కండెన్స్డ్ మ్యాటర్ ఫిజిక్స్
Template:Condensed matter physics
కండెన్స్డ్ మ్యాటర్ ఫిజిక్స్ (Condensed matter physics) అనేది భౌతిక శాస్త్రం (physics) లోని ఒక ముఖ్యమైన విభాగం. ఇది పదార్థం యొక్క స్థూల (macroscopic) మరియు సూక్ష్మ (microscopic) భౌతిక ధర్మాల గురించి వివరిస్తుంది. ముఖ్యంగా ఘన (solid) మరియు ద్రవ (liquid) స్థితుల గురించి ఇది చర్చిస్తుంది. పరమాణువులు (atoms) మరియు ఎలక్ట్రాన్ల (electrons) మధ్య ఉండే విద్యుదయస్కాంత బలాల (electromagnetic forces) వల్ల పదార్థానికి ఈ ధర్మాలు వస్తాయి. సాధారణంగా చెప్పాలంటే, అనేక భాగాలు కలిసి ఉండి, వాటి మధ్య బలమైన పరస్పర చర్యలు జరిగే వ్యవస్థల గురించి ఈ శాస్త్రం వివరిస్తుంది.
సాధారణ పదార్థ స్థితులే కాకుండా, కొన్ని ప్రత్యేకమైన పరిస్థితుల్లో కనిపించే వింతైన స్థితుల గురించి కూడా ఇది అధ్యయనం చేస్తుంది. ఉదాహరణకు:
అతి తక్కువ ఉష్ణోగ్రతల వద్ద కొన్ని పదార్థాల్లో కనిపించే అతివాహకత (superconductivity).
స్ఫటిక నిర్మాణాల్లో ఉండే స్పిన్ల (spins) వల్ల కలిగే ఫెర్రో అయస్కాంతత్వం.
అతి శీతల పరమాణు వ్యవస్థల్లో కనిపించే బోస్-ఐన్ స్టీన్ కండెన్సేట్లు (Bose–Einstein condensates).
ద్రవ స్ఫటికాలు (liquid crystals).
కండెన్స్డ్ మ్యాటర్ భౌతిక శాస్త్రవేత్తలు ప్రయోగాల ద్వారా పదార్థాల వివిధ ధర్మాలను కొలుస్తారు. క్వాంటం మెకానిక్స్ (quantum mechanics), విద్యుదయస్కాంతత్వం (electromagnetism), మరియు స్టాటిస్టికల్ మెకానిక్స్ (statistical mechanics) వంటి సిద్ధాంతాలను ఉపయోగించి పదార్థాల ప్రవర్తనను అంచనా వేస్తారు."Condensed Matter Physics Theory". Yale University Physics Department. Retrieved 2023-11-30.
ప్రస్తుత కాలంలో భౌతిక శాస్త్రంలో అత్యంత వేగంగా అభివృద్ధి చెందుతున్న రంగం ఇదే. అమెరికాలోని భౌతిక శాస్త్రవేత్తల్లో దాదాపు మూడో వంతు మంది తాము ఈ రంగానికి చెందినవారమని చెప్పుకుంటారు."Condensed Matter Physics Jobs: Careers in Condensed Matter Physics". Physics Today Jobs. Archived from the original on 2009-03-27. Retrieved 2010-11-01. ఈ రంగం రసాయన శాస్త్రం (chemistry), మెటీరియల్ సైన్స్ (materials science), ఇంజనీరింగ్, మరియు నానోటెక్నాలజీ (nanotechnology) వంటి ఇతర రంగాలతో కలిసి పనిచేస్తుంది.Cohen, Marvin L. (2008). "Essay: Fifty Years of Condensed Matter Physics". Physical Review Letters. 101 (25) 250001. Bibcode:2008PhRvL.101y0001C. doi:10.1103/PhysRevLett.101.250001. PMID 19113681. Retrieved 31 March 2012.
పేరు పుట్టుక (Etymology)
భౌతిక శాస్త్రవేత్త Philip Warren Anderson అభిప్రాయం ప్రకారం, "కండెన్స్డ్ మ్యాటర్" (condensed matter) అనే పదాన్ని ఆయనే మొదట ఉపయోగించారు. 1967లో కేంబ్రిడ్జ్ విశ్వవిద్యాలయంలోని తమ పరిశోధన బృందం పేరును "సాలిడ్ స్టేట్ థియరీ" నుండి "థియరీ ఆఫ్ కండెన్స్డ్ మ్యాటర్" గా మార్చారు."Philip Anderson". Department of Physics. Princeton University. Retrieved 27 March 2012. ఇందులో ద్రవాలు, కేంద్రక పదార్థం వంటి అంశాలను కూడా చేర్చడానికి ఈ పేరు మార్పు చేశారు. 1960 మరియు 70వ దశకాల్లో ఈ పేరు బాగా ప్రాచుర్యం పొందింది. అంతకుముందు దీనిని "సాలిడ్ స్టేట్ ఫిజిక్స్" (solid-state physics) అని పిలిచేవారు. కానీ ద్రవాల గురించి కూడా అధ్యయనం చేయడం మొదలుపెట్టాక, కండెన్స్డ్ మ్యాటర్ ఫిజిక్స్ అనే పేరు స్థిరపడింది.
