E-Book, Deutsch, 627 Seiten
Hunklinger Festkörperphysik
3. verbesserte und aktualisierte Auflage 2012
ISBN: 978-3-486-71154-7
Verlag: De Gruyter
Format: PDF
Kopierschutz: 1 - PDF Watermark
E-Book, Deutsch, 627 Seiten
ISBN: 978-3-486-71154-7
Verlag: De Gruyter
Format: PDF
Kopierschutz: 1 - PDF Watermark
In dem ausgefeilten und klar strukturierten Lehrbuch werden alle wichtigen Teilgebiete der Festkörperphysik behandelt und anschaulich die grundlegenden Gesetzmäßigkeiten und die für die Festkörperphysik typische Betrachtungsweise eingeführt. Konsequente Berücksichtigung finden zudem die ungeordneten Festkörper, die in unserer Umwelt eine wichtige Rolle spielen und in der Wissenschaft zunehmend an Bedeutung gewinnen. Zur Illustration von experimentellen Ergebnissen werden nicht nur schematische Darstellungen präsentiert, sondern in erster Linie Originaldaten herangezogen. Hierdurch sollen nicht zuletzt auch die Schwierigkeiten verdeutlicht werden, denen ein Experimentalphysiker in der Praxis gegenübersteht. An die Kapitel schließen sich Übungsaufgaben an, die die unmittelbare Überprüfung des Gelernten ermöglichen.
"Dieses Buch ist inhaltlich das Beste für die Festkörperphysik-Vorlesung und ist aufgrund seiner Übersichtlichkeit und Strukturierung hervorragend als Lehrbuch geeignet."
Prof. Dr. Jochen Mannhart, Universität Augsburg
"Ein didaktisch hervorragendes Buch, das aktuelle Themen behandelt und die richtige Stoffauswahl bietet."
Prof. Abbas Farschtschi, TU Chemitz
Zielgruppe
Für Studierende der Physik
Autoren/Hrsg.
Weitere Infos & Material
1;Vorwort;11
2;1 Vorbemerkungen;15
3;2 Bindung im Festkörper;19
3.1;2.1 Bindungstypen;20
3.1.1;2.1.1 Bindungsenergie;22
3.1.2;2.1.2 Abstoßung;23
3.2;2.2 Van-der-Waals-Bindung;24
3.2.1;2.2.1 Van-der-Waals-Kräfte;24
3.2.2;2.2.2 Lennard-Jones-Potential;25
3.2.3;2.2.3 Bindungsenergie von Edelgaskristallen;26
3.3;2.3 Ionenbindung;28
3.3.1;2.3.1 Abschätzung und Messung der Bindungsenergie;28
3.3.2;2.3.2 Bindungsenergie von Ionenkristallen;30
3.4;2.4 Kovalente Bindung;32
3.5;2.5 Metallische Bindung;40
3.6;2.6 Wasserstoffbrückenbindung;44
3.7;2.7 Aufgaben;45
4;3 Struktur der Festkörper;47
4.1;3.1 Herstellung von Kristallen und amorphen Festkörpern;48
4.1.1;3.1.1 Einkristallherstellung;48
4.1.2;3.1.2 Legierungen;50
4.1.3;3.1.3 Glasherstellung;57
4.2;3.2 Ordnung und Unordnung;59
4.3;3.3 Struktur der Kristalle;62
4.3.1;3.3.1 Translationsgitter und Kristallsysteme;62
4.3.2;3.3.2 Cluster und Quasikristalle;68
4.3.3;3.3.3 Notation und Einfluss der Basis;72
4.3.4;3.3.4 Einfache Kristallgitter;75
4.3.5;3.3.5 Wigner-Seitz-Zelle;80
4.3.6;3.3.6 Festkörperoberflächen;81
4.3.7;3.3.7 Kohlenstoff-Nanoröhren;83
4.4;3.4 Struktur amorpher Festkörper;84
