מצב מוצק
במערכות המורכבות ממספר גדול של חלקיקים מיקרוסקופיים מתגלה מיגוון עשיר של תופעות קולקטיביות, הנובעות משילוב של שני גורמים מרכזיים: האופי הקוונטי של החלקיקים (כלומר, היותם בו-זמנית גלים וחלקיקים), והאינטרקציות ביניהם. שילוב המרכיבים האלה אחראי להיווצרות פאזות שונות ומעברי פאזה ביניהן, ולהתהוות של "קווזי-חלקיקים" – מעין חלקיקים יסודיים של המערכת, העשויים להיות שונים מאד בתכונותיהם מהמרכיבים המקוריים. דוגמא בולטת למערכת כזאת מהווים האלקטרונים בחומר המוצק, שאופיים הקוונטי והתנהגותם הקולקטיבית מתבטאים בתכונות ניתנות למדידה של החומר: תופעות הולכה, מגנטיות ותכונות אופטיות. טיפוסי התנהגות מעניינים במיוחד של מערכות אלקטרוניות מופיעים בטמפרטורות נמוכות, ובמימדים נמוכים (כלומר, בשכבות דקות, "חוטים קוונטיים" ו"נקודות קוונטיות"). המחקר התיאורטי בתחום החומר המעובה נועד לספק הבנה של מיגוון התופעות האלה, תוך שימוש בכלים אנליטיים מתקדמים כגון מכניקה סטטיסטית ותורת השדות הקוונטיים ושיטות חישוב מגוונות.
קבוצת התיאוריה של פיסיקת חומר מעובה במחלקה מתמחה במספר נושאים הנמצאים בחזית המחקר בתחום זה.
- מוליכות-על: מוליכי-על לא קונבנציונליים ובעלי טמפרטורה קריטית גבוהה, דינמיקה של וורטקסים והפאזות השונות של צבירי וורטקסים, פלוקטואציות קוונטיות של מוליכות-העל בשכבות וחוטים דקים, ומעבר הפאזה ממוליך-על למבודד.
- מערכות אלקטרוניות לא-מסודרות: תופעת הלוקליזציה, מעבר פאזה ממתכת למבודד וכאוס קוונטי.
- תופעות הולכה במערכות אלקטרוניות נמוכות-מימד ועתירות קורלציות: חוטים ונקודות קוונטיים, שרשראות ורשתות של ספינים קוונטיים, גרפן, אפקט הול הקוונטי ומבודדים טופולוגיים.
- מגנטיות: זיהומים מגנטיים ואפקט קונדו, מנגנוני סדר מגנטי במימדים נמוכים, מגנטים קוונטיים ונוזלי ספין.
