Vidi kôd stranice Fizika čvrstog stanja

{{izdvojeni članak|rujan 2015.}}
[[datoteka:Fcc lattice 4.jpg|250px|mini|desno|Primjer [[Kubični kristalni sustav|kubičnog kristalnog sustava]].]]

[[datoteka:Bulk Metallic Glass Sample.jpg|250px|mini|desno|[[Amorfna tvar|Amorfni]] metali imaju malu [[žilavost]], ali veliku [[Vlačna čvrstoća|čvrstoću]].]]

[[datoteka:Silicon.jpg|250px|mini|desno|[[Silicij]]evi kristali je najčešći [[poluvodič]]ki materijal koji se koristi u [[elektronika|elektronici]] i za [[Solarni članak|fotonaponski članak]].]]

[[datoteka:Poluvodic 01.png|desno|mini|250px|[[Valencija (kemija)|Valentni]] pojasevi [[poluvodič]]a pokazuju potpuno popunjen valentni pojas i prazan vodljivi pojas. Fermijev nivo leži unutar zabranjenog pojasa.]]

[[datoteka:TEM_micrograph_dislocations_precipitate_stainless_steel_2.jpg|mini|desno|250px|[[Dislokacija|Dislokacije]] viđene [[elektronski mikroskop|elektronskim mikroskopom]].]]

[[datoteka:Otpor.svg|mini|desno|250px|Specifična vodljivost je [[električna vodljivost]] žice presjeka 1 [[Četvorni metar|mm<sup>2</sup>]] dužine 1[[metar|m]].]] 

[[datoteka:Linear Heat flow.svg|mini|250px|desno|Linearni tok [[toplina|topline]] kod [[Toplinska vodljivost|provođenja ili kondukcije topline]].]]

[[datoteka:MagnetEZ.jpg|mini|desno|250px|[[Alnico]] [[feromagnetizam|feromagnet]] u obliku potkove.]]

[[datoteka:Magnet 4.jpg|mini|desno|250px|[[Magnet]] koji lebdi iznad supravodiča zbog [[Meissnerov učinak|Meissnerovog učinka]] ([[Walther Meissner]]).]]

[[datoteka:Replica-of-first-transistor.jpg|mini|desno|250px|Ukrašena kopija prvog [[tranzistor]]a otkrivenog u tvrtci [[Bell Labs]] 23. prosinca 1947. kada su američki istraživači [[John Bardeen]], [[Walter Houser Brattain]] i [[William Bradford Shockley]] konstruirali prvi [[germanij]]ski bipolarni tranzistor.]]

[[datoteka:Covalent.svg|mini|desno|250px|U molekuli [[metan]]a veze između [[atom]]a [[ugljik]]a i [[vodik]]a su [[Kovalentna veza|kovalentne]].]]

[[datoteka:Acceptor in Si lattice.png|mini|desno|250px|Ako se kao primjese koriste atomi trovalentnih elemenata (na primjer [[Bor (element)|bor]]), tada tri valentna [[elektron]]a sudjeluju u [[kovalentna veza|kovalentnoj vezi]] sa susjedna tri [[silicij]]eva atoma, a veza s četvrtim silicijevim atomom ostaje nepopunjena. Nju popunjava elektron susjednog [[atom]]a, čime nastaje '''šupljina'''. Takvi trovalentni atomi koji primaju elektrone nazivaju se '''akceptori'''. ]]

[[datoteka:solar cell.png|mini|desno|250px|[[Solarni članak]] ili [[Fotonaponski sustavi|fotonaponski]] članak izrađen od pločice monokristalnog [[silicij]]a.]]

[[datoteka:Insulator.jpg|mini|desno|250px|Elektro[[porculan]] kao [[izolator]] za visoke [[napon]]e.]]

[[datoteka:Photoelectric effect in a solid - diagram.svg|mini|desno|250px|Prikaz [[fotoelektrični učinak|fotoelektričnog učinka]].]]

[[datoteka:RBG-LED.jpg|mini|desno|250px|[[Svjetleća dioda|Svjetleće diode]].]]

[[datoteka:Model Si Nan of Han Dynasty.jpg|desno|mini|250px|Model prvobitnog [[kompas]]a (''sinan'') iz [[dinastija Han|dinastije Han]] (206. pr. Kr. – 220.) za koji se pretpostavlja da je napravljen od prirodnog [[magnet]]a.]]

[[datoteka:Liquid helium Rollin film.jpg|mini|desno|250px|[[Supratekućina|Suprafluidni]] [[helij]] koji se nalazi u gornjoj posudi će pomalo isticati iz nje, kap po kap, sve dok se ne isprazni.]]