చరిత్ర (History)
సాంప్రదాయ భౌతిక శాస్త్రం (Classical physics)
పదార్థం యొక్క కండెన్స్డ్ స్థితులపై జరిగిన మొదటి అధ్యయనాల్లో హంఫ్రీ డేవీ (Humphry Davy) చేసిన పరిశోధనలు ముఖ్యమైనవి. ఆయన అప్పట్లో తెలిసిన 40 మూలకాల్లో 26 లోహ ధర్మాలను కలిగి ఉన్నాయని గుర్తించారు.Goodstein, David; Goodstein, Judith (2000). "Richard Feynman and the History of Superconductivity" (PDF). Physics Perspective. 2 (1): 30. Bibcode:2000PhP.....2...30G. doi:10.1007/s000160050035. S2CID 118288008. Archived from the original (PDF) on 17 November 2015. Retrieved 7 April 2012. ఇది పరమాణువుల లోపల కూడా ఏదో నిర్మాణం ఉందని సూచించింది. 1823లో మైకేల్ ఫెరడే (Michael Faraday) క్లోరిన్ వాయువును ద్రవంగా మార్చడంలో విజయం సాధించారు. 1869లో థామస్ ఆండ్రూస్ ద్రవం నుండి వాయువుగా మారే దశను అధ్యయనం చేసి "క్రిటికల్ పాయింట్" (critical point) అనే పదాన్ని వాడారు. 1908 నాటికి హైడ్రోజన్ మరియు హీలియం వాయువులను కూడా ద్రవాలుగా మార్చగలిగారు.
1900లో పాల్ డ్రూడ్ (Paul Drude) లోహాల్లో ఎలక్ట్రాన్ల చలనం గురించి మొదటి నమూనాను ప్రతిపాదించారు. దీనిని "డ్రూడ్ మోడల్" అంటారు. ఇది లోహాల విద్యుత్ వాహకతను వివరించడానికి ప్రయత్నించింది. అయితే, అతి తక్కువ ఉష్ణోగ్రతల వద్ద లోహాల ప్రవర్తనను ఇది సరిగ్గా వివరించలేకపోయింది. 1911లో కామర్లింగ్ ఓనెస్ పాదరసం (mercury) లో "అతివాహకత" (superconductivity) ను కనుగొన్నారు. ఒక నిర్ణీత ఉష్ణోగ్రత కంటే తక్కువ వద్ద పాదరసం యొక్క విద్యుత్ నిరోధకత పూర్తిగా సున్నా అయిపోవడాన్ని ఆయన గమనించారు.van Delft, Dirk; Kes, Peter (September 2010). "The discovery of superconductivity" (PDF). Physics Today. 63 (9): 38–43. Bibcode:2010PhT....63i..38V. doi:10.1063/1.3490499. Archived (PDF) from the original on 2022-10-09. Retrieved 7 April 2012.
క్వాంటం మెకానిక్స్ ప్రభావం
క్వాంటం మెకానిక్స్ రావడంతో కండెన్స్డ్ మ్యాటర్ ఫిజిక్స్ కొత్త పుంతలు తొక్కింది. వోల్ఫ్గ్యాంగ్ పౌలీ, ఆర్నాల్డ్ సోమర్ఫెల్డ్, మరియు ఫెలిక్స్ బ్లాక్ వంటి శాస్త్రవేత్తలు లోహాల్లోని ఎలక్ట్రాన్ల చలనాన్ని క్వాంటం సిద్ధాంతాల ద్వారా వివరించారు. పరమాణువుల అమరిక (crystal structures) గురించి ఆగస్టే బ్రావైస్ వంటి వారు చేసిన కృషి స్ఫటిక శాస్త్రానికి (crystallography) పునాది వేసింది. 1947లో జాన్ బార్డీన్, వాల్టర్ బ్రాటెన్, మరియు విలియం షాక్లీ మొదటి "ట్రాన్సిస్టర్"ను కనుగొన్నారు. ఇది ఎలక్ట్రానిక్స్ రంగంలో విప్లవాన్ని తెచ్చింది.
ఆధునిక మెనీ-బాడీ ఫిజిక్స్ (Modern many-body physics)
రెండవ ప్రపంచ యుద్ధం తర్వాత, క్వాంటం ఫీల్డ్ థియరీలోని అంశాలను కండెన్స్డ్ మ్యాటర్ సమస్యలకు అన్వయించారు. 1956లో బార్డీన్, కూపర్, మరియు ష్రీఫర్ కలిసి అతివాహకతను వివరించే "BCS సిద్ధాంతాన్ని" ప్రతిపాదించారు. 1980లో క్లాస్ వాన్ క్లిట్జింగ్ "క్వాంటం హాల్ ఎఫెక్ట్"ను కనుగొన్నారు, దీనికి ఆయనకు నోబెల్ బహుమతి లభించింది.von Klitzing, Klaus (9 Dec 1985). "The Quantized Hall Effect" (PDF). Nobelprize.org. Archived (PDF) from the original on 2022-10-09. 1986లో బెడ్నార్జ్ మరియు ముల్లర్ అధిక ఉష్ణోగ్రత వద్ద పనిచేసే అతివాహక పదార్థాలను కనుగొన్నారు.
