Física de la Materia Condensada


La física de la materia condensada es el campo de la física que se ocupa de las propiedades físicas macroscópicas y microscópicas de la materia , especialmente las fases sólida y líquida que surgen de las fuerzas electromagnéticas entre los átomos . De manera más general, el tema trata con fases "condensadas" de la materia: sistemas de muchos constituyentes con fuertes interacciones entre ellos. Las fases condensadas más exóticas incluyen la fase superconductora exhibida por ciertos materiales a baja temperatura , las fases ferromagnética y antiferromagnética de los espines .redes cristalinas de átomos y el condensado de Bose-Einstein que se encuentra en los sistemas atómicos ultrafríos . Los físicos de la materia condensada buscan comprender el comportamiento de estas fases mediante experimentos para medir diversas propiedades materiales y aplicando las leyes físicas de la mecánica cuántica , el electromagnetismo , la mecánica estadística y otras teorías para desarrollar modelos matemáticos.

La diversidad de sistemas y fenómenos disponibles para el estudio hace que la física de la materia condensada sea el campo más activo de la física contemporánea: un tercio de todos los físicos estadounidenses se identifican a sí mismos como físicos de la materia condensada, [1] y la División de Física de la Materia Condensada es la división más grande en la Sociedad Americana de Física . [2] El campo se superpone con la química , la ciencia de los materiales , la ingeniería y la nanotecnología , y se relaciona estrechamente con la física atómica y la biofísica . La física teórica de la materia condensada comparte conceptos y métodos importantes con la defísica de partículas y física nuclear . [3]

Una variedad de temas de la física, como la cristalografía , la metalurgia , la elasticidad , el magnetismo , etc., se trataron como áreas distintas hasta la década de 1940, cuando se agruparon como física del estado sólido . Alrededor de la década de 1960, se agregó a esta lista el estudio de las propiedades físicas de los líquidos , formando la base para la especialidad más completa de la física de la materia condensada. [4] Los Laboratorios Bell Telephone fueron uno de los primeros institutos en llevar a cabo un programa de investigación en física de la materia condensada. [4]

Según el físico Philip Warren Anderson , el uso del término "materia condensada" para designar un campo de estudio fue acuñado por él y Volker Heine , cuando cambiaron el nombre de su grupo en los Laboratorios Cavendish , Cambridge de Teoría del estado sólido a Teoría . of Condensed Matter en 1967, [5] ya que sintieron que era mejor incluir su interés en líquidos, materia nuclear , etc. [6] [7] Aunque Anderson y Heine ayudaron a popularizar el nombre "materia condensada", se había utilizado en Europa durante algunos años, sobre todo en la revista Springer-Verlag.Physics of Condensed Matter , lanzada en 1963. [8] El nombre "física de la materia condensada" enfatizó la similitud de los problemas científicos encontrados por los físicos que trabajan en sólidos, líquidos, plasmas y otra materia compleja, mientras que la "física del estado sólido" a menudo se asociaba con aplicaciones industriales restringidas de metales y semiconductores. En las décadas de 1960 y 1970, algunos físicos sintieron que el nombre más completo encajaba mejor con el entorno de financiación y la política de la Guerra Fría de la época . [9]

Las referencias a estados "condensados" se pueden rastrear a fuentes anteriores. Por ejemplo, en la introducción a su libro de 1947 Teoría cinética de los líquidos , [10] Yakov Frenkel propuso que "La teoría cinética de los líquidos debe, en consecuencia, desarrollarse como una generalización y extensión de la teoría cinética de los cuerpos sólidos. De hecho, , sería más correcto unificarlos bajo el título de 'cuerpos condensados'".


Heike Kamerlingh Onnes y Johannes van der Waals con el licuefactor de helio en Leiden en 1908
Una réplica del primer transistor de contacto puntual en los laboratorios Bell
Un imán que levita sobre un superconductor de alta temperatura . En la actualidad, algunos físicos están trabajando para comprender la superconductividad a alta temperatura utilizando la correspondencia AdS/CFT. [29]
El efecto Hall cuántico : componentes de la resistividad Hall en función del campo magnético externo [33] : fig. 14 
Imagen del patrón de difracción de rayos X de un cristal de proteína .
El primer condensado de Bose-Einstein observado en un gas de átomos de rubidio ultrafríos . Las áreas azul y blanca representan una mayor densidad.
Simulación por computadora de nanoengranajes hechos de moléculas de fullereno . Se espera que los avances en nanociencia conduzcan a máquinas que funcionen a escala molecular.