Festkoerperphysik

Festkörperphysik (2009 - 2. Auflage)\r......Page 1
ISBN: 9783486590456......Page 5
--> Inhaltsverzeichnis......Page 6
Vorwort......Page 12
1 - Vorbemerkungen......Page 14
2 - Bindung im Festkörper......Page 18
2.1 Bindungstypen......Page 19
2.1.1 Bindungsenergie......Page 21
2.1.2 Abstoßung......Page 22
2.2.1 Van-der-Waals-Kräfte......Page 23
2.2.2 Lennard-Jones-Potential......Page 24
2.2.3 Bindungsenergie von Edelgaskristallen......Page 25
2.3.1 Abschätzung und Messung der Bindungsenergie......Page 27
2.3.2 Bindungsenergie von Ionenkristallen......Page 29
2.4 Kovalente Bindung......Page 31
2.5 Metallische Bindung......Page 38
2.6 Wasserstoffbrückenbindung......Page 42
2.7 Aufgaben......Page 43
3 - Struktur der Festkörper......Page 46
3.1.1 Einkristallherstellung......Page 47
3.1.2 Legierungen......Page 49
3.1.3 Glasherstellung......Page 56
3.2 Ordnung und Unordnung......Page 58
3.3.1 Translationsgitter und Kristallsysteme......Page 61
3.3.2 Cluster und Quasikristalle......Page 67
3.3.3 Notation und Einfluss der Basis......Page 71
3.3.4 Einfache Kristallgitter......Page 74
3.3.5 Wigner-Seitz-Zelle......Page 79
3.3.6 Festkörperoberflächen......Page 80
3.4 Struktur amorpher Festkörper......Page 82
3.4.1 Paarverteilungsfunktion......Page 83
3.5 Aufgaben......Page 86
4 - Strukturbestimmung......Page 90
4.1 Allgemeine Bemerkungen zur Strukturbestimmung......Page 91
4.2.1 Streuamplitude......Page 94
4.3 Fourier-Entwicklung von Punktgittern......Page 96
4.3.1 Reziprokes Gitter......Page 97
4.3.2 Brillouin-Zone......Page 99
4.3.3 Millersche Indizes......Page 102
4.4 Streuung an Kristallen......Page 105
4.4.1 Ewald-Kugel und Bragg-Bedingung......Page 107
4.4.2 Strukturfaktor......Page 109
4.4.3 Atom-Strukturfaktor......Page 113
4.4.4 Streuung an Oberflächen oder dünnen Schichten......Page 116
4.4.5 Phasenproblem bei Streuexperimenten......Page 117
4.4.6 Debye-Waller-Faktor......Page 119
4.5 Streuung an amorphen Substanzen......Page 120
4.6 Experimentelle Methoden......Page 126
4.6.1 Messverfahren......Page 128
4.6.2 Messungen an Oberflächen und dünnen Filmen......Page 132
4.7 Aufgaben......Page 135
5 - Strukturelle Defekte......Page 136
5.1 Punktdefekte......Page 137
5.1.1 Leerstellen......Page 138
5.1.2 Farbzentren......Page 142
5.1.3 Zwischengitteratome......Page 145
5.1.4 Fremdatome......Page 146
5.1.5 Atomarer Transport......Page 147
5.2.1 Mechanische Festigkeit......Page 153
5.2.2 Versetzungen......Page 156
5.2.3 Korngrenzen......Page 164
5.3 Defekte in amorphen Materialien......Page 166
5.4 Ordnungs-Unordnungs-Übergang......Page 169
5.5 Aufgaben......Page 172
6 - Gitterdynamik......Page 174
6.1.1 Mechanische Spannung und Verformung......Page 175
6.1.2 Elastische Konstanten......Page 178
6.1.3 Schallwellen......Page 179
6.2 Gitterschwingungen......Page 185
6.2.1 Gitter mit einatomiger Basis......Page 186
6.2.2 Gitter mit mehratomiger Basis......Page 191
6.2.3 Bewegungsgleichung der Gitteratome......Page 196
6.3.1 Streuung am dynamischen Gitter, Quantisierung der Gitterschwingungen......Page 199
