Die Festkörperphysik untersucht die physikalischen Eigenschaften von Materie in ihren kondensierten Phasen: fest und flüssig. Sie ist gemessen an der Anzahl der Forscher der größte Zweig der Physik und hat einige der bedeutendsten Technologien der modernen Welt hervorgebracht. Halbleiter, Supraleiter, Flüssigkristalle und magnetische Materialien fallen alle in ihren Forschungsbereich. Die Physik fragt, wie sich Atome und Elektronen organisieren und wie diese Organisation die beobachteten Eigenschaften hervorbringt.

Die zentrale Erkenntnis ist, dass kollektives Verhalten von Bedeutung ist. Ein einzelnes Elektron ist einfach. Doch Billionen von Elektronen, die miteinander und mit einem Atomgitter wechselwirken, können Phänomene erzeugen, die kein einzelnes Teilchen zeigt. Supraleitung, bei der Strom ohne Widerstand fließt, ist ein Beispiel dafür. Magnetismus ist ein weiteres. Topologische Isolatoren, die an ihrer Oberfläche leiten, aber nicht in ihrem Inneren, sind eine neuere Entdeckung. Die Festkörperphysik untersucht auch Phasenübergänge: wie ein Material von einer Phase in eine andere übergeht und was am kritischen Punkt geschieht. Das Gebiet überschneidet sich mit Materialwissenschaft, Chemie und Ingenieurwesen und hat Fortschritte in der Computertechnik, der Energietechnik und der Medizin vorangetrieben.

Themen der Festkörperphysik

• Halbleiter. Materialien, die unter bestimmten Bedingungen leiten.
• Supraleiter. Nullwiderstand unterhalb einer kritischen Temperatur.
• Magnetismus. Wie sich Spins in Materialien ausrichten.
• Phasenübergänge. Veränderungen zwischen festem, flüssigem und anderen Zuständen.
• Topologische Materialien. Leiten an Oberflächen, isolieren im Inneren.

Die Physik der kondensierten Materie befasst sich nicht nur mit Festkörpern. Sie untersucht auch weiche Materie, einschließlich Polymere, Gele und Flüssigkristalle.