عرض مصدر فيزياء الجوامد

'''فيزياء الجوامد''' أو '''فيزياء الحالة الصلبة''' (Solid-state physics) هو أكبر فروع علم [[فيزياء المواد المكثفة]] (Condensed matter physics) . وهو علم يهتم بدراسة [[مادة|المواد]] الجامدة، و[[مادة|المواد]] [[صلب|الصلبة]]، من خلال أساليب مثل [[ميكانيكا الكَمّ]]، و[[علم البلورات]]، وال[[كهرومغناطيسية]]، و[[علم السبائك]]. فيزياء الجوامد تفسر كيف أن الكثير من خصائص المواد الصلبة يمكن أن تكون نتاج لخصائص تركيبها [[ذرة|الذري]]. بذلك يمكن اعتبار فيزياء الجوامد تشكل الأساس النظري ل[[علم المواد]]، فضلاً على أن لها تطبيقات مباشرة، على سبيل المثال في تكنولوجيا [[مقحل|الترنزستورات]] و[[شبه موصل|أشباه الموصلات]].

== مقدمة ==

المواد الصلبة تتشكل من ذرات متراصة بشكل كثيف، مع قوى رابطة قوية بين الذرات. هذه القوى الرابطة هي المسئولة عن الخصائص الميكانيكية للمادة الصلبة، مثل [[صلادة|الصلادة]]، و[[مرونة|المرونة]]، والخصائص [[توصيل حراري|الحرارية]] و[[توصيل كهربائي|الكهربائية]] وال[[مغناطيسية]] و[[بصريات|البصرية]]. واعتمادًا على نوع المادة والظروف التي أنشئت فيها، يمكن أن تصنف الذرات إما إلى ذرات ذات نمط هندسي منتظم ([[بلورة|المواد الصلبة البلورية]]، والتي تشمل على سبيل المثال [[فلز|المعادن]] و[[جليد|الجليد]] المصنوع من الماء العادي) أو ذرات ذات نمط غير منتظم (المواد الصلبة غير البلورية، مثل زجاج النوافذ المستخدم في المنازل).

القسم الأكبر من علم فيزياء الجوامد والأبحاث فيه تتمحور حول [[بلورة|البلورات]]، يرجع هذا بنسبة كبيرة إلى أن تواتر [[ذرة|الذرة]] في [[بلورة|البلورة]] (التواتر (periodicity) هو خاصية مميزة للذرة) يسهل النمذجة الرياضية، أيضًا من أسباب تركز الأبحاث على [[بلورة|البلورات]] أن المواد البلورية لها غالبًا خواص [[هندسة كهربية|كهربية]]، أو [[بصريات|بصرية]]، أو [[هندسة ميكانيكية|ميكانيكية]]، أو [[مغناطيسية]] يمكن استغلالها لأغرض [[هندسة تطبيقية|هندسية]].

القوى بين الذرات في البلورة يمكن أن تتخذ أشكالاً متعددة. على سبيل المثال، في بلورة [[كلوريد صوديوم|كلوريد الصوديوم]] ([[ملح الطعام]])، تتكون البلورة من أيونات [[صوديوم]] و[[كلور]] مرتبطة معًا ب[[رابطة أيونية|روبط أيونية]]. وفي حالات أخرى تشارك الذرات [[إلكترون|الإلكترونات]] وتكون [[رابطة تساهمية|روابط تساهمية]]. في المعادن، تُتَشَارَك الإلكترونات في كامل البلورة في [[رابطة فلزية]]. أما [[غاز نبيل|الغازات الخاملة]] فلا تخضع لأي نوع من هذه الروابط. في الحالة الصلبة، الغازات الخاملة تترابط عن طريق [[قوى فان دير فالس]] المتكونة من استقطاب سحابة الشحنات الكهربية في كل ذرة. ويمكن القول بأن الاختلافات بين أنواع المواد الصلبة تنتج من الاختلاف بين روابطها.

== بنية البلورة وخصائصها ==
[[ File:Fcc lattice 4.JPG|190px|thumb| مثال لتشكيلة بلورية شديدة التلاصق  An example of a close-packed  lattice   ]]
الكثير من خصائص المواد تتأثر ب[[بنية بلورية|بنيتها البلورية]]. هذه البنية يمكن دراستها عن طريق مجموعة من تقنيات [[علم البلورات]]، مثل [[أشعة إكس البلورية]]، و[[حيود النيوترون|الحيود النيوتروني]]، و[[حيود الإلكترون|الحيود الإلكتروني]].

أحجام البلورات المفردة في المواد الصلبة البلورية تختلف اعتمادًا على نوع المادة والظروف التي شكلت فيها،. معظم المواد البلورية التي نراها في الحياة اليومية هي [[مادة متعددة البلورات|مواد متعددة البلورات]] نظرًا لأن [[بلورة مفردة|البلورات المفردة]] معظمها مجهرية وغير قابلة للرؤية بالعين البشرية، لكن أيضًا البلورات المفردة القابلة للرؤية بالعين البشرية يمكن إنتاجها طبيعيًا (مثل [[ألماس|الماس]]) أو صناعيًا.

البلورات المشاهدة تحتوي على عيوب أو [[نشوز بلوري|نشوزات]] في الانتظام المثالي، وهذه العيوب هي التي تحدد بشكل حاسم الكثير من الخواص الكهربائية والميكانيكية للمواد التي نشاهدها.

