Η φυσική συμπυκνωμένης ύλης μελετά τις φυσικές ιδιότητες της ύλης στις συμπυκνωμένες φάσεις της: στερεά και υγρά. Είναι ο μεγαλύτερος κλάδος της φυσικής σε αριθμό ερευνητών και έχει παράγει μερικές από τις πιο σημαντικές τεχνολογίες του σύγχρονου κόσμου. Οι ημιαγωγοί, οι υπεραγωγοί, οι υγροί κρύσταλλοι και τα μαγνητικά υλικά εμπίπτουν όλα στο πεδίο εφαρμογής της. Ο τομέας διερευνά πώς οργανώνονται τα άτομα και τα ηλεκτρόνια και πώς αυτή η οργάνωση παράγει τις ιδιότητες που παρατηρούμε.

Η κεντρική ιδέα είναι ότι η συλλογική συμπεριφορά έχει σημασία. Ένα μόνο ηλεκτρόνιο είναι απλό. Ένα τρισεκατομμύριο ηλεκτρόνια που αλληλεπιδρούν μεταξύ τους και με ένα πλέγμα ατόμων μπορούν να παράγουν φαινόμενα που κανένα μεμονωμένο σωματίδιο δεν εμφανίζει. Η υπεραγωγιμότητα, όπου το ρεύμα ρέει με μηδενική αντίσταση, είναι ένα παράδειγμα. Ο μαγνητισμός είναι ένα άλλο. Οι τοπολογικοί μονωτές, οι οποίοι άγουν στην επιφάνειά τους αλλά όχι μέσω του όγκου τους, είναι μια πιο πρόσφατη ανακάλυψη. Η φυσική συμπυκνωμένης ύλης μελετά επίσης τις μεταβάσεις φάσης: πώς ένα υλικό αλλάζει από τη μία φάση στην άλλη και τι συμβαίνει στο κρίσιμο σημείο. Ο τομέας επικαλύπτεται με την επιστήμη των υλικών, τη χημεία και τη μηχανική, και έχει οδηγήσει σε πρόοδο στην πληροφορική, την ενέργεια και την ιατρική.

Θέματα σε συμπυκνωμένη ύλη

• Ημιαγωγοί. Υλικά που είναι άγοντα υπό ορισμένες συνθήκες.
• Υπεραγωγοί. Μηδενική αντίσταση κάτω από μια κρίσιμη θερμοκρασία.
• Μαγνητισμός. Πώς ευθυγραμμίζονται τα σπιν στα υλικά.
• Μεταβάσεις φάσεων. Αλλαγές μεταξύ στερεάς, υγρής και άλλων καταστάσεων.
• Τοπολογικά υλικά. Εφαρμογή σε επιφάνειες, μόνωση στο εσωτερικό.

Η φυσική συμπυκνωμένης ύλης δεν ασχολείται μόνο με τα στερεά. Μελετά επίσης τη μαλακή ύλη, συμπεριλαμβανομένων των πολυμερών, των πηκτωμάτων και των υγρών κρυστάλλων.