Estado Sólido
Este elemento es una expansión del contenido de los cursos y guías de Lawi. Ofrece hechos, comentarios y análisis sobre este tema. [aioseo_breadcrumbs]
Física de Estado Sólido
La física del estado sólido es el estudio de las propiedades fundamentales de los materiales sólidos, ya sean cristalinos -por ejemplo, la mayoría de los metales- o amorfos -por ejemplo, los vidrios-, partiendo en lo posible de las propiedades a escala atómica (por ejemplo, la función de onda electrónica) y llegando hasta las propiedades a escala macroscópica. Aunque estas últimas muestran a veces fuertes reminiscencias de propiedades microscópicas (por ejemplo, las transiciones superconductoras en las que las propiedades cuánticas se manifiestan espectacularmente a escala macroscópica), se presentan sobre todo como propiedades de continuidad macroscópica (dominio de los medios continuos) no deducibles directamente de las propiedades microscópicas. El arte del físico del estado sólido consiste en relacionar las propiedades macroscópicas, a veces muy triviales (o muy útiles), con el fenómeno que está en el origen de estas propiedades, fenómeno que a menudo no es preponderante a escala atómica.
En un sólido, los átomos se encuentran a unos pocos ångströms1 de distancia entre sí y están unidos con la suficiente fuerza para resistir la tensión. Para entender cómo surgen las propiedades macroscópicas de este conjunto de átomos, la física del estado sólido se basa en los resultados de otras dos teorías fundamentales. Por un lado, la física cuántica, con métodos adaptados al caso de los sólidos, describe a nivel microscópico las interacciones de los electrones entre sí y con los núcleos del sólido. Por otro lado, la física estadística permite tener en cuenta el número macroscópico de átomos en un sólido.
Historia
El conocimiento empírico sobre los sólidos y sus propiedades es muy antiguo y ha estado presente a lo largo de la historia de la humanidad. La aparición de la metalurgia, hacia el año 4000 a.C., marca los primeros éxitos en el trabajo de los metales: el hombre aprendió a trabajar con el cobre, el bronce, el hierro y luego una lista cada vez más amplia de metales y aleaciones. Sin embargo, los conocimientos adquiridos eran muy empíricos, se transmitían de maestro a oficial y no estaban vinculados a una ciencia común. El primero, Agricola (1494-1555), aplicó los métodos científicos del Renacimiento y presentó una síntesis de las técnicas de su época en su obra De Re Metallica, publicada en 1556.
Incluso antes de la llegada de los métodos cristalográficos modernos, la observación y clasificación de los cristales llevó a los científicos a comprender su estructura interna. En 1611, Johannes Kepler (1571-1630) planteó la hipótesis de que la simetría hexagonal de los cristales de nieve se debía a una disposición hexagonal de las partículas esféricas de agua. En el siglo XVIII, Haüy (1743-1822) estableció que las caras de los cristales pueden identificarse mediante un conjunto de tres enteros llamado índice de Miller, lo que le llevó a asociar cada cristal con una red de pequeños volúmenes de materia que denominó “moléculas integrales” y que actualmente corresponden a la noción de malla elemental. Estas nociones se fueron formalizando durante el siglo XIX. Entre otros, Bravais (1811-1863) y Schoenflies (1853-1928) demostraron, con ayuda de la teoría de grupos, que los cristales pueden clasificarse en 32 grupos de simetría puntual y 230 grupos espaciales.
En el siglo XIX también surgieron nuevos campos científicos, como la mecánica del continuo, el electromagnetismo y la termodinámica, que atribuyeron a la materia propiedades macroscópicas medibles: módulo de Young, susceptibilidad óptica, conductividad eléctrica y térmica, etc. Aunque estas magnitudes macroscópicas permiten una descripción fenomenológica satisfactoria de los sólidos, no permiten comprender su origen subyacente.
Basado en la experiencia de varios autores, mis opiniones, perspectivas y recomendaciones se expresarán a continuación (o en otros lugares de esta plataforma, respecto a las características en 2026 o antes, y el futuro de esta cuestión):
Los avances científicos de finales del siglo XIX permitieron levantar una esquina del velo. Los rayos X descubiertos en 1895 permitieron a Max von Laue (1879-1960) realizar el primer experimento de difracción de rayos X en un cristal en 1912. Esta técnica, complementada con la difracción de electrones y neutrones, se aplicó posteriormente de forma sistemática para determinar la estructura cristalina y las distancias interatómicas en los sólidos. Al mismo tiempo, en 1900 Drude (1863-1906) desarrolló un modelo casi clásico de la conducción de los metales suponiendo que estaban llenos de un gas de electrones libres al que aplicó la física estadística de Ludwig Boltzmann. Durante el siglo XX, los descubrimientos, las nuevas herramientas y los modelos se sucedieron a un ritmo acelerado: estudio de las propiedades de los sólidos a bajas temperaturas, introducción de la mecánica cuántica, aparición del microscopio electrónico.
📬Si este tipo de historias es justo lo que buscas, y quieres recibir actualizaciones y mucho contenido que no creemos encuentres en otro lugar, suscríbete a este substack. Es gratis, y puedes cancelar tu suscripción cuando quieras: Qué piensas de este contenido? Estamos muy interesados en conocer tu opinión sobre este texto, para mejorar nuestras publicaciones. Por favor, comparte tus sugerencias en los comentarios. Revisaremos cada uno, y los tendremos en cuenta para ofrecer una mejor experiencia.Revisor de hechos: Henry Fr
[rtbs name=”fisica”] [rtbs name=”ciencias-naturales”]Recursos
[rtbs name=”informes-jurídicos-y-sectoriales”][rtbs name=”quieres-escribir-tu-libro”]Véase También
▷ Esperamos que haya sido de utilidad. Si conoces a alguien que pueda estar interesado en este tema, por favor comparte con él/ella este contenido. Es la mejor forma de ayudar al Proyecto Lawi.