Kopsavilkums
Cietvielu fizika nosaka saistÄ«bu starp atseviŔķu materiÄla daļiÅu (atomu, molekulu) un Å”o daļiÅu apvienojumu fizikÄlajÄm Ä«paŔībÄm.
cietvielu fizika
kondensÄtÄs vides fizikas apakÅ”nozare, kuras uzdevums aprakstÄ«t cietvielu fizikÄlÄs Ä«paŔības, balstoties uz to atomu uzbÅ«vi
Saistītie Ŕķirkļi
Nozares un apakŔnozares
JÅ«liha izpÄtes centra (Juelich Research Center) Cietvielu stÄvokļa izpÄtes institÅ«ta darbinieks pie iekÄrtas, kas nodroÅ”ina tÄlÄko mikro un nanoelektronikas attÄ«stÄ«bu un veic magnÄtisko slÄÅu sistÄmu izpÄti. VÄcija, 01.04.2020.
Satura rÄdÄ«tÄjs
PraktiskÄ un teorÄtiskÄ nozÄ«me
Cietvielu fizikas praktiskÄ nozÄ«me saistÄ«ta ar dažÄdÄm iekÄrtÄm un ierÄ«cÄm, kuru darbÄ«bas pamatÄ ir atklÄjumi materiÄlzinÄtnÄ ā cietvielu fizikas apakÅ”nozarÄ, kas nodarbojas ar materiÄlu pielietojumiem. IzplatÄ«tÄkie pielietojuma piemÄri ir pusvadÄ«tÄju ierÄ«ces: mobilie telefoni, televizori un datori. Cietvielu fizikas teorÄtiskÄ nozÄ«me saistÄ«ta ar materiÄlu izpÄtes fundamentÄlajÄm problÄmÄm un materiÄlu Ä«paŔību modelÄÅ”anu.
Vieta zinÄtnes klasifikÄcijÄ. Galvenie sastÄvelementi
Cietvielu fizika ietver vairÄkas apakÅ”nozares: kristalogrÄfiju, materiÄlzinÄtni, stiklu fiziku, nanoizmÄru fiziku, fÄzu pÄrejas, augstu temperatÅ«ru fiziku, zemu temperatÅ«ru fiziku, virsmas fiziku, supravadÄmÄ«bu, magnÄtiskÄs rezonanses, dielektriÄ·u fiziku, pusvadÄ«tÄju fiziku, metÄlu fiziku, polimÄru fiziku, cietvielu spektroskopiju un citas apakÅ”nozares. Cietvielu fizika balstÄs uz termodinamiku, elektrodinamiku, optiku un kvantu fiziku.
GalvenÄs teorijas un metodes
GalvenÄs cietvielu fizikas teorijas: VÄ«demana-Franca likums, brÄ«vo elektronu metÄlos teorija, grupu teorija, zonu teorija, Ginzburga-Landaus teorija. Metodes: rentgena difrakcijas analÄ«ze, optiskÄ un elektronu mikroskopija, optiskÄ un magnÄtiskÄs rezonanses spektroskopija, masspektrometrija un cjtas.
ÄŖsa vÄsture
Cietvielu fizikas pirmsÄkums ir 1853. gads, kad vÄcu fiziÄ·i Gustavs VÄ«demans (Gustav Heinrich Wiedemann) un Rudolfs Francs (Rudolph Franz) atklÄja, ka metÄlos siltuma vadÄmÄ«bas attiecÄ«ba pret elektrisko vadÄmÄ«bu ir lielums, kas proporcionÄls materiÄla temperatÅ«rai. DažÄdiem metÄliem vienÄdÄs temperatÅ«rÄs Ŕī attiecÄ«ba ir apmÄram vienÄda. 1878. gadÄ amerikÄÅu fiziÄ·is Edvins Holls (Edwin Herbert Hall) atklÄja ā ja pa vadÄ«tÄja plÄksni plÅ«st strÄva un Ŕī plÄksne ievietota magnÄtiskajÄ laukÄ, kas perpendikulÄrs strÄvas virzienam, tad uz plÄksnes malÄm rodas potenciÄlu starpÄ«ba. Å o spriegumu sauc par Holla spriegumu, bet paÅ”u efektu par Holla efektu. ÄŖpaÅ”a nozÄ«me Holla efektam ir pusvadÄ«tÄju elektrisko Ä«paŔību izpÄtÄ. 1900. gadÄ vÄcu fiziÄ·is Pols Drude (Paul Karl Ludwig Drude) izstrÄdÄja metÄlu elektriskÄs vadÄmÄ«bas modeli, ar kura palÄ«dzÄ«bu iespÄjams aprakstÄ«t Holla efektu, metÄlu termisko vadÄmÄ«bu un VÄ«demana-Franca likumu. 1927. gadÄ Arnolds Zommerfelds (Arnold Johannes Wilhelm Sommerfeld) papildinÄja P. Drudes modeli, pielietojot elektronu aprakstam Fermi-DÄ«raka statistiku. 1911. gadÄ Heike Onness (Heike Kamerlingh Onnes) atklÄja, ka dzÄ«vsudrabam Ŕķidra hÄlija temperatÅ«rÄ (4.2 K) elektriskÄ pretestÄ«ba samazinÄs lÄ«dz nullei. 1912. gadÄ vÄcu fiziÄ·i Makss fon Laue (Max Theodor Felix von Laue), Valters FrÄ«drihs (Walter Friedrich) un Pauls Knippings (Paul Knipping) atklÄja rentgena staru difrakciju no kristÄliskÄm struktÅ«rÄm un pierÄdÄ«ja, ka kristÄli sastÄv no periodiskÄ veidÄ sakÄrtotiem atomiem. KristalogrÄfijas attÄ«stÄ«bu aizsÄka britu zinÄtnieki Viljams Bregs (Sir William Lawrence Bragg) un Viljams Bregs (Sir William Henry Bragg), izstrÄdÄjot kristÄlu struktÅ«ras noteikÅ”anas metodi (1912) un nosakot kristÄlu struktÅ«ru sÄrmmetÄlu halogenÄ«diem.