تشكيلات البلورة (lattice) يمكن أن يحدث لها [[اهتزاز|اهتزازات]]. هذه الاهتزازات وجد أنها كمية، ووسائط الاهتزازات الكمية أصحبت تعرف ب[[فونون|الفونونات]]. لذلك الفونونات تلعب دورًا رئيسيًا كثير من الخصائص الفيزيائية للمواد الصلبة، مثل انتقال [[صوت|الصوت]]. في المواد الصلبة العازلة، الفونونات هي الآلية الرئيسية في حدوث [[عزل حراري|العزل الحراري]]. الفونونات ضرورية أيضًا لفهم ال[[سعة حرارية]] للتشكيلات البلورية في المواد الصلبة، كما في [[نموذج أينشتين]] و[[نموذج ديبي]] اللاحق له.

== الخصائص الإلكترونية ==

خصائص المواد مثل [[توصيل كهربائي|التوصيل الكهربي]] و[[سعة حرارية|السعة الحرارية]] يمكن دراستها عن طريق فيزياء الجوامد. أحد النماذج الأولية لتفسير التوصيل الكهربي كان [[نموذج درود]]، الذي طبق [[نظرية الحركة]] على [[إلكترون|الإلكترونات]] في الحالة الصلبة. بافتراض أن المادة تحتوي على أيونات موجبة غير متحركة و"غاز إلكتروني" من إلكترونات كلاسيكية غير متفاعلة، استطاع [[نموذج درود]] أن يشرح التوصيلية الحرارية والكهربية و[[تأثير هول]] في المعادن، على الرغم من أنها بالغت كثيرًا في السعة الحرارية الإلكترونية.

[[أرنولد سومرفيلد]] جمع بين [[نموذج درود]] الكلاسيكي وبين [[ميكانيكا الكَمّ]] في [[نموذج الإلكترون الحر]] (أو نموذج درود-سومرفيلد Drude-Sommerfeld model ) . في هذا النموذج، تم تمثيل الإلكترونات ك[[غاز فيرمي]]، الذي هو غاز من الجسيمات التي تخضع ل[[إحصاء فيرمي-ديراك]] (Fermi–Dirac statistics)الميكانيكية الكمومية. نموذج الإلكترون الحر حسن من التنبؤات بالسعات الحرارية للمعادن، بيد أنه لم يتمكن من تفسير طبيعة المواد العازلة.

[[نموذج الإلكترون شبه الحر]] هو تعديل لنموذج الإلكترون الحر ، وينص على وجود اضطراب دوري ضعيف في التآثر بين إلكترونات التوصيل والأيونات في بلورة مفردة صلبة. عن طريق إدخال فكرة [[نطاق طاقة|النطاقات الإلكترونية]] ، ونجحت النظرية في شرح كيفية وجود المواد الموصلة والمواد [[شبه موصل|شبه الموصلة]] والمواد العازلة.

نموذج الإلكترون شبه الحر أعاد كتابة [[معادلة شرودنغر]](Schrödinger equation) في حالة الوضع الدوري. حلول المعادلة في هذه الحالة تعرف بحالات بلوخ [http://en.wikipedia.org/wiki/Bloch_state Bloch State]. ونظرًا لأن نظرية بلوخ [http://ar.wikipedia.org/wiki/%D9%81%D9%84%D9%8A%D9%83%D8%B3_%D8%A8%D9%84%D9%88%D8%AE  ] تطبق فقط على الوضع الدوري، ونظرًا أيضًا للحركات العشوائية غير المنقطعة للذرات في البلورة التي تعطل اهتزازها، فإن استخدام نظرية بلوخ يكون تقريبيًا فقط، ولكنه أُثبت أن هذا التقريب قريب جدًا للقيمة الصحيحة، وبدونه فإن معظم مسائل فيزياء الجوامد ستكون مستعصية على الحل. والانحرافات من التواتر يمكن معاملتها عن طريق [[نظرية الاضطراب]] الكمية الميكانيكية.

== مناحي البحث الحديثة في فيزياء الجوامد ==

مواضيع البحث الحديثة في مجال فيزياء الجوامد تشمل:

* [[الزجاج السبيني]]
* [[موصلية فائقة|الموصلية الفائقة]]
* [[صناعة المعدات شبه الموصلة]] في [[صناعة أشباه الموصلات]]

== المصادر ==

* Neil W. Ashcroft and N. David Mermin, Solid State Physics (Harcourt: Orlando, 1976).
* Charles Kittel, Introduction to Solid State Physics (Wiley: New York, 2004).
* H. M. Rosenberg, The Solid State (Oxford University Press: Oxford, 1995).

[[تصنيف:فيزياء المواد المكثفة]]
[[تصنيف:فيزياء]]

[[bg:Физика на твърдото тяло]]
[[bn:কঠিন অবস্থা পদার্থবিজ্ঞান]]
[[ca:Física de l'estat sòlid]]
[[cs:Fyzika pevných látek]]
[[de:Kondensierte Materie#Festkörperphysik]]
[[el:Φυσική Στερεάς Κατάστασης]]
[[en:Solid-state physics]]
[[eo:Solid-stata fiziko]]
[[es:Física del estado sólido]]
[[fa:فیزیک حالت جامد]]
[[fi:Kiinteän olomuodon fysiikka]]
[[fr:Physique du solide]]
[[he:פיזיקת מצב מוצק]]
[[hi:ठोस अवस्था भौतिकी]]
[[it:Fisica dello stato solido]]
[[ja:固体物理学]]
[[ko:고체물리학]]
[[nl:Vastestoffysica]]
[[pl:Fizyka ciała stałego]]
[[pt:Física do estado sólido]]
[[ro:Fizica stării solide]]
[[ru:Физика твёрдого тела]]
[[sv:Fasta tillståndets fysik]]
[[ta:திண்மப்பொருள் இயற்பியல்]]
[[tr:Katı hal fiziği]]
[[tt:Каты матдә физикасы]]
[[uk:Фізика твердого тіла]]
[[vi:Vật lý chất rắn]]
[[zh:固体物理学]]