली' के रूप में कार्य करता है, जिसमें आयनों या परमाणुओं को बहुत कम तापमान पर रखा जा सकता है। ऑप्टिकल जाली में ठंडे परमाणुओं का उपयोग क्वांटम सिमुलेटर के रूप में किया जाता है, अर्थात, वे नियंत्रणीय प्रणालियों के रूप में कार्य करते हैं जो अधिक जटिल प्रणालियों के व्यवहार को मॉडल कर सकते हैं, जैसे कि    कुंठित चुंबक  विशेष रूप से, उनका उपयोग पूर्व-निर्दिष्ट मापदंडों के साथ   हबर्ड मॉडल  के लिए एक-, दो- और तीन-आयामी जाली को इंजीनियर करने के लिए किया जाता है, और    एंटीफेरोमैग्नेटिक  और   स्पिन लिक्विड  ऑर्डरिंग के लिए चरण संक्रमण का अध्ययन करने के लिए उपयोग किया जाता है।

1995 में,  रुबिडियम  परमाणुओं की एक गैस 170    एनके  के तापमान तक ठंडा हो गई थी जिसका प्रयोग प्रायोगिक तौर पर   बोस-आइंस्टीन कंडेनसेट  को समझने के लिए किया गया था, जो मूल रूप से   एस एन बोस  और   अल्बर्ट द्वारा भविष्यवाणी की गई पदार्थ की एक नई स्थिति है। आइंस्टीन, जिसमें बड़ी संख्या में परमाणु एक   क्वांटम अवस्था. पर कब्जा कर लेते हैं

आवेदन


संघनित पदार्थ भौतिक में अनुसंधान<ref name=":0 / कई उपकरण अनुप्रयोगों को जन्म दिया है, जैसे कि   सेमीकंडक्टर    ट्रांजिस्टर  . का विकास   लेजर  तकनीक और   नैनोटेक्नोलॉजी  . के संदर्भ में कई घटनाओं का अध्ययन किया गया     स्कैनिंग-टनलिंग माइक्रोस्कोपी  जैसी विधियों का उपयोग   नैनोमीटर  पैमाने पर प्रक्रियाओं को नियंत्रित करने के लिए किया जा सकता है, और नैनोफाइब्रिकेशन के अध्ययन को जन्म दिया है। ऐसी आणविक मशीनों को उदाहरण के लिए रसायन विज्ञान में नोबेल पुरस्कार विजेता   बेन फ़िरिंगा  द्वारा विकसित किया गया था। उन्होंने और उनकी टीम ने   आणविक कार, आणविक पवनचक्की और कई अन्य जैसी कई आणविक मशीनें विकसित कीं

क्वांटम कंप्यूटेशन में, सूचना को क्वांटम बिट्स या   क्वबिट  एस द्वारा दर्शाया जाता है। उपयोगी गणना पूर्ण होने से पहले qubits    decohere  जल्दी से हो सकता है। क्वांटम कंप्यूटिंग को साकार करने से पहले इस गंभीर समस्या को हल किया जाना चाहिए। इस समस्या को हल करने के लिए, संघनित पदार्थ भौतिकी में कई आशाजनक दृष्टिकोण प्रस्तावित हैं, जिनमें   जोसेफसन जंक्शन  qubits,   स्पिनट्रोनिक  qubits    स्पिन  चुंबकीय सामग्री के अभिविन्यास, या टोपोलॉजिकल गैर-एबेलियन   किसी भी  का उपयोग करना शामिल है। s   भिन्नात्मक क्वांटम हॉल प्रभाव  राज्यों से

संघनित पदार्थ भौतिकी में  बायोफिज़िक्स  के लिए भी महत्वपूर्ण उपयोग हैं, उदाहरण के लिए,   चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग  की प्रायोगिक विधि, जिसका व्यापक रूप से चिकित्सा निदान में उपयोग किया जाता है