4.4.1;3.4.1 Paarverteilungsfunktion;85
4.5;3.5 Aufgaben;88
5;4 Strukturbestimmung;91
5.1;4.1 Allgemeine Bemerkungen zur Strukturbestimmung;92
5.2;4.2 Elementare Streutheorie;95
5.2.1;4.2.1 Streuamplitude;95
5.3;4.3 Fourier-Entwicklung von Punktgittern;97
5.3.1;4.3.1 Reziprokes Gitter;98
5.3.2;4.3.2 Brillouin-Zone;100
5.3.3;4.3.3 Millersche Indizes;103
5.4;4.4 Streuung an Kristallen;106
5.4.1;4.4.1 Ewald-Kugel und Bragg-Bedingung;108
5.4.2;4.4.2 Strukturfaktor;110
5.4.3;4.4.3 Atom-Strukturfaktor;114
5.4.4;4.4.4 Streuung an Oberflächen oder dünnen Schichten;117
5.4.5;4.4.5 Phasenproblem bei Streuexperimenten;118
5.4.6;4.4.6 Debye-Waller-Faktor;120
5.5;4.5 Streuung an amorphen Substanzen;121
5.6;4.6 Experimentelle Methoden;127
5.6.1;4.6.1 Messverfahren;129
5.6.2;4.6.2 Messungen an Oberflächen und dünnen Filmen;133
5.7;4.7 Aufgaben;136
6;5 Strukturelle Defekte;139
6.1;5.1 Punktdefekte;140
6.1.1;5.1.1 Leerstellen;141
6.1.2;5.1.2 Farbzentren;145
6.1.3;5.1.3 Zwischengitteratome;148
6.1.4;5.1.4 Fremdatome;149
6.1.5;5.1.5 Atomarer Transport;150
6.2;5.2 Ausgedehnte Defekte;156
6.2.1;5.2.1 Mechanische Festigkeit;156
6.2.2;5.2.2 Versetzungen;159
6.2.3;5.2.3 Korngrenzen;167
6.3;5.3 Defekte in amorphen Materialien;169
6.4;5.4 Ordnungs-Unordnungs-Übergang;172
6.5;5.5 Aufgaben;175
7;6 Gitterdynamik;177
7.1;6.1 Elastische Eigenschaften;178
7.1.1;6.1.1 Mechanische Spannung und Verformung;178
7.1.2;6.1.2 Elastische Konstanten;181
7.1.3;6.1.3 Schallwellen;182
7.2;6.2 Gitterschwingungen;188
7.2.1;6.2.1 Gitter mit einatomiger Basis;189
7.2.2;6.2.2 Gitter mit mehratomiger Basis;194
7.2.3;6.2.3 Bewegungsgleichung der Gitteratome;199
7.3;6.3 Experimentelle Bestimmung von Dispersionskurven;202
7.3.1;6.3.1 Dynamische Streuung, Quantisierung der Gitterschwingungen;202
7.3.2;6.3.2 Kohärente inelastische Neutronenstreuung;206
7.3.3;6.3.3 Debye-Waller-Faktor;209
7.3.4;6.3.4 Experimentell ermittelte Dispersionskurven;209
7.3.5;6.3.5 Lichtstreuung;213
7.4;6.4 Spezifische Wärmekapazität;218
7.4.1;6.4.1 Zustandsdichte der Phononen;219
7.4.2;6.4.2 Spezifische Wärme in der Debye-Näherung;225
7.4.3;6.4.3 Spezifische Wärme niederdimensionaler Systeme;230
7.4.4;6.4.4 Nullpunktsenergie, Zahl der angeregten Phononen;231
7.5;6.5 Schwingungen in amorphen Festkörpern;233
7.5.1;6.5.1 Wärmekapazität von Gläsern bei sehr tiefen Temperaturen;235
7.6;6.6 Aufgaben;240
8;7 Anharmonische Gittereigenschaften;243
8.1;7.1 Zustandsgleichung und thermische Ausdehnung;244
8.2;7.2 Phonon-Phonon-Wechselwirkung;250
8.2.1;7.2.1 Drei-Phononen-Prozess;250
8.2.2;7.2.2 Ultraschalldämpfung in Kristallen;251
8.2.3;7.2.3 Spontaner Phononenzerfall;256
8.2.4;7.2.4 Ultraschalldämpfung in amorphen Festkörpern;257
