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최근 수정 시각 : 2022-04-23 02:52:07

응집물질물리학

고체물리학 · 응집물질물리학
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1. 개요2. 교과목3. 내용
3.1. 강상관계
4. 기타5. 관련 문서

1. 개요

凝集物質物理學 / Condensed Matter Physics

현대 물리학의 한 분야이자, 말 그대로 입자간 상호작용이 강한, 응집된 물질의 상태에 대해 연구하는 분야이다. 응집물질의 대표적인 예는 액체 고체 등이 있으며, 보스-아인슈타인 응집물질이나 초전도체, 초유동체 같은 특수한 물질의 상태, 물질상의 변화 즉, 상전이도 다룬다. 하위 분야로, 주로 고체의 성질에 대해 연구하는 고체물리학이 있다.[1]

한국물리학회 회원중 약 25%가 응집물질물리를 연구하고 있어, 물리학과에서 가장 많은 연구자가 응집집중되어 있다.
일본에서는 전통적으로 물성물리학으로 표기하고 있으며, 영어로는 condensed matter physics 로 동일하다

2. 교과목

물리학과에서 학부 4학년~대학원 과정부터 개설되기 시작한다. 선수과목으로는 물리학과 학부과정의 대부분 내용 ( 양자역학 등)이 요구된다.

3. 내용

말 그대로 '뭉쳐 있는' 물질이 모두 연구대상이니, 그 특성상 다루는 내용이 무척 넓고 다양하다. 실제로, 어느 정도 일반론을 제외하면 랩마다 연구 분야도 천차만별이고, 이러다 보니 끌어다 쓰는 이론도 고체물리와 같이 전자기학, 양자역학, 통계역학 등등 필요에 따라 이것저것 가져다 쓰며, 심지어 이론 응집물리에서는 양자장론(...)도 가져다 쓴다. 즉 골고루 잘 해야 시작해볼 수 있는 분야.

나노/표면물리, 자성, 초전도, 전자분광 등의 분야가 있으며, 각각 이론과 실험으로 갈린다.

3.1. 강상관계

strongly correlated systems

구성 입자들이 하게 호작용을 하는 시스템. 강상관계는 기본적으로 운동 에너지보다 상호작용 에너지의 효과가 훨씬 더 커서, 섭동이론(perturbation theory)[3]이 적용되지 않는 계라고 정의할 수 있다.

고체물리학은 1900년대 초중반 양자역학, 1960년대 이후 밀도범함수 이론(density functional theory), 띠 이론[4] 등을 통해 발전했다.[5] 그러나 강상관계 물질은 띠 이론을 통해 설명하기 어렵다. 전자와 전자 사이의 쿨롱(Coulomb) 상호작용이 중요해지면, 전자구조가 유효장 내에서 하나의 전자가 움직인다는 단일전자근사가 성립하지 않는다. 강상관계 물질에서는 전자 간의 강한 상호작용으로 인해 띠 이론으로 설명하지 못하는 새로운 물성 - 하나의 전자의 특성으로는 표시되지 못하는 집단현상- 이 발현된다. 고온 초전도 현상, 초거대자기저항, 강자성, 그리고 다강체 현상이 발현 현상의 대표적인 예이다.

4. 기타

5. 관련 문서


[1] 사실 역사적으로 보면 고체물리학에서 응집물질 물리학이 갈라져 나온 쪽에 가깝다. [2] 수 켈빈 이하의 극저온. [3] 서로 약하게 상호작용하는 계에 바탕을 둔 여러 개념들과 방법론 [4] band theory. 고체 물질의 전자구조를 전자 1개가 유효장 내에서 움직임으로 근사하여 계산한다. 반도체 산업 발전에 기여했다. [5] 이 문단은 강상관계 물질 연구단 소개 (2017)을 참조하였다.