6.3.2 Kohärente inelastische Neutronenstreuung......Page 203
6.3.4 Experimentell ermittelte Dispersionskurven......Page 206
6.3.5 Lichtstreuung......Page 210
6.4 Spezifische Wärmekapazität......Page 215
6.4.1 Zustandsdichte der Phononen......Page 216
6.4.2 SpezifischeWärme in der Debye-Näherung......Page 222
6.4.3 SpezifischeWärme niederdimensionaler Systeme......Page 227
6.4.4 Nullpunktsenergie, Zahl der angeregten Phononen......Page 228
6.5 Schwingungen in amorphen Festkörpern......Page 230
6.5.1 Wärmekapazität von Gläsern bei sehr tiefen Temperaturen......Page 232
6.6 Aufgaben......Page 237
7 - Anharmonische Gittereigenschaften......Page 240
7.1 Zustandsgleichung und thermische Ausdehnung......Page 241
7.2.1 Drei-Phononen-Prozess......Page 247
7.2.2 Ultraschalldämpfung in Kristallen......Page 248
7.2.3 Spontaner Phononenzerfall......Page 253
7.2.4 Ultraschalldämpfung in amorphen Festkörpern......Page 254
7.3 Wärmetransport in dielektrischen Kristallen......Page 257
7.3.1 Ballistische Ausbreitung von Phononen......Page 258
7.3.2 Wärmeleitung......Page 259
7.3.3 Phonon-Phonon-Stöße......Page 261
7.3.4 Streuung an Defekten......Page 264
7.3.5 Wärmetransport in eindimensionalen Proben......Page 266
7.4 Wärmeleitfähigkeit amorpher Festkörper......Page 269
7.5 Aufgaben......Page 272
8 - Elektronen im Festkörper......Page 274
8.1 Freies Elektronengas......Page 275
8.1.1 Zustandsdichte......Page 277
8.1.2 Fermi-Energie, Fermi-Kugel......Page 282
8.2 Spezifische Wärme......Page 286
8.3.1 Abgeschirmtes Coulomb-Potential......Page 290
8.3.2 Metall-Isolator-Übergang......Page 292
8.4 Elektronen im periodischen Potential......Page 294
8.4.1 Bloch-Funktion......Page 295
8.4.2 Näherung für quasi-freie Elektronen......Page 299
8.4.3 „Stark gebundene“ Elektronen......Page 306
8.5.1 Metalle und Isolatoren......Page 313
8.5.2 Brillouin-Zonen und Fermi-Flächen......Page 315
8.5.3 Zustandsdichte......Page 319
8.6 Aufgaben......Page 322
9 - Elektronische Transporteigenschaften......Page 324
9.1.1 Elektronen als Wellenpakete......Page 325
9.1.2 Ladungstransport in Bändern......Page 330
9.1.3 Elektronen und Löcher......Page 333
9.2.1 Drude-Modell......Page 335
9.2.2 Sommerfeldsche Theorie......Page 336
9.2.3 Boltzmann-Gleichung......Page 337
9.2.4 Elektrischer Ladungstransport......Page 339
9.2.5 Elektronstreuung......Page 342
9.2.6 Temperaturabhängigkeit der elektrischen Leitfähigkeit......Page 346
9.2.7 Eindimensionale Leiter......Page 350
9.2.8 Quantenpunkte......Page 353
9.2.9 Thermische Leitfähigkeit......Page 357
9.2.11 Fermi-Funktion im stationären Gleichgewicht......Page 359
9.3.1 Zyklotronresonanz......Page 362
9.3.2 Landau-Niveaus......Page 367
9.3.3 Zustandsdichte im Magnetfeld......Page 371
9.3.4 De-Haas-van-Alphén-Effekt......Page 374
9.3.5 Hall-Effekt......Page 377
9.3.6 Quanten-Hall-Effekt......Page 380
9.4 Aufgaben......Page 387
10 - Halbleiter......Page 390
10.1.1 Bandlücke und optische Absorption......Page 391
10.1.2 Effektive Masse von Elektronen und Löchern......Page 395
