Einführung in die Festkörperphysik

1 Der kristalline Zustand.- 1.1 Struktur idealer Kristalle.- 1.1.1 Raumgitter.- 1.1.2 Kristallstrukturen.- 1.1.3 Millersche Indizes.- 1.1.4 Reziprokes Gitter.- 1.1.5 Erste Brillouin-Zone.- 1.2 Kristalle als natürliche Beugungsgitter.- 1.2.1 Lauesche Gleichungen.- 1.2.2 Braggsche Reflexionsbedingung.- 1.2.3 Strukturfaktor.- 1.2.4 Debye-Waller-Faktor.- 1.2.5 Beugung von Materiewellen.- 1.3 Bindungsarten im Kristall.- 1.3.1 Ionenbindung.- 1.3.2 Kovalente Bindung.- 1.3.3 Metallische Bindung.- 1.3.4 Van-der-Waals-Bindung.- 1.3.5 Bindung über Wasserstoffbrücken.- 1.4 Fehlordnungen im Kristall.- 1.4.1 Leerstellen und Zwischengitteratome.- 1.4.2 Fremdatome in Kristallen.- 1.4.3 Farbzentren.- 1.4.4 Versetzungen.- 1.4.5 Kleinwinkelkorngrenzen und Stapelfehler.- 1.5 Untersuchung von Kristallstrukturen mit Röntgenstrahlen.- 1.5.1 Laue-Verfahren.- 1.5.2 Drehkristallverfahren.- 1.5.3 Debye-Scherrer-Verfahren.- 2 Dynamik des Kristallgitters.- 2.1 Gitterschwingungen.- 2.1.1 Eigenschwingungen von Kristallgittern mit einatomiger Basis.- 2.1.2 Phononen.- 2.1.3 Eigenschwingungen von Kristallgittern mit zweiatomiger Basis.- 2.2 Spezifische Wärme von Kristallen.- 2.2.1 Zustandsdichte im Phononenspektrum.- 2.2.2 Debyesches Näherungsverfahren.- 2.3 Anharmonische Effekte.- 2.3.1 Thermische Ausdehnung.- 2.3.2 Wärmeleitung in Isolatoren.- 2.4 Phononenspektroskopie.- 2.4.1 Inelastische Neutronenstreuung.- 2.4.2 Raman-Streuung.- 2.5 Aufgaben zu Kapitel 1 und 2.- 3 Elektronen im Festkörper.- 3.1 Modell des freien Elektronengases.- 3.1.1 Spezifische Wärme von Metallen.- 3.1.2 Wärmeleitung in Metallen.- 3.1.3 Glühemission von Elektronen aus Metallen.- 3.1.4 Metallische Bindung.- 3.2 Bändertheorie des Festkörpers.- 3.2.1 Bloch-Funktion.- 3.2.2 Näherung für quasigebundene Elektronen.- 3.2.3 Näherung für quasifreie Elektronen.- 3.2.4 Metalle, Halbmetalle, Isolatoren und Halbleiter.- 3.2.5 Fermi-Flächen von Metallen.- 3.3 Kristallelektronen in äußeren Kraftfeldern.- 3.3.1 Effektive Masse eines Kristallelektrons.- 3.3.2 Bewegung eines Kristallelektrons in einem elektrischen Feld; Defektelektronen.- 3.3.3 Bewegung eines Kristallelektrons im magnetischen Feld; Zyklotronfrequenz.- 3.3.4 Elektrische Leitfähigkeit von Metallen.- 3.3.5 Elektrische Leitung in gekreuzten elektrischen und magnetischen Feldern; Hall-Effekt.- 3.4 Halbleiter.- 3.4.1 Eigenleitung.- 3.4.2 Störstellenleitung.- 3.4.3 p-n-Übergang.- 3.5 Experimentelle Methoden zur Untersuchung von Halbleitern.- 3.5.1 Hall-Effekt bei Halbleitern.- 3.5.2 Zyklotron-Resonanz bei Halbleitern.- 3.6 Quanten-Hall-Effekt.- 3.7 Aufgaben zu Kapitel 3.- 4 Dielektrische Eigenschaften der Festkörper.- 4.1 Zusammenhang zwischen Dielektrizitätskonstante und Polar-isierbarkeit.- 4.1.1 Lokales elektrisches Feld.- 4.1.2 Clausius-Mossottische Gleichung.