'''Fizika čvrstog stanja''' je grana [[fizika|fizike]] koja proučava [[struktura|strukturu]] [[tvari]] u čvrstome stanju ([[krutine]]) te s pomoću [[Kvantna mehanika|kvantne fizike]] istražuje svojstva i procese u [[kristal]]nome i [[Amorfna tvar|amorfnome obliku tvari]], svojstva kristalizirane tvari i pojave vezane uz promjene [[Mjerna veličina|fizikalnih veličina]] (primjerice [[temperatura|temperature]], [[tlak]]a, [[dimenzija]] i oblika mikrokristala, broja i vrste defekata u [[Kristalna rešetka|kristalnoj rešetki]] i drugo). Zakonitosti utvrđene za kristaliziranu tvar primjenjuju se djelomično i na amorfne krutine ili smjese kristalne i amorfne tvari te [[viskoznost|visokoviskozne]] [[tekućine]] (primjerice fotoosjetljiva [[staklo|stakla]], krute [[polimer]]e, [[keramika|keramiku]] i drugo). [[Kristalografija|Mikroskopska teorija čvrstog stanja]] primjena je kvantne mehanike na čvrsto stanje. Njezini rezultati uspješno tumače kvalitativne razlike među različitim čvrstim tijelima, a u mnogim slučajevima omogućuju i kvantitativni pristup svojstvima tih tijela. Budući da je čvrsto stanje sustav od velikog broja [[atom]]a, teorija čvrstog stanja služi se nizom približenja (aproksimacija). Tako se pretpostavlja da se ponašanje [[atomska jezgra|atomskih jezgara]] i [[elektron]]a može opisivati nezavisno. Pri razmatranju gibanja jezgara ne uzima se u obzir gibanje elektrona, tj. atomi se promatraju kao cjeline. Takav je pristup opravdan za objašnjenje nekih [[mehanika|mehaničkih]] i [[termodinamika|termodinamičkih]] svojstava koja potječu od međusobnoga elastičnoga vezivanja atoma. Razmatraju li se [[Elektronska konfiguracija|elektronska stanja]], uzima se da atomske jezgre miruju. Ta je pretpostavka u znatnoj mjeri opravdana jer se u normalnim okolnostima elektroni gibaju znatno brže nego jezgre koje su mnogo veće [[Relativna atomska masa|mase]] od elektrona. Kako su za svojstva čvrstog stanja najvažniji [[Valencija (kemija)|valentni]] elektroni, promatraju se samo ti elektroni, a utjecaj elektrona u dubljim elektronskim ljuskama uzima se u obzir kroz njihov doprinos [[električno polje|električnom polju]] oko jezgara. Pretpostavlja se da u prvom približenju (aproksimaciji) svaki valentni elektron može biti opisan vlastitom [[val]]nom funkcijom. Razvile su se dvije metode u opisivanju međudjelovanja (interakcije) valentnih elektrona: atomska aproksimacija i aproksimacija slobodnim elektronima.

== Atomsko približenje ili aproksimacija ==
U atomskoj aproksimaciji čvrsto tijelo promatra se kao agregat atoma koji su dovedeni na male udaljenosti jedni od drugih, ali su zadržali svoju punu individualnost. Valentni elektroni u toj aproksimaciji vezani su uz određene jezgre, a prema tome ona u osnovi opisuje stanje [[magnetizam|dielektrika]], kao što su [[ion]]ski [[kristal]]i, ali i sva druga čvrsta tijela koja u nepobuđenom stanju nemaju vodljivih elektrona. Budući da se pretpostavlja gibanje valentnih elektrona po identičnim orbitama, njihovi se energetski [[Spektar (fizika)|spektri]] podudaraju. Model kojim se koristi atomska aproksimacija omogućava da se na osnovi poznatih [[Coulombov zakon|elektrostatičkih sila]] među [[ion]]ima u rešetki izračunaju energija veze ionskih kristala, mehanička i termodinamička svojstva i difuzija u ionskoj rešetki. Na osnovi tog modela dobro se opisuju i pobuđena stanja atoma u izolatoru. [[Izolator]] može apsorbirati [[svjetlost]] određene [[valna duljina|valne duljine]], a da pritom ne postane [[Fotoelektrični učinak|fotovodljiv]]. No [[elektromagnetsko zračenje]] dovoljno velike energije (svakako konačne) oslobađa elektrone iz njihovih atomskih ili [[molekula]]rnih orbitala na isti način kao pri [[Ioniziranje|ionizaciji]] atoma ili molekula. Tako se objašnjava fotovodljivost.