10.1.3 Ladungsträgerdichte......Page 398
10.2.1 Dotierung......Page 403
10.2.2 Ladungsträgerdichte und Fermi-Niveau......Page 407
10.2.3 Beweglichkeit und elektrische Leitfähigkeit......Page 414
10.3 Amorphe Halbleiter......Page 417
10.3.1 Elektrische Leitfähigkeit......Page 419
10.3.2 Defektzustände......Page 422
10.4.1 p-n-Übergang......Page 427
10.4.2 Metall/Halbleiter-Kontakt......Page 436
10.4.3 Halbleiter-Heterostrukturen und Übergitter......Page 438
10.5.1 Bauelemente basierend auf dem p-n-Übergang......Page 443
10.5.2 Transistoren......Page 446
10.5.3 Halbleiterlaser......Page 450
10.6 Aufgaben......Page 452
11 - Supraleitung......Page 454
11.1 Phänomenologische Beschreibung......Page 455
11.1.1 Meißner-Effekt und London-Gleichungen......Page 457
11.1.2 Kritisches Magnetfeld und thermodynamische Eigenschaften......Page 463
11.2.1 Cooper-Paare......Page 467
11.2.2 BCS-Grundzustand......Page 473
11.2.3 BCS-Zustand bei endlicher Temperatur......Page 478
11.2.4 Nachweis der Energielücke......Page 479
11.2.5 Kritischer Strom und kritisches Magnetfeld......Page 484
11.3 Makroskopische Wellenfunktion......Page 487
11.3.1 Flussquantisierung......Page 488
11.3.2 Josephson-Effekt......Page 490
11.4.1 Ginzburg-Landau-Theorie......Page 496
11.4.2 Supraleiter 2.Art und Grenzflächenenergie......Page 499
11.4.3 Hochtemperatur-Supraleiter......Page 504
11.5 Aufgaben......Page 510
12 - Magnetismus......Page 512
12.1.1 Diamagnetismus......Page 514
12.1.2 Paramagnetismus......Page 515
12.2 Ferromagnetismus......Page 524
12.2.1 Molekularfeldnäherung......Page 525
12.2.2 Austauschwechselwirkung zwischen lokalisierten Elektronen......Page 528
12.2.3 Austauschwechselwirkung im freien Elektronengas......Page 532
12.2.4 Band-Ferromagnetismus......Page 533
12.2.5 Spinwellen......Page 537
12.2.6 Thermodynamik der Magnonen......Page 539
12.2.7 Ferromagnetische Domänen......Page 541
12.3.1 Ferrimagnetismus......Page 542
12.3.2 Antiferromagnetismus......Page 543
12.4 Spingläser......Page 546
12.5 Aufgaben......Page 550
13 - Dielektrische und optische Eigenschaften......Page 552
13.1 Dielektrische Funktion, optische Messungen......Page 553
13.2 Lokales Feld, Clausius-Mossotti-Beziehung......Page 556
13.3 Elektrische Polarisation von Isolatoren......Page 560
13.3.1 Elektronische Polarisierbarkeit......Page 561
13.3.2 Ionenpolarisation......Page 564
13.3.3 Optische Phononen in Ionenkristallen......Page 565
13.3.4 Erzwungene Schwingungen in Ionenkristallen......Page 568
13.3.5 Phonon-Polaritonen......Page 570
13.3.6 Orientierungspolarisation......Page 574
13.3.7 Ferroelektrizität......Page 583
13.3.8 Exzitonen......Page 588
13.4 Optische Eigenschaften freier Ladungsträger......Page 591
13.4.1 Ausbreitung elektromagnetischerWellen in Metallen......Page 592
13.4.2 Longitudinale Schwingungen des Elektronengases: Plasmonen......Page 596
13.5 Aufgaben......Page 598
Index......Page 600
Periodensystem der Elemente\r......Page 609
Fundamentale physikalische Konstanten\r......Page 610