ÄŖpaÅ”i strauju attÄ«stÄ«bu cietvielu fizika piedzÄ«voja 20. gs. vidÅ«, ko veicinÄja kvantu mehÄnikas atklÄjumi. 1925. gadÄ austrieÅ”u fiziÄ·is Volfgangs Pauli (Wolfgang Ernst Pauli), izmantojot kvantu mehÄnikas priekÅ”status un Fermi-DÄ«raka statisku, izskaidroja metÄlu paramagnÄtismu. 1928. gadÄ Å”veicieÅ”u fiziÄ·is Felikss Blohs (Felix Bloch) lika pamatus kvantu teorÄtiskajam cietvielu fizikas aprakstam.
1945. gadÄ amerikÄÅu fiziÄ·is un izgudrotÄjs Viljams Å oklijs (William Bradford Shockley) piedÄvÄja pusvadÄ«tÄja pastiprinÄtÄja koncepciju, kuras pamatÄ ir lauka-efekta princips. 1947. gadÄ amerikÄÅu fiziÄ·i Džons BardÄ«ns (John Bardeen) un Volters Brateins (Walter Houser Brattain) uz germÄnija bÄzes izveidoja tranzistoru un pierÄdÄ«ja, ka Ŕī ierÄ«ce var strÄdÄt kÄ pastiprinÄtÄjs. 1950. gadÄ Ä»evs Landaus (ŠŠµĢŠ² ŠŠ°Š²ŠøĢŠ“Š¾Š²ŠøŃ ŠŠ°Š½Š“Š°ĢŃ) un VitÄlijs Ginzburgs (ŠŠøŃŠ°ĢŠ»ŠøŠ¹ ŠŠ°ĢŠ·Š°ŃŠµŠ²ŠøŃ ŠŠøĢŠ½Š·Š±ŃŃŠ³) izveidoja Ginzburga-Landaus teoriju supravadÄmÄ«bas aprakstam. 1980. gadÄ Klauss fon Klicings (Klaus von Klitzing), eksperimentÄjot ar silÄ«cija lauka tranzistoru, apstiprinÄja 1975. gadÄ izteikto kvantu Holla efekta teorÄtisko pareÄ£ojumu, kas nosaka Holla pretestÄ«bas kvantÄto dabu. 1986. gadÄ IBM (International Business Machines Corporation) kompÄnijas zinÄtnieki Johanness Bednorcs (Johannes Georg Bednorz) un Karls Millers (Karl Alexander Muller) atklÄja, ka bÄriju, lantÄnu un varu saturoÅ”os keramiskos materiÄlos supravadÄmÄ«bas stÄvoklis iestÄjas 35 K (ā238 oC) temperatÅ«rÄ, kas ir augstÄka nekÄ vienkÄrÅ”iem metÄliskiem materiÄliem. Ar Å”o atklÄjumu aizsÄkÄs jaunu materiÄlu ā augsttemperatÅ«ras supravadÄ«tÄju ā pÄtÄ«jumi. 1988. gadÄ franÄu fiziÄ·is Alberts Ferts (Albert Fert) un, neatkarÄ«gi no viÅa, vÄcu fiziÄ·is PÄters GrÄ«nbergs (Peter Andreas GrĆ¼nberg) feromagnÄtisko materiÄlu plÄnajÄs kÄrtiÅÄs atklÄja gigantiskÄs magnetopretestÄ«bas (giant magnetoresistance, GMR) efektu, kas izpaužas bÅ«tiskÄs materiÄla elektriskÄs pretestÄ«bas izmaiÅÄs atkarÄ«bÄ no tÄ magnetizÄcijas. 2004. gadÄ KonstantÄ«ns Novoselovs (Sir Konstantin Sergeevich Novoselov) un AndrÄ Geims (Sir Andre Konstantin Geim), izmantojot lÄ«mlenti, atdalÄ«ja elementÄru grafÄ«ta slÄni ā grafÄnu, par ko 2010. gadÄ saÅÄma Nobela prÄmiju. TÄlÄku pÄtÄ«jumu rezultÄtÄ atklÄjÄs, ka Å”im materiÄlam piemÄ«t ne tikai mehÄniskÄ izturÄ«ba, bet arÄ« liela elektrovadÄmÄ«ba un siltuma vadÄmÄ«ba, kas ļauj prognozÄt tÄ plaÅ”o pielietojamÄ«bu sensoru un Saules elementu jomÄ.
