凝縮系物理学は、物質の凝縮相（固体と液体）における物理的性質を研究する分野です。研究者数において物理学の中で最大の分野であり、現代世界において最も重要な技術のいくつかを創出してきました。半導体、超伝導体、液晶、磁性材料はすべてその研究対象に含まれます。この分野では、原子と電子がどのように組織化され、その組織化によって私たちが観察する性質がどのように生み出されるのかを問いかけます。

中心となる洞察は、集団的な振る舞いが重要であるということだ。単一の電子は単純である。しかし、1兆個の電子が互いに、そして原子の格子と相互作用することで、単一の粒子では見られない現象が生じる。電流が抵抗なく流れる超伝導はその一例である。磁性もまた別の例だ。表面では伝導するが内部では伝導しないトポロジカル絶縁体は、比較的新しい発見である。凝縮系物理学では、相転移、つまり物質がどのようにある相から別の相に変化するのか、そして臨界点で何が起こるのかも研究される。この分野は材料科学、化学、工学と重なり合っており、コンピューティング、エネルギー、医学の進歩を牽引してきた。

凝縮系物理学のトピック

• 半導体。 特定の条件下で導電性を示す材料。
• 超伝導体。臨界温度以下では抵抗がゼロになります。
• 磁性。 物質中のスピンの整列方法。
• 相転移。固体、液体、およびその他の状態間の変化。
• トポロジカル材料。 表面では導電性があり、内部では絶縁性があります。

凝縮系物理学は固体だけを対象とするものではありません。ポリマー、ゲル、液晶などのソフトマターも研究対象としています。