Katı hal fiziği, madde çalışmasıyla ilgilenen fizik dalına denir. Kuantum mekaniği, elektromanyetizma, metalurji ve kristalografi gibi çeşitli yöntemlerle yapılır. Bir bütün olarak malzeme biliminin teorik temelini oluşturur. Katı madde veya katı maddelerin kuantum mekaniği, kristalografi, elektromanyetizma ve metalurji gibi yöntemlerle incelenmesi. Katı hal fiziğinin temel işlevi, bir katı maddenin atomik özelliklerinin genel özelliklerini nasıl etkilediğini incelemektir. Katıların özellikleri yüzyıllardır bilim adamları tarafından incelenmesine rağmen, 1940’lara kadar ayrı bir çalışma alanı olarak ortaya çıkmadı.
Temel Katı Hal Fiziği
Her katı madde yoğun etkileşimli atomlardan oluşur, aralarındaki etkileşim malzemenin özelliklerine karar verir. Maddenin mekanik, elektriksel, optik, termal ve manyetik özelliklerinin tümü onu oluşturan atomların etkileşimine bağlıdır. Atomların düzenli geometrik bir desende veya düzensiz bir desende hizalanması ilgili malzemelere ve oluşturulduğu koşullara bağlıdır. Düzenli ve düzensiz modellerin örneği sırasıyla metaller gibi kristalli katılar ve ortak pencere camı gibi amorf katılar olabilir.
Katı hal Fiziği Uygulaması
Katı hal fiziği ile açıklanan kavramlar etrafımıza titizlikle uygulanır. Bunlar arasında en önemlileri:
-
Cep telefonları ve bilgisayarlar gibi elektronik cihazlar
-
Lazer ve fiber optik gibi optik cihazlar
-
Manyetik Rezonans Görüntüleme (MRI) gibi mıknatıs tabanlı cihazlar ve titreşimli cihazlar
-
Silikon bazlı mantık ve bellek bitleri
Başka bir deyişle modern teknoloji kavramı, katı hal fiziğinin prensiplerine dayanmaktadır. Bir binadaki kablolama, pencere camı ve buzdolabı kapısındaki mıknatıs gibi düzenli şeyler bile katı hal fiziğinden türetilen ilkelere bağlıdır.
Katı hal fiziği kavramları
1912’de Max von Laue, kristallerin X ışınlarını düzenli bir şekilde kırdığını tespit etti. X ışını kırınım fotoğrafları, bir kristalin tekrarlanan düzende atomların veya moleküllerin düzenlemesi olduğunu ortaya koydu. Belirli model genellikle kristalin özelliklerini açıklamaya yardımcı olur. Örneğin bir tür kristal düzenlemesi olan metaller düşük sıcaklıklarda kırılgan hale gelirken, başka bir türü olan metaller güçlü kalır.
Kristalograflar kristal atomlarının örüntülerini analiz ederken, atom ve kuantum teorisyenleri bu örüntülere hangi kuvvetlerin neden olduğunu belirlemeye çalışırlar. Atom teorisi, dışı negatif yüklü elektronlarla çevrili merkezi, pozitif yüklü bir çekirdeğe sahip olduğunu varsayar. Kristalin katıları, bu elektronların en dıştaki etkisine bağlı olarak iyonik, kovalent, metalik veya moleküler kristaller olarak sınıflandırılmasıdır.
