고체물리학은 양자역학, 결정학, 전자기학, 야금학 등의 방법을 통해서 강체 또는 고체를 연구하는 학문입니다. 그것은 응축 물질 물리학의 가장 큰 분야입니다. 고체 물리학은 고체 물질의 대규모 성질이 원자 규모의 성질에서 어떻게 생기는지를 연구한다. 따라서 고체 물리학은 재료 과학의 이론적 기초를 형성합니다. 트랜지스터나 반도체 등의 직접적인 용도도 있습니다. 고체 물질은 원자가 밀집해 있고, 원자는 격렬하게 상호작용을 합니다. 이러한 상호작용은 고체의 기계적 특성, 열, 전기, 자기 및 광학적 특성을 생성한다. 원자는 재료 및 그 형성 조건에 따라 규칙적인 기하학적 패턴 또는 불규칙한 패턴에 배치할 수 있다. 일반적인 이론으로 고체물리학의 대부분은 결정에 초점을 맞추고 있습니다. 이는 주로 결정 중인 원자의 주기성이 수학적 모델링을 용이하게 하기 때문입니다. 마찬가지로 결정성 재료는 대부분의 경우 전기적, 자기적, 광학적 또는 기계적 특성을 가지며 엔지니어링 목적으로 이용될 수 있습니다.
결정 중의 원자 간의 힘은 여러 가지 형태를 취할 수 있다. 예를 들어 염화나트륨의 결정은 이온성 나트륨과 염소로 이루어져 이온 결합과 함께 유지된다. 다른 것으로는 원자는 전자를 공유하고 공유 결합을 형성합니다. 금속에서, 전자는 금속 결합에 대해 결정 전체에서 공유됩니다. 마지막으로 귀 가스는 이러한 유형의 결합을 경험하지 않습니다. 고체 형태에서는 각 원자 상의 전자 전하운 분극에 기인하는 펀델왈스력과 함께 희 가스가 결합된다. 고체의 종류 차이는 결합의 차이에서 생긴다.
고체의 물리적 성질은 수세기 동안 과학적 연구의 일반적인 주제였지만 고체물리학이라는 이름으로 진행되는 다른 분야는 1940년대 특히 미국 물리학회 내에 고체물리학 부문이 설립될 때까지 나타나지 않았습니다. DSSP는 산업 물리학자를 대상으로 하고 있으며, 고체물리학은 고체의 연구를 통해 가능해진 기술적 응용과 관련되어 있다. 1960년대 초반까지 DSSP는 미국 물리학회의 가장 큰 부문이었습니다.
제2차 세계대전 이후 유럽, 특히 영국, 독일, 소비에트 연방에서도 고체물리학자들의 대규모 커뮤니티가 출현했습니다. 구미에서는 반도체, 초전도, 자기 공명 등 다양한 현상에 대한 조사를 통해 고체가 현저한 분야가 되었다. 냉전 초기 고체 물리학 연구는 고체에 국한되지 않는 경우가 많았으며 1970년대와 1980년대에 일부 물리학자가 응축 물질 물리학 분야를 발견하였다. 응축 물질 물리학은 고체, 액체, 플라스마, 기타 복잡한 물질을 조사하기 위한 일반적인 기술 위주로 구성되어 있었다. 오늘날 고체물리학은 응축 물질 물리학의 서브 필드로 널리 여겨지고 있습니다. 응축 물질은 일반 결정격자를 가진 고체의 성질에 초점을 맞추고 있습니다.
결정 구조와 성질, 재료의 많은 특성은 그 결정 구조에 의해서 영향을 받습니다. 이 구조는 엑스레이 결정학, 중성자 회절, 전자 회절을 포함하는 다양한 결정학 기술을 사용하여 조사할 수 있다. 결정성 고체 재료 중 개개의 결정의 크기는 관련된 물질과 그것이 형성되었을 때의 조건에 따라 달라진다. 일상생활에서 조우하는 대부분의 결정 물질은 다결정이며, 각각의 결정은 스케일이 미미하지만 매크로적인 단결정은 자연스럽게 인공적으로 생성할 수 있다. 실제 결정은 이상적인 배열 결함이나 불규칙성을 특징으로 하며, 이러한 결함이 실제 재료의 전기적 및 기계적 특성의 대부분을 결정적으로 결정합니다.
전기전도나 열용량 등의 재료 특성은 고체물리학에 의해 조사된다. 전기전도 초기 모델은 고체 속 전자에 운동 이론을 적용한 드루드 모델이었습니다. 재료에 부동의 정 이온과 고전적인 비 인터랙티브 전자의 '전자가스'가 포함되어 있다고 가정함으로써 드루드 모델은 전자 열용량을 대폭 과대평가하였으나 금속에서의 전기적 및 열전도율과 홀 효과를 설명할 수 있었다.
아널드 소머펠트는 자유 전자 모델로 고전적인 드루드 모델과 양자역학을 결합했다. 여기서 전자는 양자역학적 페르미 딜라 통계를 따르는 입자의 가스인 페르미 가스로 모델링 된다. 자유전자 모델은 금속 열용량에 대한 예측을 개선했지만 절연체의 존재를 설명하지는 못했다. 거의 자유 전자 모델은 전도 전자와 결정 고체 중의 이온과의 상호작용을 모델화하기 위한 약한 주기적 섭동을 포함하는 자유 전자 모델의 수정이다. 전자밴드 아이디어를 도입함으로써 이 이론은 도체, 반도체, 절연체의 존재를 설명합니다. 거의 자유로운 전자 모델은 주기적인 전위일 경우에 슈뢰딩거 방정식을 바꿔 씁니다. 이 경우의 해결책은 Bloch 상태로 알려져 있습니다. 블로흐 정리는 주기적인 전위에만 적용되며 결정이 주기성을 흐트러진 상태에서 원자의 랜덤 움직임을 멈추지 않으므로 블로흐 정리의 이 사용은 근사치에 불과하지만 매우 가치 있는 근사치임이 증명되고 그것이 없다면 대부분의 고체 물리학의 분석은 다루기 어려울 것이다. 주기성으로부터의 일탈은 양자역학적 섭동 이론에 의해 처리됩니다.