Izolator u čvrstom stanju može u kristalnoj rešetki sadržavati primjese stranih atoma ili neke druge defekte. Elektroni koji se nalaze uz defekte nisu vezani istim [[sila]]ma kao elektroni koji se nalaze uz regularne atome. Oni imaju drukčija pobuđena stanja i drukčije ionizacijske potencijale. Ako su ti ionizacijski potencijali niži nego ionizacijski potencijali elektrona u čistoj tvari, fotovodljivost supstancije koja sadrži primjese određena je u prvom redu prisutnim primjesama. Većina fotovodljivih čvrstih tvari koje se praktički upotrebljavaju tog su tipa. Ako je već [[toplina|toplinska energija]] dovoljna za oslobađanje elektrona primjesa, tvar se vlada kao [[poluvodič]] s primjesnom vodljivošću. Vladanje poluvodiča s vlastitom vodljivošću također se tumači na taj način: toplinske promjene (fluktuacije) na sobnoj temperaturi uzrokuju ionizaciju regularnih atoma rešetke.

=== Približenje ili aproksimacija slobodnim elektronima ===
U aproksimaciji slobodnim elektronima polazi se od pretpostavke da valentni elektroni u čvrstom stanju nisu lokalizirani uz pojedine atome, nego se gibaju po cijelome makroskopskom [[volumen]]u. Njihovo gibanje kroz periodički potencijal [[Kristalna rešetka|kristalne rešetke]] zapravo se sastoji od uzastopnih prolazaka kroz potencijalne barijere, pa ih za razliku od slobodnih elektrona u [[vakuum]]u treba karakterizirati efektivnom masom različitom od stvarne mase. Moguće energije tih elektrona tvore kvazikontinuirana područja, takozvane energetske zone, koje se tvore od velikog broja vrlo blizu raspoređenih energetskih nivoa. Energetske zone vuku podrijetlo od diskretnih nivoa individualnih atoma; kad se atomi približuju na razmak čvorova u kristalnoj rešetki, interakcije među atomima uzrokuju pomak i cijepanje energetskih nivoa elektrona, a također i njihovo širenje u zone, jer u kristalnoj rešetki s ''N'' jednakih i jednako raspoređenih atoma energetski su nivoi ''N'' puta degradirani. Zonama su obuhvaćena moguća energetska stanja elektrona; širina zona iznosi od 1 do 10 [[eV]]. Iznos energije u svakom stanju određen je svojstvima kristala: simetrijom rešetke, međuatomskm razmacima i prostornim rasporedom potencijala u elementarnoj ćeliji. Moguća stanja čine takozvane dopuštene zone, a energetski intervali među njima nazivaju se zabranjenim zonama. Raspored elektrona po nivoima u zonama određen je [[Fermi-Diracova statistika|Fermi-Diracovom statistikom]]; u nepobuđenu stanju (na temperaturi bliskoj 0 [[Kelvin|K]]) elektroni popunjavaju sve nivoe niže od Fermijeva nivoa. Potpuno pune i potpuno prazne zone ne mogu sudjelovati u vodljivosti, nego se vanjskim poljem mogu ubrzavati samo elektroni iz djelomično ispunjenih zona. Ispunjene zone nazivaju se i valentnim zonama, a prazna zona iznad valentnih zona naziva se vodljivom zonom.

=== Zonska teorija čvrstog stanja ===
Zonska teorija čvrstog stanja daje zadovoljavajuća objašnjenja za širok raspon [[vodljivost]]i čvrstih tijela (od 10<sup>8</sup> [[Simens|S]]/[[metar|m]] za [[metal]]e do 10<sup>–17</sup> S/m za dobre [[izolator]]e), [[Fotoelektrični učinak|fotovodljivost]], utjecaj primjesa na vodljivost [[poluvodič]]a, mehanička, optička i djelomično toplinska i [[magnet]]ska svojstva čvrstih tijela. Tijela kojima je Fermijev nivo u dopuštenoj zoni vodiči su, jer je kod njih najviša zona uvijek samo djelomično ispunjena, tj. ta tijela uvijek imaju vodljive elektrone; tijela kojima Fermijev nivo pada u zabranjenu zonu ili su izolatori ili poluvodiči.

[[Dislokacija|Defekti]] kristalne rešetke uzrokuju pojavu lokalnih energetskih nivoa u zabranjenoj zoni. Ako se pri neutralnom stanju defekta na njihovu lokalnom nivou nalazi elektron, nivo se naziva '''donornim''', a ako se elektron ne nalazi '''akceptornim'''. Zbog tolinskih gibanja donorni nivoi mogu davati elektrone u vodljivu zonu, a akceptorni nivoi primati elektrone iz valentne zone. Zato donorne primjese u poluvodičima uzrokuju [[Električna vodljivost|elektronsku vodljivost]], a akceptorne primjese šupljinsku vodljivost. Time se primjesna vodljivost razlikuje od vlastite vodljivosti, u kojoj sudjeluje uvijek isti broj elektrona i šupljina. 

