فيزياء المواد المكثفة: الفرق بين النسختين
| [نسخة منشورة] | [نسخة منشورة] |
تم حذف المحتوى تمت إضافة المحتوى
ط بوت:صيانة V4.1، أزال بذرة |
ط بوت:الإبلاغ عن رابط معطوب أو مؤرشف V4.6* |
||
سطر 11:
| تاريخ أرشيف = 2009-03-27
| تاريخ الوصول = 2010-11-01
}}</ref><ref name="marvincohen2008">{{cite journal|last=Cohen|first=Marvin L.|title=Essay: Fifty Years of Condensed Matter Physics|journal=Physical Review Letters|year=2008|volume=101|issue=25|doi=10.1103/PhysRevLett.101.250001|url=http://prl.aps.org/edannounce/PhysRevLett.101.250001|access-date=31 March 2012|bibcode=2008PhRvL.101y0001C|pmid=19113681|page=250001| مسار الأرشيف = https://web.archive.org/web/20131024065420/http://prl.aps.org/edannounce/PhysRevLett.101.250001 | تاريخ الأرشيف = 24 أكتوبر 2013 }}</ref><ref name="aps-history">{{مرجع ويب
| مسار = http://www.aps.org/units/dcmp/history.cfm
| عنوان = History of Condensed Matter Physics
| ناشر = American Physical Society
| تاريخ الوصول = 27 March 2012
| مسار الأرشيف = https://web.archive.org/web/20190529152304/https://www.aps.org/units/dcmp/history.cfm | تاريخ الأرشيف = 29 مايو 2019 }}</ref>
اُعتبرت عدة مواضيع مثل علم البلورات، والتعدين، والمرونة، والمغناطيسية، وما إلى ذلك، كأقسام منفصلة في [[فيزياء|الفيزياء]] حتى عام 1940، عندما جُمعت معا في قسم فيزياء الحالة الصلبة. في حوالي الستينيات من القرن الماضي، اُضيفت دراسة الخواص الفيزيائية للسوائل إلى هذه القائمة، مما يشكل الأساس للتخصص الجديد ذي الصلة بفيزياء المادة المكثفة. صاغَّ الفيزيائي فيليب وارن أندرسون المصطلح مع وفولكر هاين، عندما غيروا اسم مجموعتهم في مختبرات كافنديش، كامبريدج من نظرية الحالة الصلبة إلى نظرية المواد المكثفة في عام 1967، مما أشعرهم بأنهم لم يستبعدوا اهتمامهم في دراسة السوائل والمواد النووية وما إلى ذلك. على الرغم من أن أندرسون وهاين ساعدا في تعميم اسم "المادة المكثفة"، إلا إن الاسم كان موجودًا في أوروبا منذ عدة سنوات، وكان أبرزه في مجلة نُشرت باللغة الإنجليزية والفرنسية والألمانية من قبل دار نشر سبرينغر بعنوان فيزياء المواد المكثفة، وبدأت التسمية في عام 1963. كانت بيئة التمويل وسياسة الحرب الباردة في الستينيات والسبعينيات من العوامل التي دفعت بعض علماء الفيزياء إلى تفضيل اسم "فيزياء المادة المكثفة"، والتي شددت على وحدة المشاكل التي يواجهونها الفيزيائيون العاملون في المواد الصلبة والسوائل والبلازما وغيرها من العوامل المعقدة، على تسمية "فيزياء الحالة الصلبة"، والتي ارتبطت في كثير من الأحيان بالتطبيقات الصناعية للمعادن وأشباه الموصلات. كانت مختبرات بيل فون واحدة من أوائل المعاهد التي أجرت برنامجًا بحثيًا في فيزياء المواد المكثفة.<ref name="rmp">{{cite journal|last=Kohn|first=W.|title=An essay on condensed matter physics in the twentieth century|journal=Reviews of Modern Physics|year=1999|volume=71|issue=2|url=http://nanoelectronics.unibas.ch/education/ModernPhysics/KohnCondMat.pdf|access-date=27 March 2012|doi=10.1103/RevModPhys.71.S59|pages=S59–S77|bibcode=1999RvMPS..71...59K|url-status=dead|archiveurl=https://web.archive.org/web/20130825164926/http://nanoelectronics.unibas.ch/education/ModernPhysics/KohnCondMat.pdf|archivedate=25 August 2013}}</ref><ref name="pwa-princeton">{{مرجع ويب
