La matière se présente principalement sous trois états simples : gazeux, liquide et solide. Ce qui distingue l'état solide des deux autres états est l'incapacité d'une masse solide à épouser la forme du récipient dans lequel on la place ; en revanche, un gaz s'empresse d'envahir tout le volume qu'on lui offre et un liquide prend la forme de la partie du récipient qui le contient. Ce qui caractérise également un solide, c'est la résistance qu'il oppose à une force mécanique exercée sur sa surface ou encore à une force de cisaillement.
À température suffisamment haute, toute matière se présente à l'état fluide, voire à l'état gazeux. En abaissant, à pression fixée, la température d'une masse de matière, on observe, en général, une transition vers l'état solide, qui se produit à une température caractéristique de la matière étudiée. Ainsi, à la pression atmosphérique et à la température appropriée, tous les corps (à l'exception de l'hélium) peuvent se présenter à l'état solide.
À une température et à une pression déterminées, peut-on prédire l'état stable sous lequel la matière nous apparaîtra ? La thermodynamique statistique répond en principe à cette question : c'est l'état pour lequel l'énergie libre de Gibbs (cf. thermodynamique) est minimale.
La physique des solides occupe un champ très vaste, aux frontières imprécises, qui a surtout été défriché au xxe siècle, en utilisant la mécanique quantique et la mécanique statistique quantique, disciplines récentes. Le rôle de la physique des solides est d'interpréter et éventuellement de prévoir, à l'aide de théories microscopiques, les propriétés structurelles des solides (arrangement spatial ordonné ou désordonné des atomes) et leurs propriétés mécaniques, électriques, thermiques, magnétiques et optiques. Selon la nature des atomes qui les composent, les solides se rangent dans des catégories variées : métaux, semi-conducteurs, isolants, supraconducteurs, solides magnétiques, polymères, verres, etc., aux propriétés extraord […]
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