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Kondensierte Materie Deutscher Wortschatz
  1 1 year ago
凝聚態物理學 凝聚态物理学/Condensed matter physics
Kondensierte Materie bezeichnet in den Naturwissenschaften den festen und flüssigen Aggregatzustand im Gegensatz zu Gas und Plasma.

凝聚态物理学专门研究物质凝聚的物理性质[1]。该领域的研究者力图通过物理学定律来解释凝聚相物质的行为。其中,量子力学电磁学以及统计力学的相关定律对于该领域尤为重要。

固相以及液相是人们最为熟悉的凝聚相。除了这两种相之外,凝聚相还包括一些特定的物质在低温条件下的超导相、自旋有关的铁磁相及反铁磁相、超低温原子系统玻色-爱因斯坦凝聚相等等。对于凝聚态的研究包括通过实验手段测定物质的各种性质,以及利用理论方法发展数学模型以深入理解这些物质的物理行为。

由于尚有大量的系统及现象亟待研究,凝聚态物理学成为了目前物理学最为活跃的领域之一。仅在美国,该领域的研究者就占到该国物理学者整体的近三分之一[2],凝聚态物理学部也是美国物理学会最大的部门[3]。此外,该领域还与化学材料科学以及纳米技术等学科领域交叉,并与原子物理学以及生物物理学等物理学分支紧密相关。该领域研究者在理论研究中所采用的一些概念与方法也适用于粒子物理学核物理学等领域。

Die Physik der kondensierten Materie unterscheidet sich aufgrund der gegenseitigen Wechselwirkung der Bausteine der Materie erheblich von der freier Teilchen (ElementarteilchenphysikAtomphysik). Viele Phänomene wie Deformierbarkeitmagnetische Ordnung, oder elektrische Leitfähigkeit gehen auf eine bestimmte Ordnung der Wechselwirkung zwischen den Bausteinen der kondensierten Materie zurück. Sie sind daher in kondensierter Materie ganz anders zu behandeln als bei freien Teilchen oder treten überhaupt erst bei kondensierter Materie auf.

Die Behandlung der Physik kondensierter Materie ist dadurch gekennzeichnet, dass die große Anzahl der Teilchen, die das zu beschreibende System bilden, eine elementare Lösung der einzelnen Bewegungsgleichungen ausschließt. An die Stelle einer Beschreibung der Zustände der einzelnen Teilchen des Systems treten stattdessen Aussagen über Häufigkeiten (beziehungsweise normiert auf die Anzahl der möglichen Zustände: Wahrscheinlichkeiten), mit denen bestimmte Zustände beliebiger Teilchen im System auftreten.

Die allgemeine, mikroskopische Beschreibung basiert auf der Vielteilchentheorie, welche auch Teilchenwechselwirkungen untereinander berücksichtigt. Für die meisten Anwendungen reicht aber eine Beschreibung im Rahmen der Theorie des mittleren Feldes aus, in der sich alle Teilchen unabhängig voneinander in einem gemittelten, effektiven Potential bewegen. Vertreter Letzterer sind die Hartree-Fock-Methode und Dichtefunktionaltheorie, mit deren Hilfe beispielsweise eine Vielzahl von Materialparametern gewonnen werden können. Mit den gewonnenen Materialdaten kann das System unter Berücksichtigung makroskopischer Systemeigenschaften wie System-Geometrie und äußerer Belastungen mit Hilfe von klassischen Feldgleichungen behandelt werden. Beispielsweise werden elastische Verformungen in der makroskopischen Kontinuumsmechanik mit Hilfe von Elastizitätsmodul und Poissonzahl berechnet. Treten in Festkörpern jedoch signifikante Korrelationen der Teilchen untereinander auf (zum Beispiel langreichweitige Korrelation der Atompositionen selbst ⇒ Kristallgitter, oder Korrelation der Elektronenspins → magnetische Ordnung wie Ferromagnetismus und Antiferromagnetismus), kann die Beschreibung nicht mehr in der Näherung unabhängiger Teilchen erfolgen. Es muss dann auf die Werkzeuge der Vielteilchentheorie zurückgegriffen werden.

Die Konzepte der Physik kondensierter Materie werden weit über den Bereich fester und flüssiger Materie hinaus angewandt (Beispiele: RisikomanagementVersicherungsstatistikneuronale Netze).

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