سطر 24:
| ناشر = Princeton University
| تاريخ الوصول = 27 March 2012
| مسار الأرشيف = https://web.archive.org/web/20170530014450/https://www.princeton.edu/physics/people/display_person.xml?netid=pwa | تاريخ الأرشيف = 30 مايو 2017 }}</ref><ref name="martin-pip">{{cite journal|last=Martin|first=Joseph D.|title=What's in a Name Change? Solid State Physics, Condensed Matter Physics, and Materials Science|journal=Physics in Perspective|date=2015|volume=17|issue=1|doi=10.1007/s00016-014-0151-7|pages=3–32|bibcode=2015PhP....17....3M|url=http://dro.dur.ac.uk/29168/1/29168.pdf| مسار الأرشيف = https://web.archive.org/web/20191214125047/http://dro.dur.ac.uk/29168/1/29168.pdf | تاريخ الأرشيف = 14 ديسمبر 2019 }}</ref><ref>{{مرجع ويب
| مسار = https://books.google.com/books?id=dTsgAAAAIAAJ
| عنوان = ''Physics of Condensed Matter''
سطر 30:
| المجلد = 1
| تاريخ الوصول = 20 April 2015
| مسار الأرشيف = https://web.archive.org/web/20190502033018/https://books.google.com/books?id=dTsgAAAAIAAJ | تاريخ الأرشيف = 2 مايو 2019 }}</ref>
أشارت مصادر سابقة إلى الحالة "المكثفة". على سبيل المثال، في مقدمة كتابه "النظرية الحركية للسوائل" عام 1947، اقترح ياكوف فرينكل أن "النظرية الحركية للسوائل يجب أن تكون بمثابة تعميم وامتداد للنظرية الحركية للأجسام الصلبة وسيكون من الأصح توحيدهم تحت عنوان "الأجسام المكثفة".<ref name="Frenkel">{{مرجع كتاب|الأخير=Frenkel|الأول=J.|عنوان=Kinetic Theory of Liquids|سنة=1947|ناشر=Oxford University Press}}</ref>
سطر 36:
==تاريخ الفيزياء الكلاسيكية==
===الفيزياء الكلاسيكية===
أجرى الكيميائي الإنجليزي همفري ديفي واحدة من أولى الدراسات على حالات المادة المكثفة، في العقد الأول من القرن التاسع عشر. لاحظ ديفي أنه من بين أربعين عنصرًا كيميائيًا معروفًا في ذلك الوقت، فإن ستةً وعشرين عنصرًا له خصائص معدنية مثل [[سطوع|اللمعان]] والليونة والتوصيل الكهربائي والحراري العالي. هذا يدل على أن الذرات في نظرية جون دالتون الذرية لم تكن غير قابلة للتجزئة كما ادعى دالتون، ولكن كان لها بنية داخلية. ادعى ديفي كذلك أن العناصر التي كان يُعتقد أنها غازات، مثل النيتروجين والهيدروجين، يمكن أن تتحول الى سائلة في ظل الظروف المناسبة ثم تتصرف كفلزات.<ref name="goodstein">{{cite journal|last=Goodstein|first=David|author1-link=David Goodstein|last2=Goodstein|first2=Judith|author2-link=Judith R. Goodstein|title=Richard Feynman and the History of Superconductivity|journal=Physics in Perspective|year=2000|volume=2|issue=1|url=http://web.njit.edu/~tyson/supercon_papers/Feynman_Superconductivity_History.pdf|access-date=7 April 2012|doi=10.1007/s000160050035|pages=30|bibcode=2000PhP.....2...30G| مسار الأرشيف = https://web.archive.org/web/20181007145525/https://web.njit.edu/~tyson/supercon_papers/Feynman_Superconductivity_History.pdf | تاريخ الأرشيف = 7 أكتوبر 2018 }}</ref><ref name="davy-1839">{{مرجع كتاب|editor-last=Davy|editor-first=John|عنوان=The collected works of Sir Humphry Davy: Vol. II|سنة=1839|ناشر=Smith Elder & Co., Cornhill|مسار=https://books.google.com/books?id=6WNKAAAAYAAJ&pg=PA22}}</ref>