== Primjena ==
Glavne pojave koje se ispituju u fizici čvrstog stanja promjene su vodljivosti u rasponu temperatura od [[apsolutna nula|apsolutne nule]] do [[talište|tališta]] i usto vezani učinci ili efekti (vodljivost; supravodljivost; poluvodiči; izolator; fotoelektrični učinak; magnetizam; kondenzirana tvar).<ref>{{Citiranje weba |url=https://www.enciklopedija.hr/Natuknica.aspx?ID=19793 |title=fizika čvrstog stanja |work=Hrvatska enciklopedija |publisher=Leksikografski zavod Miroslav Krleža |year=2014.}}</ref>

=== Vodljivost ===
{{Glavni|Vodljivost}}

'''Vodljivost''' je [[fizikalna veličina]] koja opisuje utjecaj [[materijal]]a na prijenos [[Električni naboj|električnoga naboja]], [[toplina|topline]] ili [[magnetsko polje|magnetskoga polja]].<ref>{{Citiranje weba |url=https://www.enciklopedija.hr//natuknica.aspx?ID=65140 |title=vodljivost |work=Hrvatska enciklopedija |publisher=Leksikografski zavod Miroslav Krleža |year=2014.}}</ref>

==== Električna vodljivost ====
{{Glavni|Električna vodljivost}}

'''Električna vodljivost''' (znak ''G'') [[električni vodič|električnog vodiča]] od homogenoga materijala duljine ''l'', [[ploština|ploštine]] poprječnoga presjeka ''S'', dana je izrazom:

:<math>G=\gamma \cdot \frac{S}{l}</math>

gdje je: ''γ'' - električna provodnost materijala; recipročna je vrijednost [[Električni otpor|električnoga otpora]]; mjerna je jedinica [[simens]] (S).

==== Toplinska vodljivost ====
{{Glavni|Toplinska vodljivost}}

'''Toplinska vodljivost''' (znak ''G'') opisuje [[prijenos topline]] kroz tvar vođenjem, količnik je toplinskoga toka (''ɸ'') kroz tvar i temperaturne razlike ''ΔT'' između dviju točaka:

:<math>G= \frac{\phi}{\Delta T}</math>

recipročna je vrijednost [[Toplinski otpor|toplinskoga otpora]]; mjerna je jedinica [[vat]] po [[kelvin]]u (W/K).

==== Magnetska vodljivost ====
{{Glavni|Magnetska vodljivost}}

'''Magnetska vodljivost''' (znak ''Λ'') šipke ili žice, ploštine poprječnoga presjeka ''S'' i duljine ''l'', dana je izrazom: 

:<math>\Lambda=\mu \cdot \frac{S}{l}</math>

gdje je: ''μ'' - [[magnetska permeabilnost]]; recipročna je vrijednost reluktancije (magnetskoga otpora) magnetskoga kruga; mjerna je jedinica [[henri]] (H).

=== Supravodljivost ===
{{Glavni|Supravodljivost}}

'''Supravodljivost''' je stanje pojedinih [[tvar]]i koje se na niskim [[temperatura]]ma očituje u nestanku njihova [[Električni otpor|električnoga otpora]], prolasku [[električna struja|električne struje]] kroz tanku [[izolator]]sku barijeru unutar njih bez električnoga otpora ('''Josephsonov učinak''' - [[Brian Josephson]]) i lebdenju [[magnet]]a iznad njihove površine ('''Meissnerov učinak''' - [[Walther Meissner]]).<ref>{{Citiranje weba |url=https://www.enciklopedija.hr/Natuknica.aspx?ID=58849 |title=supravodljivost |work=Hrvatska enciklopedija |publisher=Leksikografski zavod Miroslav Krleža |year=2014.}}</ref> Supravodǉivost je [[kvantna mehanika|kvantnomehanička]] pojava i ne može se objasniti [[Klasična mehanika|klasičnom fizikom]]. Tipično nastaje u nekim [[materijal]]ima na jako niskim [[temperatura]]ma (nižim od -200 [[°C]]).

=== Poluvodiči ===
{{Glavni|Poluvodiči}}

'''Poluvodiči''' su [[materijal]]i kojima je [[Električna vodljivost|električna provodnost]] manja od provodnosti [[Električni vodič|vodiča]], a veća od provodnosti izolatora. Primjena poluvodiča u [[elektronika|elektronici]] osniva se na mogućnosti promjene električne provodnosti u širokim granicama, bilo promjenom sastava materijala, bilo primjenom vanjskih utjecaja. Električna svojstva poluvodiča određuje njihova [[atom]]ska struktura. Na temperaturi [[apsolutna nula|apsolutne nule]] (''T'' = 0 [[Kelvin|K]]) valentni elektroni, [[elektron]]i s najvećim energijama u atomima poluvodiča, popunjavaju sve energije valentnoga pojasa elektronskih energijskih stanja i vezani su za matični [[atom]].

