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고체물리학

 

고체 물리학이란 무엇 인가?
20 세기가 시작이 되면서 양자 역학이 태생이 되면서 물리학이 비약적으로 발전을 하게 된다. 이 양자 물리를 가장 많이 다루고 있는 학문이 고체 물리학이다.

고체 물리학이란 물성물리학의 한 분야로 고체의 물리적인 여러 성질을 그 원자적 구조와 관련시켜서 연구하는 학문이다. X선 회절법이 발견이 되면서 고체 내면을 이루고 있는 원자의 배열인 결정구조를 알게 되면서 고체 내면을 볼 수 있게 되었다.
원자의 세계를 기술할 수 있는 양자론, 통계학이 발전이 되고 여러 실험 기기가 발전을 하면서 우리는 원자로 구성이 되어 있는 고체 내부를 심도 있게, 직접 관찰을 할 수가 있게 되었던 것 이다.
고체물리학은 1930년 후반부터 싹트기 시작하였고, 현재 매우 빠르게 발전하고 있다. 고체 중에서 결정체는 취급하기 쉽기 때문에 연구가 많이 이루어졌고, 연구대상 물질로는 금속, 이온결정, 반도체, 유전체, 자성체, 초전도체 등이 포함되고 현재는 나노 물질, 비결정질 물질까지 그 연구 범위를 넓혀가고 있다. 현재 고체 물리의 매우 발전을 하여, 미시적 입장에서도 고체의 특성을 이해할 수 있다. 고체물리학 내에는 전자상태에 대한 문제, 구조의 해명, 반도체 또는 이온결정에서의 불순물 준위, 상전이에 대한 문제, 초전도 본질 파악을 포함한 극저온에서의 각종 이상 현상, 초고압 하에서의 특성변화 등 다채로운 분야가 있다.
필요에 따라 원하는 특성을 가지는 결정의 성분과 구조를 추적할 수도 있게 되어, 물질의 원자적 설계가 어느 정도 가능하게 되었다. 고체 내의 전기의 흐름을 알기 위해서는 전자와 홀로 이루어져 있는 페르미면의 모양을 알아야 하는데 이를 기반으로, 미시적 입장에서 고체의 특성을 이해할 수 있어 그 연구 범위가 넓어지고 있다.
연구방법은 X선결정학, 전자살회절, 중성자살회절, 고체광학, 각종 저온 물리학 등이 있으며, 이론적인 연구대상으로는 결정격자의 역학, 고체전자론, 고체의 통계론 등이 있다.

고체물리학이 이룩한 가장 큰 성과의 하나는 트랜지스터의 발명 이후 눈부시게 발전해온 각종 고체 소자에 대한 연구이며, 이로써 현대 과학은 일대 혁신을 맞이하게 되었다.
특히 철강, 금속, 반도체, 정보 저장 장치, 통신의 강국으로 부상한 우리나라의 산업체에서는 이 고체 물리학에 대한 수요가 매우 높다. 현재 물리학자의 반 이상이 고체 물리를 연구 한다는 사실만으로도 이 학문이 얼마나 중요 하다는 것을 알 수가 있다.
고체 물리를 이해를 하려면 역학, 전자기는 물론 양자 역학, 통계 물리학의 기초 수준은 알아야 한다.

 
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