في عام 1823، نجح [[مايكل فاراداي]]، وهو مساعد في مختبر ديفي، في تسييل الكلور واستمر في تسييل جميع العناصر الغازية المعروفة، باستثناء النيتروجين والهيدروجين والأكسجين. بعد فترة وجيزة، في عام 1869، درس الكيميائي الأيرلندي توماس أندروز مرحلة الانتقال من السائل إلى الغاز وصاغ مصطلح النقطة الحرجة لوصف الحالة التي يتعذر فيها تمييز الطور الغازي والسائلي، وزوّد الفيزيائي الهولندي يوهانس فان دير فال بالإطار النظري الذي سمح بالتنبؤ بالسلوك الحرج استنادًا إلى قياسات في درجات حرارة عالية. بحلول عام 1908، تمكن جيمس ديوار وهيكي كاميرلينغ أونز من تسييل الهيدروجين بنجاح ثم اكتشف الهيليوم على التوالي.<ref name="thomasandrews">{{cite journal|last=Rowlinson|first=J. S.|title=Thomas Andrews and the Critical Point|journal=Nature|year=1969|volume=224|issue=8|doi=10.1038/224541a0|pages=541–543|bibcode=1969Natur.224..541R}}</ref><ref name="atkins">{{مرجع كتاب|الأخير=Atkins|الأول=Peter|الأخير2=de Paula|الأول2=Julio|عنوان=Elements of Physical Chemistry|سنة=2009|ناشر=Oxford University Press|isbn=978-1-4292-1813-9}}</ref>
اقترح بول درود في عام 1900 أول نموذج نظري لإلكترون كلاسيكي يتحرك عبر مادة صلبة معدنية. وصف نموذج درود خواص المعادن على شكل غاز من الإلكترونات الحرة، وكان أول نموذج مجهري لشرح الملاحظات التجريبية مثل قانون فيدمان-فرانز. على الرغم من نجاح نموذج الإلكترون الحر لدرود، كانت لديه مشكلة واحدة ملحوظة: كان غيرَ قادرٍ على شرح المساهمة الإلكترونية في الخواص الحرارية والمغناطيسية المحددة للمعادن، والمقاومة المعتمدة على درجة الحرارة في درجات الحرارة منخفضة.<ref name="Kragh2002">{{مرجع كتاب|الأخير=Kragh|الأول=Helge|عنوان=Quantum Generations: A History of Physics in the Twentieth Century|ناشر=Princeton University Press|إصدار=Reprint|تاريخ=2002|isbn=978-0-691-09552-3}}</ref><ref name="Hoddeson-1992">{{مرجع كتاب|الأخير=Hoddeson|الأول=Lillian|عنوان=Out of the Crystal Maze: Chapters from The History of Solid State Physics|سنة=1992|ناشر=Oxford University Press|isbn=978-0-19-505329-6|مسار=https://books.google.com/books?id=WCpPPHhMdRcC&pg=PA29| مسار الأرشيف = https://web.archive.org/web/20140627143707/http://books.google.com/books?id=WCpPPHhMdRcC | تاريخ الأرشيف = 27 يونيو 2014 }}</ref><ref name="Kittel 1996">{{مرجع كتاب|الأخير=Kittel|الأول=Charles|عنوان=Introduction to Solid State Physics|سنة=1996|ناشر=John Wiley & Sons|isbn=978-0-471-11181-8}}</ref>
