Transportphysik

Transportphysik ist das Fachgebiet der Physik, das sich mit dem Transport von Ladung, Energie, Impuls und anderen quantenmechanischen Exitationen in Materie befasst. Es umfasst klassische Diffusion, ballistischer Transport in nanoskopischen Systemen sowie hydrodynamische oder Quantentransportphänomene in Festkörpern, Flüssigkeiten und Plasmen. Typische Teilgebiete sind elektronischer Transport, thermischer Transport, Spintransport und die Kopplung dieser Kanäle in komplexen Materialien.

Im theoretischen Teil werden Modelle wie die Boltzmanntransportgleichung, der Kubo-Formalismus, der Landauer-Büttiker-Formalismus und, je nach System, hydrodynamische Beschreibungen verwendet. In der Quantentransportphysik spielen Mesoskopie, Kohärenz und Interferenz eine Rolle. Praktisch betrachtet, reicht der Bereich von diffusivem Transport in makroskopischen Proben bis zu ballisticem Transport in Nanostrukturen.

Zu den zentralen Messgrößen gehören elektrische Leitfähigkeit und Widerstand, Hall- und Magnetotransport, sowie Seebeck- und Peltierkoeffizienten sowie die Wärmekonduktivität. Spezielle Teilfelder behandeln Spintransport und Spintronik, thermoelektrische Effekte sowie Transport in Topologischen Isolatoren, Graphen und anderen 2D-Materialien.

Anwendungsgebiete reichen von Mikroelektronik, Energieumwandlung (Thermoelektrik) bis hin zu Quanten- und Nanoelektronik. Transportphysik ist eng mit Festkörper- und Plasmaphysik verbunden und fungiert als Brücke zwischen Grundlagenforschung und technischer Anwendung.