Solidstatefysik

Solidstatefysik är den gren av fysiken som studerar de fysiska egenskaperna hos fasta ämnen, framför allt elektroners beteende i kristallina och disordered strukturer. Huvudmålet är att förstå hur atomära sammansättningar och bindningar ger elektronik, optik och magnetism samt hur materialens egenskaper kan styras genom konstruktion och bearbetning.

En central teoretisk ram är bandteorin: elektroner rör sig i en periodisk potential och bildar valens- och ledningsband med ett bandgap. Begrepp som Bloch-funktioner, Fermi-nivån och elektronströmmens transport beskriver hur material leder el eller fungerar som isolatorer. Samarbeten mellan kvantmekanik, termodynamik och many-body-effekter är vanligt när man förklarar elektriska och magnetiska egenskaper.

Materialtyperna inkluderar metaller, halvledare och keramiska isolatorer samt tvådimensionella och nanostrukturer såsom grafen och kvantprismor. Forskningen omfattar kristallografi, syntes och karakterisering samt teoretiska beräkningar (till exempel densitetsfunktionalteori, DFT). Vanliga experimentella tekniker inkluderar röntgendiffraktion, elektronmikroskopi och ARPES (angle-resolved photoemission spectroscopy).

Användningar finns inom mikroelektronik, energiomvandling och lagring (transistorer, dioder, solceller, batterier), optoelektronik (LED, laser), spintronik och kvantdatorrelaterade material. Solidstatefysiken bidrar också till utveckling av nya material och bearbetningsmetoder i både industri och akademi.