في عام 1911، بعد ثلاث سنوات من تسييل الهيليوم لأول مرة، اكتشف أونز العامل ب<nowiki/>[[جامعة لايدن|جامعة ليدن]] التوصيل الفائق في الزئبق، عندما لاحظ اختفاء المقاومة الكهربائية للزئبق في درجات حرارة أقل من قيمة معينة. فاجأت هذه الظاهرة تمامًا أفضل علماء الفيزياء النظرية في ذلك الوقت، وظلت غير معروفة لعدة عقود. قال ألبرت أينشتاين، في عام 1922، فيما يتعلق بالنظريات المعاصرة عن الموصلية الفائقة إنه "من خلال جهلنا الكبير بالميكانيكا الكمومية للأنظمة المركبة، نحن بعيدون جدًا من كوننا قادرين على تكوين نظرية من هذه الأفكار المبهمة."<ref name="Schmalian-2010">{{cite journal|last=Schmalian|first=Joerg|title=Failed theories of superconductivity|year=2010|arxiv=1008.0447|bibcode=2010MPLB...24.2679S|doi=10.1142/S0217984910025280|journal=Modern Physics Letters B|volume=24|issue=27|pages=2679–2691}}</ref><ref name="Slichter-AIP-supercond">{{مرجع ويب
سطر 50:
| الأول = Charles
| تاريخ الوصول = 13 June 2012
| مسار الأرشيف = https://web.archive.org/web/20150911193150/https://www.aip.org/history/mod/superconductivity/01.html | تاريخ الأرشيف = 11 سبتمبر 2015 }}</ref><ref name="vanDelft2010">{{cite journal|last=van Delft|first=Dirk|author2=Kes, Peter|title=The discovery of superconductivity|journal=Physics Today|date=September 2010|volume=63|issue=9|doi=10.1063/1.3490499|url=http://www.lorentz.leidenuniv.nl/history/cold/DelftKes_HKO_PT.pdf|access-date=7 April 2012|bibcode=2010PhT....63i..38V|pages=38–43| مسار الأرشيف = https://web.archive.org/web/20190531062020/https://www.lorentz.leidenuniv.nl/history/cold/DelftKes_HKO_PT.pdf | تاريخ الأرشيف = 31 مايو 2019 }}</ref>
===ظهور ميكانيكا الكم===
عزز فولفغانغ باولي، وأرنولد سومرفيلد، وفيليكس بلوش وغيرهم من علماء الفيزياء نموذج درود الكلاسيكي. أدرك باولي ان على الإلكترونات الحرة في المعدن أن تتماشى مع إحصائيات فيرمي-ديراك. باستخدام هذه الفكرة، طور نظرية المغناطيسية المسايرة في عام 1926. بعد فترة وجيزة، قام سومرفيلد بدمج إحصائيات فيرمي-ديراك في نموذج الإلكترون الحر وجعله أفضل لتفسير السعة الحرارية. بعد ذلك بعامين، استخدم بلوخ ميكانيكا الكم لوصف حركة الإلكترون في بنية دورية. استُخدمت رياضيات الهياكل البلورية التي طورها أوغست برافيس وييفغراف فيودوروف وآخرون لتصنيف البلورات على أساس مجموعة التناظر الخاصة بهم. ، وكانت جداول الهياكل البلورية الأساس لسلسلة الجداول الدولية لعلم البلورات، التي نُشرت لأول مرة في عام 1935. استخدمت حسابات بنية النطاق لأول مرة في عام 1930 للتنبؤ بخصائص المواد الجديدة، وفي عام 1947 طور جون باردين ووالتر براتين وويليام شوكلي أول ترانزستور قائم على أشباه الموصلات، مما أدى الى ثورة في مجال الإلكترونيات.<ref name="Aroyo-2006">{{مرجع كتاب|الأخير=Aroyo|الأول=Mois, I.|مؤلف2=Müller, Ulrich|مؤلف3=Wondratschek, Hans|عنوان=Historical introduction|سنة=2006|المجلد=A|صفحات=2–5|doi=10.1107/97809553602060000537|series=International Tables for Crystallography|isbn=978-1-4020-2355-2|مسار=http://www.european-arachnology.org/proceedings/19th/Lourenco.PDF|citeseerx=10.1.1.471.4170| مسار الأرشيف = https://web.archive.org/web/20150924003947/http://www.european-arachnology.org/proceedings/19th/Lourenco.PDF | تاريخ الأرشيف = 24 سبتمبر 2015 }}</ref>