S porastom [[temperatura|temperature]] raste energija elektrona. U vodiču se valentni i vodljivi pojas preklapaju, pa je broj slobodnih elektrona koji vode [[električna struja|električnu struju]] vrlo velik. U poluvodičima i izolatorima valentni i vodljivi pojas elektronskih energijskih stanja odvojeni su zabranjenim pojasom s energijama koje elektroni ne mogu poprimiti. Oslobađaju se samo oni elektroni koji imaju dovoljno energije da preko zabranjenoga pojasa prijeđu u vodljivi pojas elektronskih energijskih stanja. Širina zabranjenoga pojasa u izolatorima toliko je velika da u vodljivom pojasu elektronskih [[energija|energijskih]] stanja gotovo nema elektrona. Elektroni ostaju vezani za matične atome i u izolatorima nema nosilaca električne struju.

U poluvodičima je širina zabranjenoga pojasa elektronskih energijskih stanja manja. Na sobnoj temperaturi, vrlo mali, ali nezanemariv broj elektrona ima dovoljnu energiju da se oslobodi matičnog atoma i iz valentnoga preskoči u vodljivi pojas elektronskih energijskih stanja. Elektroni u vodljivom pojasu slobodno se gibaju unutar poluvodiča i mogu voditi električnu struju. U atomima koje su elektroni napustili nastaju praznine (nazivaju se šupljinama) koje mogu popunjavati elektroni susjednih atoma, ostavljajući pritom šupljine u atomima iz kojih dolaze, pa se šupljine gibaju kao pozitivno nabijeni elektroni. Uz kretanje slobodnih elektrona kroz materijal, uspostavlja se i kretanje elektrona preko šupljina. Niz prelazaka elektrona preko šupljina može se jednostavnije promatrati kao kretanje šupljina u suprotnome smjeru. Slobodni elektroni i šupljine zajedničkim se imenom nazivaju nositeljima naboja. U poluvodiču bez primjesa jednak je broj slobodnih elektrona i šupljina.

U elektronici [[silicij]] je najčešće korišteni poluvodički materijal. Atomi silicija imaju po 4 valentna elektrona. Vežu se međusobno u [[dijamant]]nu kristalnu strukturu, s rasporedom u kojem je svaki atom okružen s četiri susjedna atoma. Snažna [[kovalentna veza]] među atomima temelji se na stvaranju elektronskih parova, a pritom svaki atom dijeli svoje valentne elektrone s 4 susjedna atoma.

==== Čisti ili intrinsični poluvodiči ====
Čisti ili intrinsični poluvodiči sastoje se samo od atoma osnovnoga materijala, to jest samo od istovrsnih atoma. U takvu se poluvodiču elektroni i šupljine stvaraju u parovima, pa je koncentracija slobodnih elektrona u vodljivome pojasu jednaka koncentraciji šupljina u valentnome pojasu. Zbog toga je i [[Električna vodljivost|električna provodnost]] čistoga silicija mala (''σ'' = 1,56 [[Simens|mS]]/[[metar|m]]) i graniči s električnom provodnošću izolatora. S porastom temperature, koncentracije nositelja električnoga naboja [[Eksponencijalna funkcija|eksponencijalno]] rastu i električna se provodnost čistoga poluvodiča povećava. Nositelji električnog naboja mogu se u poluvodiču stvarati i apsorpcijom [[optika|optičkog]] ili, općenitije, [[elektromagnetsko zračenje|elektromagnetskog zračenja]] (fotogeneracija nositelja). Obrnuto, zarobljivanjem slobodnog elektrona u nepopunjenu valentnu vezu, to jest njegovim vraćanjem iz vodljivoga pojasa u valentni, oslobađa se energija zračenja. Ti se učinci koriste u pretvorbi električne u optičku energiju i obrnuto.