PaÅ”reizÄjais attÄ«stÄ«bas stÄvoklis
MÅ«sdienu cietvielu fizikas pÄtÄ«jumos tiek attÄ«stÄ«tas un pilnveidotas jau eksistÄjoÅ”Äs teorijas un veidotas jaunas. GalvenÄ uzmanÄ«ba tiek pievÄrsta Å”Ädiem virzieniem: nanodaļiÅas, oglekļa nanovadi un nanocaurulÄ«tes, grafÄns, plÄnÄs kÄrtiÅas topoloÄ£iskie izolatori, spintronika, klasiskÄs un kvantu fÄzu pÄrejas un citiem.
GalvenÄs pÄtniecÄ«bas iestÄdes
Maksa Planka biedrÄ«bas institÅ«ti (Max Planck Gesellschaft) pÄta koloÄ«dus, mikrostruktÅ«ras, polimÄrus, paÅ”organizÄjoÅ”Äs struktÅ«ras. Krievijas ZinÄtÅu akadÄmijas Cietvielu fizikas institÅ«ts (ŠŠ½ŃŃŠøŃŃŃ ŃŠøŠ·ŠøŠŗŠø ŃŠ²ŠµŃŠ“Š¾Š³Š¾ ŃŠµŠ»Š° Š Š¾ŃŃŠøŠ¹ŃŠŗŠ¾Š¹ Š°ŠŗŠ°Š“ŠµŠ¼ŠøŠø Š½Š°ŃŠŗ) pÄta elektronu transportu pusvadÄ«tÄjos, fÄzu pÄrejas, funkcionÄlos materiÄlus mikroelektronikai un optoelektronikai. Tokijas UniversitÄtes Cietvielu fizikas institÅ«tÄ (ę±äŗ¬å¤§å¦ćē©ę§ē ē©¶ę) notiek pÄtÄ«jumi nanoizmÄru materiÄlu fizikÄ, materiÄlu modelÄÅ”anÄ. Kalifornijas UniversitÄtÄ, LosandželosÄ (University of California, Los Angeles), tiek pÄtÄ«ti pjezoelektriskie materiÄli, grafÄns.
SvarÄ«gÄkie periodiskie izdevumi
NozÄ«mÄ«gÄkie periodiskie izdevumi: Advanced Materials (kopÅ” 1989. gada; tematika: materiÄlu zinÄtne, nanotehnoloÄ£ijas, pusvadÄ«tÄji, supravadÄ«tÄji, keramika), Nature Materials (kopÅ” 2002. gada; tematika: materiÄli enerÄ£ijai, magnÄtiskie materiÄli, nanoizmÄra materiÄli, materiÄlu modelÄÅ”ana un teorija), Physica Status Solidi sÄrijas (a), (b) (kopÅ” 1961. gada; tematika: materiÄlu sintÄze, struktÅ«ras analÄ«ze, nanostruktÅ«ras, virsma, cietvielu struktÅ«ru teorÄtiskie pÄtÄ«jumi, supravadÄmÄ«ba, magnÄtisms).
IevÄrojamÄkie pÄtnieki
Cietvielu fiziÄ·is P. Drude izstrÄdÄja metÄlu elektriskÄs vadÄmÄ«bas modeli. F. Blohs lika pamatus kvantu teorÄtiskajam cietvielu fizikas aprakstam.
Multivide
JÅ«liha izpÄtes centra (Juelich Research Center) Cietvielu stÄvokļa izpÄtes institÅ«ta darbinieks pie iekÄrtas, kas nodroÅ”ina tÄlÄko mikro un nanoelektronikas attÄ«stÄ«bu un veic magnÄtisko slÄÅu sistÄmu izpÄti. VÄcija, 01.04.2020.
Felikss Blohs pie kodolu indukcijas spektrometra. 1945. gads.
Autora ieteiktie papildu resursi
Tīmekļa vietnes
IeteicamÄ literatÅ«ra
Anatolijs Å arakovskis "Cietvielu fizika". NacionÄlÄ enciklopÄdija. https://enciklopedija.lv/skirklis/1045-cietvielu-fizika (skatÄ«ts 13.09.2026)