- 4.2 Elektrische Polarisation und optische Eigenschaften von Isolatoren.- 4.2.1 Lorentzsches Oszillatormodell.- 4.2.2 Eigenschwingungen von Ionenkristallen.- 4.2.3 Optisches Verhalten von Ionenkristallen.- 4.2.4 Polaritonen.- 4.2.5 Orientierungspolarisation.- 4.3 Optische Eigenschaften von Metallen und Halbleitern.- 4.3.1 Plasmaschwingungen.- 4.3.2 Interbandiübergänge.- 4.3.3 Exzitonen.- 4.4 Ferroelektrizität.- 4.4.1 Polarisationskatastrophe.- 4.4.2 Antiferroelektrizität.- 4.5 Experimentelle Methoden zur Bestimmung der dielektrischen Funktion.- 4.5.1 Kramers-Kronig-Relationen.- 4.5.2 Auswertung von optischen Reflexionsspektren.- 4.5.3 Energieverlust schneller Elektronen in einem Festkörper.- 4.6 Aufgaben zu Kapitel 4.- 5 Magnetische Eigenschaften der Festkörper.- 5.1 Para- und Diamagnetismus von Isolatoren.- 5.1.1 Langevinscher Para- und Diamagnetismus.- 5.1.2 Salze der seltenen Erden und der 3d-Elemente.- 5.2 Para- und Diamagnetismus von Metallen.- 5.3 Ferromagnetismus.- 5.3.1 Molekularfeldnäherung.- 5.3.2 Spinwellentheorie.- 5.3.3 Domänenstruktur.- 5.4 Antiferromagnetismus.- 5.5 Spingläser.- 5.6 Aufgaben zu Kapitel 5.- 6 Supraleitung.- 6.1 Grundzüge der mikroskopischen Theorie der Supraleitung.- 6.1.1 Effektive Elektron-Elektron-Wechselwirkung.- 6.1.2 Cooper-Paare.- 6.1.3 Grundzustand und angeregte Zustände eines Supraleiters bei T = 0 K.- 6.1.4 Supraleitende Zustände für T > 0 K.- 6.1.5 Isotopieeffekt.- 6.1.6 Halbleitermodell des Supraleiters.- 6.1.7 Giaeversche Tunnelexperimente.- 6.2 Elektrodynamik des supraleitenden Zustands.- 6.2.1 Londonsche Gleichungen.- 6.2.2 Dünne supraleitende Schicht im Magnetfeld.- 6.2.3 Flußquantisierung.- 6.3 Josephson-Effekte.- 6.3.1 Josephson-Gleichungen.- 6.3.2 Josephson-Kontakt im Magnetfeld.- 6.3.3 Josephson-Kontakt im Feld von Mikrowellenstrahlung.- 6.4 Thermodynamik des supraleitenden Zustands.- 6.4.1 Freie Enthalpie des supraleitenden Zustands.- 6.4.2 Entropie und spezifische Wärme.- 6.5 Phänomenologische Theorie von Ginzburg und Landau.- 6.5.1 Ginzburg-Landau-Gleichungen.- 6.5.2 Phasengrenzenergie.- 6.5.3 Supraleiter erster Art.- 6.5.4 Supraleiter zweiter Art.- 6.6 Hochtemperatur-Supraleiter.- 6.7 Aufgaben zu Kapitel 6.- 7 Legierungen.- 7.1 Thermodynamik binärer Legierungen.- 7.1.1 Ideale Lösungen.- 7.1.2 Eutektische und peritektische Zustandsdiagramme.- 7.1.3 Intermetallische Verbindungen.- 7.1.4 Thermische Analyse.- 7.1.5 Überstrukturen.- 7.2 Kinetik der Phasenreaktionen.- 7.2.1 Darken-Gleichungen.- 7.2.2 Erstarrungsvorgänge.- 7.2.3 Ausscheidungsvorgänge.- 7.2.4 Martensitische Umwandlungen.- 7.3 Metastabile Legierungen.- 7.3.1 Struktur metallischer Gläser.- 7.3.2 Beugungsdiagramme amorpher Substanzen.- 7.3.3 Feinstrukturanalyse von Röntgenabsorptionskanten.- 7.4 Aufgaben zu Kapitel 7.- A Thermodynamische Gleichgewichtsbedingungen.- B VerteUungsfunktionen in der Boltzmann-, Bose- und Fermi-Statistik.