==== Primjesni ili ekstrinsični poluvodiči ====
Primjesni ili ekstrinsični poluvodiči nastaju dopiranjem, to jest dodavanjem primjesa željenih svojstava u čisti poluvodič. Primjese koje mijenjaju električnu provodnost atomi su elemenata s valencijom za jedan većom ili manjom od atoma poluvodiča. Za silicij su takve primjese atomi peterovalentnih ili trovalentnih elemenata. Ako se u strukturu čistoga poluvodiča ugrade atomi peterovalentnih elemenata (na primjer [[fosfor]]a, [[arsen]]a ili [[antimon]]a), tada se njihova četiri valentna elektrona kovalentno vežu s elektronima četiriju susjednih silicijevih atoma. Peti valentni elektron slabo je vezan, na sobnoj se temperaturi oslobađa i ulazi u vodljivi pojas. Takvi peterovalentni atomi koji daju elektrone nazivaju se '''donori'''. Poluvodiči dopirani donorima imaju mnogo elektrona, kojima koncentracija ''n'' odgovara koncentraciji donora, a malo šupljina. Ako se, međutim, kao primjese koriste atomi trovalentnih elemenata (na primjer [[Bor (element)|bor]]), tada tri valentna elektrona sudjeluju u kovalentnoj vezi sa susjedna tri silicijeva atoma, a veza s četvrtim silicijevim atomom ostaje nepopunjena. Nju popunjava elektron susjednog atoma, čime nastaje šupljina. Takvi trovalentni atomi koji primaju elektrone nazivaju se '''akceptori'''. Poluvodiči dopirani akceptorima imaju mnogo šupljina, kojima koncentracija ''p'' odgovara koncentraciji akceptora, a malo elektrona. Od dva moguća tipa slobodnih nositelja naboja (elektroni i šupljine), većinskim se naziva onaj nositelj kojega u poluvodiču ima više. Poluvodiči u kojima su većinski nositelji naboja elektroni nazivaju se poluvodičima ''n''-tipa, a poluvodiči u kojima su većinski nositelji naboja šupljine poluvodičima ''p''-tipa.

Silicij se kontrolirano dopira u širokim granicama, s koncentracijama primjesa od 10<sup>14</sup> do 10<sup>21</sup> [[atom]]a/[[Kubični metar|cm<sup>3</sup>]]. Razmjerno koncentracijama primjesa, mijenja se i koncentracija većinskih nositelja. Posljedica je toga promjena električne provodnosti silicija od 10<sup>2</sup> do 10<sup>6</sup> S/m. Poput vodiča, primjesni se poluvodiči odlikuju negativnim temperaturnim koeficijentom električne provodnosti.

==== Elementarni poluvodički materijali ====
Elementarni poluvodički materijali su oni u kojima su svi atomi iste vrste, kao što su to elementi [[silicij]] i [[germanij]]. U početku je najzastupljeniji poluvodički materijal bio germanij a danas je u elektronici najčešći poluvodički materijal silicij, i to zbog svojega prikladnog temperaturnog područja, niske cijene, jednostavnosti i uvedenosti tehnoloških procesa te prihvatljivih radnih brzina. U siliciju se izrađuje najveći broj poluvodičkih elektroničkih elemenata, ali i najsloženiji [[integrirani krug]]. Najčešće se rabi u obliku monokristala, a katkad i kao polikristal (za izradbu elektroda pojedinih elemenata) te kao amorfni silicij (za izradbu [[Solarni članak|sunčanih baterija]]).

==== Složeni poluvodički materijali ====
Složeni poluvodički materijali uglavnom su binarni, i to građeni od spojeva trovalentnih i peterovalentnih elemenata (takozvani III–V poluvodiči), odnosno dvovalentnih i šesterovalentnih elemenata (II–VI poluvodiči). Primjeri su prve vrste [[galij]]ev [[arsen]]id (GaAs), [[galij]]ev fosfid (GaP), [[indij]]ev fosfid (InP) i indijev antimonid (InSb), a primjeri druge vrste [[kadmij]]ev sulfid (CdS) i [[cink]]ov sulfid (ZnS). Često im se dodaje i malena količina trećeg elementa, čime nastaju ternarni poluvodički materijali, na primjer aluminij-galij-arsenid (AlxGa1–xAs). Pritom x označuje udjel u kojem, u galijevu arsenidu, [[aluminij]]evi atomi zamjenjuju galijeve atome. Galijev arsenid ponajviše se rabi za poluvodičke elemente velikih brzina. U tom se materijalu izvode i manje složeni, ali vrlo brzi integrirani krugovi. Uz ostale složene poluvodičke materijale, služi i za izradbu fotoelektroničkih elemenata.<ref>{{Citiranje weba |url=https://www.enciklopedija.hr//natuknica.aspx?ID=49299 |title=poluvodiči |work=Hrvatska enciklopedija |publisher=Leksikografski zavod Miroslav Krleža |year=2014.}}</ref>

