Физика на кондензирана материја е една од гранките на физиката која се занимава со изучување на физичките состојби на агрегатните состојби на кондензираната материја. Физичарите кои се занимаваат со ваквата појава го бараат објаснувањето за однесувањето на овие фази користејќи ги законите на физиката. Поточно, тие се законите на квантна механика, електромагнетизам и статистичка физика.
Како најпознати агрегатни состојби се цврста, течна и гасовита, додека пак во поегзотични состојби влегува и суперкондуктивната состојба изложена преку други материјали на ниска температура, на феромагнетични и антиферомагтични состојби на спиновите на атомските решетки и преку Бозе-Ајнштајновиот кондезат, пронајден во ладни атомски системи. Истражувањата за физиката на кондензирана материја вклучува мерење на состојбите на материјалите преку експерименти користејќи техники од теоретската физика за да се развијат математички модели кои ќе ни помогнат во разбирањето на физичкото однесување.
Разновидноста на системите и феномените достапни за истражување ја прави физиката на кондензирана материја како најистражувано поле во современата физика: една третина од американските физичари се претставуваат како физичари за кондензирана материја, и Одделот за физика на кондензирана материја е најголемиот оддел во Американското здружение на физиката. Ова поле се преклопува со хемија, наука за материјалите и нанотехнологија и се однесува блиску со физика на атомите и биофизика.Физиката на теоретска кондензирана материја споделува важни концепти и техники со теоретските честички и јадрената физика.
Разнобразните полиња во физиката како кристалографија, металургија, еластичност, магнетизам и други, биле третирани како одделни полиња сè до 1940 година го сите заедно биле групирани во едно поле наречено физика на цврста агрегатна состојба. Околу 60-тите години, истражувањето на физичките својства на течностите било додано на оваа листа формирајќи ја основата на нова специјалност на физиката на кондензирана материја. Според физичарот Фил Андерсон, терминот го смислиле тој и Волкер Хајне кога го промениле името на нивната група во лабораториите на Кембриџ, така што од „Теорија на цврста агрегатна состојба“ терминот бил преименуван во „Теорија на кондензирана материја“ во 1967 година, мислејќи дека не ги испуштиле истражувањата на течностите, јадрената материја итн. Иако Андерсон и Хајне помогнале во популизирање на терминот „кондензирана материја“, тој претходно бил споменуван во Европа, додека највеќе бил истакнат во еден весник објавен на англиски, германски, француски од страна на Спрингер и Верлаг со наслов „Физика на кондензирана материја“, кој бил објавен во 1963 година. Политиката на финансирање и Студената војна во периодот на 60-тите и 70-тите биле фактори кои ги натерало физичарите да го претпочитаат терминот „физика на кондензирана материја“, што ја нагласува сличноста на научните проблеми попречени од страна на физичари кои ги истражувале цврстите тела,течностите, плазмата и други комплексни материи, во врска со „физика на цврста агрегатна состојба“ која често била поврзана со индустриската примена на металите и полуспроводниците. Лабораториите на Bell Telephone биле едни помеѓу првите институции кои спровеле истражување во физиката на кондензирана материја.
Препораките за „кондензираната“ состојба можат да бидат проследени од претходните извори. На пример, Јаков Френкел во воведот во неговата книга „Кинетичката теорија на течности“ објавена во 1947 година, предложил „ кинетичката теорија на течности мора соодветно да се развива како генерализација и продолжување на кинетичката теорија на цврсти тела“. Всушност би било подобро да се обединат овие факти под еден наслов како „кондензирани тела“.
Историја Класична Физика Едно од првите истражувања за кондензираните состојби на материјата било извршено од страна на англискиот хемичар Хамфри Дејви, во првите децении на XIX век. Дејви заклучил дека од 40 хемиски елементи познати тогаш, 26 имале својства на метали како сјај, еластичност и висока електрична и топлинска спроводливост. Ова покажало дека атомите во Далтонова теорија на атомите не биле неделиви, како што тврдел Далтон, туку имале цврста структура. Дејви подоцна тврдел дека елементите кои се тогаш се верувало дека биле гасови, азот и водород, би можеле да бидат втечнети под соодветни услови и тогаш би се однесувале како метали.
Во 1823 година, Мајкл Фарадеј, тогаш ассистент во лабораторијата на Дејви, успешно го втечнал хлорот и почнал да ги втечнува сите гасовити елементи, освен азот,водород и кислород. Малку подоцна во 1869 година, ирскиот хемичар Томас Ендруз ги проучувал фазите на транзиција од течност во гас и го измислил поимот критична точка за да ја опише состојбата каде што гас и течност се непрепознатливи како фази. Холандскиот физичар Јоханес Ван дер Ваалс ја дал теоретската рамка што го овозможила предвидувањето на критичкото однесување врз основа на мерките на многу повисоки температури. Во 1908 година, Џејмс Девари Х.Камерлинг Онс успеале да направат течен водород и тогаш новооткриениот хелиум.
Во 1900 година, Паул Друд го предложил првиот теоретски модел на класичен електрон кој се движел низ цврст метал. Друедовиот модел ги опишал својствата на металите во однос на гасовите со слободни електрони и бил првиот микроскопски модел со кој се објасниле емпириските набљудувања како и законот на Видеман-Франц. И покрај успехот на Друедовиот модел на слободни електрони, сепак имал еден проблем, а тоа е дека не успеал точно да го објасни електронскиот придонес на специфичната топлина и магнетните својства на металите, како и температурната зависност на отпорноста на ниски температури.
