يدرس علم فيزياء المادة المكثفة الخصائص الفيزيائية للمادة في حالتيها المكثفتين: الصلبة والسائلة. وهو أكبر فروع الفيزياء من حيث عدد الباحثين، وقد ساهم في تطوير بعض أهم التقنيات في العالم الحديث. تشمل مجالاته أشباه الموصلات، والموصلات الفائقة، والبلورات السائلة، والمواد المغناطيسية. ويتناول هذا العلم كيفية تنظيم الذرات والإلكترونات، وكيف ينتج عن هذا التنظيم الخصائص التي نلاحظها.

تكمن الفكرة الأساسية في أهمية السلوك الجماعي. فالإلكترون الواحد بسيط، لكن تفاعل تريليون إلكترون مع بعضها البعض ومع شبكة من الذرات يُمكن أن يُنتج ظواهر لا يُمكن أن يُظهرها أي جسيم منفرد. ومن الأمثلة على ذلك الموصلية الفائقة، حيث يتدفق التيار دون مقاومة، والمغناطيسية. أما العوازل الطوبولوجية، التي تُوصل التيار على سطحها فقط دون أن تخترق بنيتها الداخلية، فهي اكتشاف حديث. كما يدرس علم فيزياء المادة المكثفة التحولات الطورية: كيف تتغير المادة من طور إلى آخر، وماذا يحدث عند النقطة الحرجة. ويتداخل هذا المجال مع علوم المواد والكيمياء والهندسة، وقد ساهم في إحداث تقدم في مجالات الحوسبة والطاقة والطب.

مواضيع في المادة المكثفة

• أشباه الموصلات. مواد موصلة في ظل ظروف معينة.
• Superconductors. مقاومة معدومة تحت درجة حرارة حرجة.
• المغناطيسية. كيف تصطف اللفات في المواد.
• التحولات الطورية. التغيرات بين الحالة الصلبة والسائلة وغيرها من الحالات.
• مواد طوبولوجية. موصلة على الأسطح، عازلة في الداخل.

لا يقتصر علم فيزياء المادة المكثفة على المواد الصلبة فقط، بل يدرس أيضاً المواد اللينة، بما في ذلك البوليمرات والهلاميات والبلورات السائلة.