=== Izolatori ===
{{Glavni|Električni izolator}}

'''Izolator''' ([[Njemački jezik|njem]]. ''isolator'' < [[Francuski jezik|franc]]. ''isolateur'' < [[Talijanski jezik|tal]]. ''isolatore'') je tvar ili predmet koji sprječava ili bitno smanjuje dodir, protok, povezivanje, utjecaj ili fizikalno djelovanje. U [[elektrotehnika|elektrotehnici]], konstrukcijski element [[Električni vodič|električnih vodova]] te [[energetika|energetskih]] i [[telekomunikacija|telekomunikacijskih]] postrojenja, koji nosi i učvršćuje električne vodiče a ujedno ih električki izolira od ostalih dijelova [[konstrukcija|konstrukcije]]. Izvedbe izolatora [[standard|normizirane]] su, s propisanim dimenzijama i svojstvima. Za energetske električne vodove i postrojenja izolator mora odgovarati određenim tehničkim zahtjevima s obzirom na [[čvrstoća|mehaničku čvrstoću]], čvrstoću na električni proboj i preskok, toplinsku otpornost (radi moguće pojave [[Električni luk|električnoga luka]]), postojanost prema utjecaju okoline (u prvom redu [[vlaga|vlage]]). Za izradbu izolatora najčešće se upotrebljava porculan određenih kvaliteta (elektroporculan), kaljeno staklo i [[keramika|keramički materijali]] (na primjer [[steatit]]).<ref>{{Citiranje weba |url=https://www.enciklopedija.hr//natuknica.aspx?ID=28334 |title=izolator |work=Hrvatska enciklopedija |publisher=Leksikografski zavod Miroslav Krleža |year=2014.}}</ref>

=== Fotoelektrični učinak ===
{{Glavni|Fotoelektrični učinak}}

'''Fotoelektrični učinak''' ili '''fotoefekt''' je djelovanje [[Elektromagnetsko zračenje|elektromagnetskih valova]] (infracrvenih, svjetlosnih, ultraljubičastih, rendgenskoga i gama-zračenja) na električki nabijene čestice u materiji; predaja dijela ili sveukupne energije [[foton]]a (čestica elektromagnetskoga zračenja) [[elektron]]ima, [[proton]]ima ili drugim česticama; pojave koje su posljedica primarnih procesa apsorpcije fotona (fotovodljivost, fotovoltni učinak, fotoluminiscencija, fotokemijski učinak i drugi). 

Upijanje ili apsorpcija energije elektromagnetskoga zračenja u materiji teče najčešće putem međudjelovanja s elektronima zbog njihove male [[Relativna atomska masa|mase]]. Fotoelektrični učinak je proces izbacivanja elektrona iz stacionarnih stanja u atomu, molekuli, metalu ili drugome sustavu (vanjski fotoefekt). U tom je procesu foton potpuno apsorbiran, a njegova energija (''hν'') utrošena na savladavanje [[potencijalna energija|potencijalne energije]] vezanja elektrona (''B'') i na [[kinetička energija|kinetičku energiju]] elektrona (''E''), prema jednakosti koju je izveo Albert Einstein 1905.:

:<math>h \cdot \nu= B + E </math>

U [[Comptonov učinak|Comptonovu učinku]] ([[Arthur Holly Compton]]) foton u sudaru predaje dio energije elektronu i odlazi kao sekundarni foton manje energije. U širem smislu tvorba parova, proces stvaranja para elektron – [[pozitron]] prilikom međudjelovanja (interakcije) fotona s [[atomska jezgra|atomskom jezgrom]] također se smatra fotoelektričnim učinkom. Ovi procesi zbivaju se i s protonima i drugim česticama u interakcijama fotona s atomskim jezgrama (takozvani nuklearni fotoefekt). Apsorpcija fotona u nekoj tvari putem primarnih procesa ima za posljedicu različite sekundarne pojave.

==== Fotovodljivost ====
'''Fotovodljivost''' je smanjenje [[električni otpor|električnoga otpora]] izolatora ili poluvodiča kada su obasjani [[svjetlost|svjetlošću]]. Na primjer [[selenij]] i [[kadmij]]ev sulfid (CdS) koriste se za mjerenje osvjetljenja mijenjanjem električnoga otpora. Fotovoltni učinak je proces pretvorbe (transformacije) energije fotona u električnu energiju. Kada se u prijelaznom području dviju sredina ([[metal]] – [[poluvodič]], metal – [[elektrolit]], ''n'' poluvodič – ''p'' poluvodič) apsorbiraju fotoni, elektroni budu prebačeni u više stanje energije (unutrašnji fotoefekt) pa se taj višak energije dobiva u obliku električne struje (fotoćelije, selenske ćelije, fotovoltni svjetlomjeri i drugo). 