8.3;7.3 Wärmetransport in dielektrischen Kristallen;260
8.3.1;7.3.1 Ballistische Ausbreitung von Phononen;261
8.3.2;7.3.2 Wärmeleitung;262
8.3.3;7.3.3 Phonon-Phonon-Stöße;264
8.3.4;7.3.4 Streuung an Defekten;267
8.3.5;7.3.5 Wärmetransport in eindimensionalen Proben;269
8.4;7.4 Wärmeleitfähigkeit amorpher Festkörper;272
8.5;7.5 Aufgaben;275
9;8 Elektronen im Festkörper;277
9.1;8.1 Freies Elektronengas;278
9.1.1;8.1.1 Zustandsdichte;280
9.1.2;8.1.2 Fermi-Energie, Fermi-Kugel;285
9.2;8.2 Spezifische Wärme;289
9.3;8.3 Kollektive Phänomene im Elektronengas;293
9.3.1;8.3.1 Abgeschirmtes Coulomb-Potential;293
9.3.2;8.3.2 Metall-Isolator-Übergang;295
9.4;8.4 Elektronen im periodischen Potential;297
9.4.1;8.4.1 Bloch-Funktion;298
9.4.2;8.4.2 Näherung für quasi-freie Elektronen;302
9.4.3;8.4.3 „Stark gebundene“ Elektronen;309
9.5;8.5 Energiebänder;316
9.5.1;8.5.1 Metalle und Isolatoren;316
9.5.2;8.5.2 Brillouin-Zonen und Fermi-Flächen;318
9.5.3;8.5.3 Zustandsdichte;322
9.5.4;8.5.4 „Zweidimensionale“ hexagonale Festkörper: Graphen und Nanoröhren;325
9.6;8.6 Aufgaben;330
10;9 Elektronische Transporteigenschaften;333
10.1;9.1 Bewegungsgleichung und effektive Masse;334
10.1.1;9.1.1 Elektronen als Wellenpakete;334
10.1.2;9.1.2 Ladungstransport in Bändern;339
10.1.3;9.1.3 Elektronen und Löcher;342
10.2;9.2 Ladungstransport;344
10.2.1;9.2.1 Drude-Modell;344
10.2.2;9.2.2 Sommerfeldsche Theorie;345
10.2.3;9.2.3 Boltzmann-Gleichung;346
10.2.4;9.2.4 Elektrischer Ladungstransport;348
10.2.5;9.2.5 Elektronstreuung;351
10.2.6;9.2.6 Temperaturabhängigkeit der elektrischen Leitfähigkeit;355
10.2.7;9.2.7 Eindimensionale Leiter;359
10.2.8;9.2.8 Quantenpunkte;362
10.2.9;9.2.9 Luttinger-Flüssigkeit;366
10.2.10;9.2.10 Thermische Leitfähigkeit;369
10.2.11;9.2.11 Wiedemann-Franz-Gesetz;371
10.2.12;9.2.12 Fermi-Funktion im stationären Gleichgewicht;372
10.3;9.3 Elektronen im Magnetfeld;374
10.3.1;9.3.1 Zyklotronresonanz;374
10.3.2;9.3.2 Landau-Niveaus;379
10.3.3;9.3.3 Zustandsdichte im Magnetfeld;384
10.3.4;9.3.4 De-Haas-van-Alphén-Effekt;387
10.3.5;9.3.5 Hall-Effekt;389
10.3.6;9.3.6 Quanten-Hall-Effekt;392
10.3.7;9.3.7 Quanten-Hall-Effekt in Graphen;399
10.4;9.4 Aufgaben;400
11;10 Halbleiter;403
11.1;10.1 Intrinsische kristalline Halbleiter;404
11.1.1;10.1.1 Bandlücke und optische Absorption;404
11.1.2;10.1.2 Effektive Masse von Elektronen und Löchern;408
11.1.3;10.1.3 Ladungsträgerdichte;411
11.2;10.2 Dotierte kristalline Halbleiter;416
11.2.1;10.2.1 Dotierung;416
11.2.2;10.2.2 Ladungsträgerdichte und Fermi-Niveau;420
11.2.3;10.2.3 Beweglichkeit und elektrische Leitfähigkeit;427
11.3;10.3 Amorphe Halbleiter;430
11.3.1;10.3.1 Elektrische Leitfähigkeit;432