Во 1911 година, 3 години после втечнувањето на хелиум, Онс работејќи на универзитетот во Лајден ја открил суперспроводливоста на живата, набљудувајќи ја електричната отпорност на живата која исчезнува на температура под некоја одредена вредност. Феноменот тотално ги изненадил најдобрите теоретски физичари во тоа време и останало необјаснето неколку децении подоцна.. Алберт Ајнштајн во 1922 година во однос на современите теории за суперспроводливост рекол дека „со нашето незнаење за квантната механика на композитни системи, сме всушност многу далеку од тоа да бидеме способни да создадеме теорија од овие нејасни идеи“.
Појава на квантната механика Друедовиот класичен модел бил надополнет од страна на Волфганг Паули, Арнолд Зомерфелд, Феликс Блох и многу други физичари. Паули сфатил дека слободните електрони кај металите се потчинуваат пред статистиката на Ферми-Дирак. Користејќи ја оваа идеја, Паули ја развил теоријата за парамагнетизам во 1926 година. Малку подоцна, Зомерфилд ја додал статистиката на Ферми-Дирак во моделот на слободните електрони и го унапредил поради тоа што можел да го објасни топлинскиот капацитет. Две години подоцна, Блох ја искористил квантната механика за да го опише движењето на квантниот електрон во периодични решетки. Математиката за кристалните структури, развиена од страна на Огист Браваис , Јевграф Фјодоров и други била искористена да ги класифицира кристалите според нивната симетрија и табелите за кристалните структури биле основа за Интернационалните табели за кристалографија објавени во 1935 година. Пресметките на кристалните структурни врски биле за првпат употребени 1930 година за да се предвидат својствата на новите материјали. Во 1947 година Џон Бардин, Волтер Братеин и Вилијам Шокли го развиле првиот полуспроводник заснован како транзистор огласувајќи револуција во електрониката.
Во 1879, Едвин Херберт Хол го открил равојот на напонот низ спроводниците попречно на електричната струја во спроводник и магнетно поле нормално на струјата. Овој феномен издигнувајќи се поради природата на носителите на електрицитет кај спроводниците бил наречен Холов ефект, но не бил соодветно образложен во тоа време, со оглед на тоа дека електронот бил откриен 18 години подоцна. После појавата на квантната механика, Лав Ландау во 1930 година ја развил теоријата на ландауовата квантизација и ги поставил темелите на теоретското објаснување на Холовиот ефект половина век подоцна.
Магнетизмот како својство на материјата било познато во Кина 4000 години п.н.е. Сепак, првите модерни студии за магнетизмот започнале со развојот на електродинамиката од страна на Фарадеј, Максвел и други во 19 век, при што била вклучена и класификацијата на материјалите како феромагнетици, парамагнетици и диамагнетици основана врз односот на материјалите врз магнетизмот. Пјер Кири ја изучувал зависноста на магнетизмот со температурата и ја открил таканаречената Кириеова точка во фазата на транзиција кај феромагнетните материјали. Во 1906, Пјер Вајс го претставил концептот на магнетните домени за да ги објасни примарните својства на феромагнетиците. Првиот обид за микроскопско објаснување на магнетизмот бил од страна на Вилхем Ленц и Ернст Ајсинг преку Ајсинговиот модел кој ги опишал магнетните материјали како материјали кои се состојат од спиновите на периодичните решетки кои колективно го доловуваат магнетизмот. Ајсинговиот модел бил наменет точно да покаже дека спонтаната магнетизација не може да се појави во една димензија, но е можна во повеќе-димензионални структури. Понатамошните истражувања како на Блох за спин брановите и на Нил за а нтиферомагнетизам довеле до развој на нови магнетни материјали кои имаат примена во магнетните уреди за складирање.
Современа физика на повеќе тела Моделите на Зомерфелд за феромагнетизам ја прикажале успешната апликација на квантната механика во проблемите на конденизраната материја во 1930та година. Но сè уште имало нерешени проблеми, а најважен бил оној за суперспроводливоста и ефектот на Кондо. По Втората светска војна биле применети неколку идеи од квантната теорија за полето врз проблемите на кондензираната материја. Овие вклучуваат признавање на колективните начини за побудување на цврсти материи и важната идеја за квазичестичките. Рускиот физичар Лев Ландау јас искористил идејата од теоријата за течноста на Ферми каде што нискоенергетски честички од интерактивни фермионски системи биле презентирани како нешто што денес е познато како квазичестички на Ландау. Ландау исто така ја развил и областната теорија за постојаните транзиции на фазите, која што ги опишала наместените фази како спонтани распаѓања на симетријата. Теоријата исто така го воведува поимот на подреден параметар за да направи разлика помеѓу подредените фази. Конечно во 1965 година Џон Бардин, Леон Купер и Џон Шрифер ја развиле таканаречената БЦС теорија за суперспроводливоста, заснована на откритието дека произволно мала привлечност помеѓу два електрони од спротивен спин во посредество на фонони во решетката може да доведе до подигнувње во врзана состојба наречена Куперов пар.
Прочувањето на транзициите на фазите и критичното однесување на набљудуваните објекти, познато како критичниот феномен, било од голем интерес во шеесеттите. Лео Каданоф, Бенџамин Видом и Мајкл Фишер ги разработиле идеите за критичните експоненти и скалирањето. Овие идеи биле унифицирани од Кенет Вилсон во 1972 година под формализмот на ренормализираната група во контекст на квантната теорија.