==== Fotoluminiscencija ====
'''Fotoluminiscencija''' je proces apsorpcije fotona s pobuđivanjem elektronskih stanja, koja sa zakašnjenjem emitiraju fotone druge valne dužine ([[luminiscencija]]). '''Demberov učinak''' je fotoelektrični učinak u kristalima kada se upijanjem (apsorpcijom) svjetlosti u [[kristal]]u mijenja koncentracija slobodnih elektrona uzduž puta svjetlosne zrake. [[Antoine Henri Becquerel|Becquerelov učinak]] je fotoelektrični učinak kod osvijetljenih elektroda uronjenih u [[elektrolit]]. 

==== Primjena fotoelektričnog učinka ====
Fotoelektrični učinak koristi se u mnoge praktične svrhe, na primjer u [[vakuum]]skim ili [[plin]]skim fotočlancima, fotootpornim člancima, [[fotodioda]]ma, fototranzistorima i za izravno pretvaranje [[Sunčeva energija|Sunčeve energije]] u električnu.<ref>{{Citiranje weba |url=https://www.enciklopedija.hr//natuknica.aspx?ID=20243 |title=fotoelektrični efekt (fotoefekt) |work=Hrvatska enciklopedija |publisher=Leksikografski zavod Miroslav Krleža |year=2014.}}</ref>

=== Magnetizam ===
{{Glavni|Magnetizam}}

'''Magnetizam''' (prema [[magnet]]u koje dolazi od [[Latinski jezik|lat]]. ''magnes'', [[genitiv]] ''magnetis'' < [[Starogrčki jezik|grč]]. ''Μαγνῆτıς λίϑος'': kamen iz Magnezije) je skup pojava povezanih s [[magnetsko polje|magnetskim poljem]] i s ponašanjem tvari u magnetskom polju. Magnetska svojstva tvari potječu od [[Magnetski moment|magnetskih momenta]] [[atom]]a i njihovih međudjelovanja koja mogu stvoriti kolektivno magnetsko uređenje. Magnetizam atoma posljedica je magnetizma [[elektron]]a i [[atomska jezgra|atomske jezgre]] i njihovih međudjelovanja. Razlikuje se orbitalni magnetski moment, zbog gibanja elektrona oko atomske jezgre, i [[spin]]ski magnetski moment, kao vlastito [[Kvantna mehanika|kvantnomehaničko]] svojstvo elektrona i jezgre. S obzirom na ponašanje u magnetskom polju, sve se tvari odlikuju svojom [[Magnetska permeabilnost|magnetskom permeabilnošću]]. Tako se mogu razlikovati dijamagnetične, paramagnetične, feromagnetične, ferimagnetične i antiferomagnetične tvari.<ref>{{Citiranje weba |url=https://www.enciklopedija.hr//natuknica.aspx?ID=38035 |title=magnetizam |work=Hrvatska enciklopedija |publisher=Leksikografski zavod Miroslav Krleža |year=2014.}}</ref>

=== Kondenzirana tvar ===
{{Glavni|Kondenzirana tvar}}

'''Kondenzirana tvar''' je tvar nastala [[kondenzacija|kondenzacijom]], tvar u kojoj [[atom]]i i [[molekule]] snažno uzajamno djeluju te se može nalaziti u tekućem ili čvrstom [[agregatno stanje|agregatnom stanju]], a na iznimno niskim temperaturama u [[supravodljivost|supravodljivoj]] ili [[Supratekućina|suprafluidnoj]] fazi. Problemima i teorijom nastajanja kondenzata bavi se fizika kondenzirane tvari, unutar koje se proučavaju neka svojstva [[tekućina]], na primjer prijelazi faza proces naparivanja i svojstva tankih slojeva, epitaksijalni rast kristala i posebno svojstva klastera atoma i molekula i [[niskotemperaturna fizika]]. Temelje te grane fizike postavio je 1916. njemački fizičar [[Wilhelm Nusselt]] (1882. – 1957.) svojom teorijom filmske kondenzacije, koju su u potpunosti potvrdili potonji pokusi. Danas se [[fizika kondenzirane tvari]] snažno razvija pa se izdvaja kao posebna grana fizike, iako je bitno vezana uz druge grane, osobito [[termodinamika|termodinamiku]] i fiziku čvrstog stanja.<ref>{{Citiranje weba |url=https://www.enciklopedija.hr//natuknica.aspx?ID=32734 |title=kondenzirana tvar |work=Hrvatska enciklopedija |publisher=Leksikografski zavod Miroslav Krleža |year=2014.}}</ref>

== Izvori ==
{{izvori}}

{{Hrvatska enciklopedija – autorska prava}}

== Vanjske poveznice ==
{{ WProjekti 
|commons        = 
|commonshr      = 
|commonscat     = Solid state physics 
|commonscathr   = fizika čvrstog stanja
|wikizvor       =
|wikicitat      = 
}}

[[Kategorija:Fizika čvrstog stanja| ]]