సిద్ధాంతపరమైన అధ్యయనం (Theoretical)
సిద్ధాంతపరమైన కండెన్స్డ్ మ్యాటర్ ఫిజిక్స్ లో పదార్థాల ధర్మాలను అర్థం చేసుకోవడానికి గణిత నమూనాలను ఉపయోగిస్తారు. ఇందులో ముఖ్యమైన అంశాలు:
ఎమర్జెన్స్ (Emergence): చిన్న చిన్న కణాలు కలిసి ఒక సమూహంగా ఉన్నప్పుడు, ఒంటరి కణాలకు లేని కొత్త ధర్మాలు ఆ సమూహానికి వస్తాయి. దీనినే "ఎమర్జెన్స్" అంటారు.Coleman, Piers (2016). Introduction to Many Body Physics. Cambridge University Press. ISBN 978-0-521-86488-6.
ఎలక్ట్రానిక్ థియరీ: లోహాల్లో ఎలక్ట్రాన్ల ప్రవర్తనను వివరించే నమూనాలు. డెన్సిటీ ఫంక్షనల్ థియరీ (DFT) ద్వారా పదార్థాల ధర్మాలను కంప్యూటర్ల సహాయంతో లెక్కిస్తారు.
సిమెట్రీ బ్రేకింగ్ (Symmetry breaking): పదార్థం ఒక స్థితి నుండి మరొక స్థితికి మారినప్పుడు దానిలోని సమరూపత మారుతుంది. ఉదాహరణకు, నీరు మంచుగా మారినప్పుడు దాని అమరికలో మార్పు వస్తుంది.
ప్రయోగాత్మక పద్ధతులు (Experimental)
ప్రయోగాత్మక భౌతిక శాస్త్రవేత్తలు పదార్థాల కొత్త ధర్మాలను కనుగొనడానికి వివిధ రకాల సాధనాలను ఉపయోగిస్తారు.
స్కాటరింగ్ (Scattering): పదార్థంపైకి ఎక్స్-కిరణాలు (X-rays) లేదా న్యూట్రాన్లను పంపి, అవి ఎలా చెల్లాచెదురవుతాయో గమనిస్తారు. దీని ద్వారా పదార్థం లోపల పరమాణువుల అమరికను తెలుసుకోవచ్చు.Chaikin, P. M.; Lubensky, T. C. (1995). Principles of condensed matter physics. Cambridge University Press.
అయస్కాంత క్షేత్రాలు: బాహ్య అయస్కాంత క్షేత్రాలను ఉపయోగించి పదార్థాల అయస్కాంత ధర్మాలను అధ్యయనం చేస్తారు. న్యూక్లియర్ మాగ్నెటిక్ రెసొనెన్స్ (NMR) వంటి పద్ధతులు వైద్య రంగంలో MRI స్కాన్ల రూపంలో ఉపయోగపడుతున్నాయి.
అతి శీతల వాయువులు: పరమాణువులను లేజర్ కిరణాల సహాయంతో అతి తక్కువ ఉష్ణోగ్రతల వద్ద బంధించి, వాటి ప్రవర్తనను గమనిస్తారు.
అనువర్తనాలు (Applications)
కండెన్స్డ్ మ్యాటర్ ఫిజిక్స్ పరిశోధనలు మన నిత్య జీవితంలో అనేక మార్పులను తెచ్చాయి:
ఎలక్ట్రానిక్స్: ట్రాన్సిస్టర్లు, సెమీకండక్టర్లు, మరియు ఇంటిగ్రేటెడ్ సర్క్యూట్లు అన్నీ ఈ శాస్త్ర ఫలితాలే.
లేజర్లు: కమ్యూనికేషన్ మరియు వైద్య రంగంలో లేజర్ల పాత్ర కీలకం.
నానోటెక్నాలజీ: అతి సూక్ష్మ పరిమాణంలో ఉండే యంత్రాలు మరియు పదార్థాల తయారీ.
వైద్య రంగం: MRI స్కాన్లు మరియు ఇతర డయాగ్నోస్టిక్ పరికరాలు.
క్వాంటం కంప్యూటింగ్: భవిష్యత్తులో రాబోయే అత్యంత వేగవంతమైన కంప్యూటర్ల తయారీకి ఈ రంగంలోని పరిశోధనలు పునాది వేస్తున్నాయి.
ఇవి కూడా చూడండి
మూలాలు (Moolalu)
మరింత సమాచారం కోసం
Anderson, Philip W. (2018). Basic Notions Of Condensed Matter Physics. CRC Press.
Girvin, Steven M. (2019). Modern Condensed Matter Physics. Cambridge University Press.