في عام 1879، اكتشف إدوين هربرت هول، الذي يعمل في جامعة جونز هوبكنز، ظهور جهدٍ كهربائيٍ عبر الموصلات عرضيًا لتيار كهربائي في الموصل ومجال مغناطيسي متعامد مع التيار. تسمى هذه الظاهرة الناشئة بسبب طبيعة ناقلات الشحنة في الموصل تأثير هول، لكنها لم تشرح بشكل صحيح في ذلك الوقت، حيث لم يُكتشف الإلكترون تجريبياً إلا بعد 18 عامًا. بعد ظهور ميكانيكا الكم، طور ليف لانداو في عام 1930 نظرية تكميم لانداو ووضع الأساس للتفسير النظري لتأثير هول الكمومي المكتشف بعد نصف قرن.<ref>{{مرجع كتاب|الأول1=L. D.|الأخير1=Landau|الأول2=E. M.|الأخير2=Lifshitz|عنوان=Quantum Mechanics: Nonrelativistic Theory|سنة=1977|ناشر=Pergamon Press|isbn=978-0-7506-3539-4}}</ref><ref>{{cite journal|title=On a New Action of the Magnet on Electric Currents|author=Hall, Edwin|journal=American Journal of Mathematics|volume=2|year=1879|pages=287–92|url=http://www.stenomuseet.dk/skoletj/elmag/kilde9.html|access-date=2008-02-28|doi=10.2307/2369245|issue=3|jstor=2369245|url-status=dead|archiveurl=https://web.archive.org/web/20070208040346/http://www.stenomuseet.dk/skoletj/elmag/kilde9.html|archivedate=2007-02-08}}</ref>
عُرفت المغناطيسية كخاصية للمادة في الصين منذ عام 4000 قبل الميلاد. ومع ذلك، فإن الدراسات الحديثة الأولى للمغناطيسية بدأت فقط بتطوير فاراداي وماكسويل وآخرين للديناميكا الكهربائية في القرن التاسع عشر، والتي تضمنت تصنيف المواد على أنها مغناطيسية حديدية او مغناطيسية مسايرة وشبه مغناطيسية وثنائية [[مغناطيسية|المغناطيسية]] بناءً على استجابتها للمغنطة. درس بيير كوري اعتماد المغنطة على درجة الحرارة واكتشف انتقال طور نقطة كوري في المواد المغناطيسية الحديدية. في عام 1906، قدم بيير فايس مفهوم الحُبيبة المغناطيسية أو النطاق المغناطيسي أو المنطقة المغناطيسية لشرح الخصائص الرئيسية للمغناطيسات الحديدية. كان ويلهلم لينز وإرنست إيسينغ أول من حاول وصف المغناطيسية بطريقة مجهرية من خلال نموذج إيسينغ الذي وصف المواد المغناطيسية بأنها تتكون من بنية دورية من اللفات المغزلية التي اكتسبت المغناطيسية مجتمعة. حُلّ نموذج ايسينغ لإظهار أن المغنطة العفوية لا يمكن أن تحدث في بعد واحد ولكن من الممكن حدوثها في المشابك ذات الأبعاد الأعلى. أدت المزيد من البحوث مثل بحث بلوخ على موجات اللف المغزلي وبحث نيل على المغناطيسية الحديدية المضادة إلى تطوير مواد مغناطيسية جديدة مع تطبيقات لأجهزة تخزين المغناطيسية.<ref name="mattis-magnetism-2006">{{مرجع كتاب|الأخير=Mattis|الأول=Daniel|عنوان=The Theory of Magnetism Made Simple|سنة=2006|ناشر=World Scientific|isbn=978-981-238-671-7}}</ref><ref name="Chatterjee-2004-ferromagnetism">{{cite journal|last=Chatterjee|first=Sabyasachi|title=Heisenberg and Ferromagnetism|journal=Resonance|date=August 2004|volume=9|issue=8|doi=10.1007/BF02837578|url=http://www.ias.ac.in/describe/article/reso/009/08/0057-0066|access-date=13 June 2012|pages=57–66| مسار الأرشيف = https://web.archive.org/web/20191226012231/https://www.ias.ac.in/describe/article/reso/009/08/0057-0066 | تاريخ الأرشيف = 26 ديسمبر 2019 }}</ref><ref name="Visintin-domains">{{مرجع كتاب|الأخير=Visintin|الأول=Augusto|عنوان=Differential Models of Hysteresis|سنة=1994|ناشر=Springer|isbn=978-3-540-54793-8|مسار=https://books.google.com/books?id=xZrTIDmNOlgC&pg=PA9}}</ref>
== مواضيع في فيزياء المواد المكثفة ==
| |||