Redaktion og opdatering af indholdet på denstoredanske.dk er indstillet pr. 24. august 2017. Artikler og andet indhold er tilgængeligt i den form, der var gældende ved redaktionens afslutning.

  • Artiklens indhold er godkendt af redaktionen

faststoffysik (Historisk udvikling)

Oprindelig forfatter HSmi Seneste forfatter Redaktionen

Faststoffysikken tog sin begyndelse i 1912 med opdagelsen af røntgendiffraktion i krystaller. Da røntgenstrålers bølgelængde er af samme størrelsesorden som afstanden mellem naboatomer i krystallinske stoffer, giver målingen af strålernes afbøjning et detaljeret billede af de faste stoffers struktur. Den periodiske orden af atomerne i en krystal er grundlaget for at kunne beskrive faste stoffers egenskaber ved enkle, men slagkraftige modeller.

Kvantemekanikkens fremkomst i 1925 og dens anvendelse på faste stoffer, der indledtes ca. 1930, gav nøglen til forståelsen af krystallernes elektronstruktur og deres termiske og elektriske egenskaber. Eksistensen af et periodisk potential, der skyldes de regelmæssigt placerede atomer, giver anledning til, at elektronernes mulige energiniveauer grupperer sig i bånd, der kan være enten helt eller delvist besat med elektroner. Hermed var vejen banet for en forståelse af metallers, halvlederes og isolatorers karakteristiske egenskaber, og faststoffysikken gik ind i en rivende udvikling, der blandt andet førte til transistorens opfindelse i 1947.

Også fænomener som magnetisme og superledning må beskrives på grundlag af kvantemekanikken, og også for disse er udviklingen sket i et tæt samspil mellem teori og eksperiment. Gennembruddet i forståelsen af superledning kom i 1957, men med opdagelsen af nye superledende materialer (nobelpris 1987) er der stadig mange uafklarede spørgsmål om superledernes virkemåde. Grundstoffer udviser stor variation i deres magnetiske og superledende egenskaber (der normalt udelukker hinanden), og denne righoldighed øges dramatisk, når materialer er sammensat af to eller flere grundstoffer.

Annonce

Rendyrkning af krystaller, køling til meget lave temperaturer og brug af højvakuum er eksempler på, hvorledes udviklingen af eksperimentelle metoder har været afgørende for faststoffysikkens stærke vækst og dens mangfoldige anvendelser, der præger nutidens samfund. Fra opfindelsen af transistoren til de integrerede kredsløb og deres anvendelse i computeren går der en lige linje, hvor udviklingen er båret af indsigten i stoffernes egenskaber på atomart niveau og evnen til at påvirke disse ved brug af raffinerede eksperimentelle teknikker.

Den fremtidige udvikling af det kondenserede stofs fysik må forventes at være præget ikke mindst af de mange nye materialer, det er blevet muligt at fremstille. Komplekse strukturer som legeringer, glasser, amorfe halvledere og polymerer spiller en stigende rolle, også fordi brug af computersimulering har gjort sådanne systemer tilgængelige for en detaljeret teoretisk analyse.

Nanoteknologien, der igennem de sidste årtier af 1900-t. har gjort det muligt at opbygge meget veldefinerede strukturer over afstande på få atomradier, har yderligere bidraget til mangfoldigheden. Tager man ved lære af faststoffysikkens historie, er der al mulig grund til at forvente, at nye og overraskende fænomener vil dukke op som resultat af materialernes øgede diversitet og de dramatiske forbedringer i eksperimentelle metoder som fx røntgendiffraktion eller tunnelmikroskopi.

Referér til denne tekst ved at skrive:
Henrik Smith: faststoffysik (Historisk udvikling) i Den Store Danske, Gyldendal. Hentet 22. marts 2019 fra http://denstoredanske.dk/index.php?sideId=74634