固態物理學

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介紹

“固態物理學”的研究始於1940年，當時科學家開始研究固體材料的原子特性。每種固體材料都由緊密堆積的原子組成，其特性取決於這些原子之間的相互作用（physics, 2022）。原子間的相互作用決定了固體材料的電學、磁學、熱學、光學和力學特性。在科學領域，固體顆粒原子的排列方式通常呈幾何形狀、不規則或規則模式。固體顆粒原子的排列方式主要取決於所涉及的材料以及形成它們的條件。

“固態物理學”：解釋

在這個現代化和先進技術的世界裡，“固態物理學”的原理被用來探測固體材料的原子特性。從1940年開始，科學家們藉助晶體學、冶金學、量子物理學和電磁學來研究固體或剛性材料的原子特性 (Junker, 2019)。所有這些都是材料科學理論基礎的主要組成部分。“固態物理學”也被認為是凝聚態物理學的一個分支。

固體顆粒的熱學、光學、力學、磁學和電學特性取決於固體材料中原子間的相互作用。根據“固態物理學”的原理，固體材料中原子呈幾何圖案、不規則或規則圖案的排列方式，主要取決於材料本身以及形成這些材料的條件。

“固態物理學”的應用

科學家們闡述的“固態物理學”概念廣泛應用於我們周圍。

• “固態物理學”的主要應用領域包括電子裝置，例如計算機和行動電話。

• 這項“固態物理學”也應用於光學裝置，例如光纖和雷射。

• 在核磁共振成像(MRI)以及其他基於磁場和振動的裝置中，也應用了“固態物理學”。

• “固態物理學”的另一個主要應用是記憶體單元和基於矽的邏輯裝置或工具。

所有先進和現代化技術的核心都依賴於“固態物理學”的原理。這些原理也適用於建築佈線系統、冰箱門的磁鐵系統和窗玻璃 (Wang et al. 2017)。除此之外，“固態物理學”的原理還應用於各種晶體固體的規則和不規則模式，例如無定形固體，如窗玻璃和金屬。

“固態物理學”的用途

“固態物理學”的原理可以應用於各種先進和現代技術，這些技術被用於科學研究、大型工業和空間研究所。這些固體材料可以是金屬、非晶態材料和光學裝置、磁性和電學裝置。基於矽的裝置也基於“固態物理學”的原理執行 (Kittel, 2021)。固體材料的原子特性主要決定其物理、力學和化學強度，以及它們與光的相互作用和導電能力。“固態物理學”是技術領域最重要的學科之一，因為它為設計先進電子儀器或裝置所需的電路提供了有效的指導。

“固態物理學”的特性

“固態物理學”的研究包括對固體材料及其通常影響其整體特性的原子特性的研究。“固態物理學”的研究內容包括固體材料的電學、磁學、熱學、光學和力學特性。“固態物理學”中可以評估的固體材料的主要特性包括電子特性和晶體特性。

圖1：凝聚態物理學

具有晶體結構的材料可以透過晶體學技術來研究，例如中子衍射、電子衍射和X射線晶體學。“固態材料”的電子特性可以透過研究諸如熱容和電導率之類的特性來確定 (Kittel, 2021)。德魯德模型被認為是最早的電導率模型，它有助於解釋金屬中的霍爾效應和熱導率。

結論

“固態物理學”的研究主要集中在具有不同原子特性和結構的多個粒子集合的微觀特性上。所有固體材料都由非常緊密堆積的原子組成，原子之間的相互作用基本上由它們的物理或化學性質決定。“固態物理學”的原理可以應用於各種電子工具，如計算機或行動電話。光學裝置（如光纖和雷射）以及磁性裝置和其他現代化技術也基於“固態物理學”的原理執行。

常見問題

Q1. “固態”是什麼意思？

“固態”這個名稱來源於電訊號透過的固體路徑。這些路徑被認為是半導體材料的“固體塊”。常見的固態器件是電晶體。

Q2. 學習“固態物理學”的動機是什麼？

為了激發理科學生學習“固態物理學”的興趣，可以為他們提供各種有效的激勵措施。可以為他們提供技術方面的激勵和基礎物理學方面的激勵。還可以透過獎勵諾貝爾獎來激勵學生在這個領域的研究。

Q3. “固態物理學”的發明者是誰？

“固態物理學”的發明者是阿爾伯特·愛因斯坦。這項研究始於1940年，科學家們利用這一原理來確定各種技術的執行機制。

Q4. “凝聚態物理學”和“固態物理學”的區別是什麼？

“固態物理學”被認為是“凝聚態物理學”的一個分支。兩者之間的主要區別在於，“固態物理學”研究的是晶體作為固體結構的特性，而“凝聚態物理學”則研究液體和固體系統。

參考文獻

期刊

Junker, G. (2019). Supersymmetric methods in quantum, statistical and solid-state physics. Bristol: IOP Publishing. Retrieved from: https://scholar.archive.org

Kittel, C. (2021). Introduction to Solid State Physics Solution Manual. Retrieved from: http://debracollege.dspaces.org

Kittel, C. (2021). Introduction to solid-state physics Eighth edition. Retrieved from: http://debracollege.dspaces.org

Wang, Y., Jin, X., Yu, H. S., Truhlar, D. G., & He, X. (2017). Revised M06-L functional for improved accuracy on chemical reaction barrier heights, noncovalent interactions, and solid-state physics. Proceedings of the National Academy of Sciences, 114(32), 8487-8492. Retrieved from: https://www.pnas.org

網站

physics (2022). About Solid State Physics. Retrieved from: https://www.physics.mcgill.ca [檢索日期：2022年6月17日]