11.3.2;10.3.2 Defektzustände;435
11.4;10.4 Inhomogene Halbleiter;440
11.4.1;10.4.1 p-n-Übergang;440
11.4.2;10.4.2 Metall/Halbleiter-Kontakt;449
11.4.3;10.4.3 Halbleiter-Heterostrukturen und Übergitter;451
11.5;10.5 Bauelemente;456
11.5.1;10.5.1 Bauelemente basierend auf dem p-n-Übergang;456
11.5.2;10.5.2 Transistoren;459
11.5.3;10.5.3 Halbleiterlaser;463
11.6;10.6 Aufgaben;465
12;11 Supraleitung;467
12.1;11.1 Phänomenologische Beschreibung;468
12.1.1;11.1.1 Meißner-Effekt und London-Gleichungen;470
12.1.2;11.1.2 Kritisches Magnetfeld und thermodynamische Eigenschaften;476
12.2;11.2 Mikroskopische Beschreibung;480
12.2.1;11.2.1 Cooper-Paare;480
12.2.2;11.2.2 BCS-Grundzustand;486
12.2.3;11.2.3 BCS-Zustand bei endlicher Temperatur;491
12.2.4;11.2.4 Nachweis der Energielücke;492
12.2.5;11.2.5 Kritischer Strom und kritisches Magnetfeld;497
12.3;11.3 Makroskopische Wellenfunktion;500
12.3.1;11.3.1 Flussquantisierung;501
12.3.2;11.3.2 Josephson-Effekt;503
12.4;11.4 Ginzburg-Landau-Theorie und Supraleiter 2.Art;509
12.4.1;11.4.1 Ginzburg-Landau-Theorie;509
12.4.2;11.4.2 Supraleiter 2.Art und Grenzflächenenergie;512
12.4.3;11.4.3 Hochtemperatur-Supraleiter;517
12.5;11.5 Aufgaben;523
13;12 Magnetismus;525
13.1;12.1 Dia- und Paramagnetismus;527
13.1.1;12.1.1 Diamagnetismus;527
13.1.2;12.1.2 Paramagnetismus;528
13.2;12.2 Ferromagnetismus;537
13.2.1;12.2.1 Molekularfeldnäherung;538
13.2.2;12.2.2 Austauschwechselwirkung zwischen lokalisierten Elektronen;541
13.2.3;12.2.3 Austauschwechselwirkung im freien Elektronengas;545
13.2.4;12.2.4 Band-Ferromagnetismus;546
13.2.5;12.2.5 Spinwellen;550
13.2.6;12.2.6 Thermodynamik der Magnonen;552
13.2.7;12.2.7 Ferromagnetische Domänen;554
13.3;12.3 Ferri- und Antiferromagnetismus;555
13.3.1;12.3.1 Ferrimagnetismus;555
13.3.2;12.3.2 Antiferromagnetismus;556
13.3.3;12.3.3 Riesen-Magnetowiderstand;559
13.4;12.4 Spingläser;563
13.5;12.5 Aufgaben;567
14;13 Dielektrische und optische Eigenschaften;569
14.1;13.1 Dielektrische Funktion, optische Messungen;570
14.2;13.2 Lokales Feld, Clausius-Mossotti-Beziehung;573
14.3;13.3 Elektrische Polarisation von Isolatoren;577
14.3.1;13.3.1 Elektronische Polarisierbarkeit;578
14.3.2;13.3.2 Ionenpolarisation;581
14.3.3;13.3.3 Optische Phononen in Ionenkristallen;582
14.3.4;13.3.4 Erzwungene Schwingungen in Ionenkristallen;585
14.3.5;13.3.5 Phonon-Polaritonen;587
14.3.6;13.3.6 Orientierungspolarisation;591
14.3.7;13.3.7 Ferroelektrizität;600
14.3.8;13.3.8 Exzitonen;605
14.4;13.4 Optische Eigenschaften freier Ladungsträger;608
14.4.1;13.4.1 Ausbreitung elektromagnetischerWellen in Metallen;609
14.4.2;13.4.2 Longitudinale Schwingungen des Elektronengases: Plasmonen;613
14.5;13.5 Aufgaben;617
15;Index;619
