Festkörperphysik

1 - Vorworte [Seite 11]
2 - 1 Vorbemerkungen [Seite 15]
3 - 2 Bindung im Festkörper [Seite 19]
3.1 - 2.1 Bindungstypen [Seite 20]
3.1.1 - 2.1.1 Bindungsenergie [Seite 22]
3.2 - 2.2 Van-der-Waals-Bindung [Seite 24]
3.2.1 - 2.2.1 Lennard-Jones-Potenzial [Seite 25]
3.2.2 - 2.2.2 Bindungsenergie [Seite 26]
3.3 - 2.3 Ionenbindung [Seite 28]
3.3.1 - 2.3.1 Bestimmung der Bindungsenergie [Seite 28]
3.3.2 - 2.3.2 Madelung-Energie [Seite 30]
3.4 - 2.4 Kovalente Bindung [Seite 34]
3.4.1 - 2.4.1 H+2 -Molekülion [Seite 34]
3.4.2 - 2.4.2 Wasserstoffmolekül [Seite 38]
3.4.3 - 2.4.3 Kovalente Bindungstypen [Seite 40]
3.5 - 2.5 Metallische Bindung [Seite 43]
3.6 - 2.6 Wasserstoffbrückenbindung [Seite 47]
3.7 - 2.7 Aufgaben [Seite 48]
4 - 3 Struktur der Festkörper [Seite 51]
4.1 - 3.1 Herstellung kristalliner und amorpher Festkörper [Seite 52]
4.1.1 - 3.1.1 Zucht von Einkristallen [Seite 52]
4.1.2 - 3.1.2 Herstellung von Legierungen [Seite 54]
4.1.3 - 3.1.3 Glasherstellung [Seite 61]
4.2 - 3.2 Ordnung und Unordnung [Seite 63]
4.3 - 3.3 Struktur der Kristalle [Seite 67]
4.3.1 - 3.3.1 Translationsgitter und Kristallsysteme [Seite 67]
4.3.2 - 3.3.2 Cluster und Quasikristalle [Seite 73]
4.3.3 - 3.3.3 Notation und Einfluss der Basis [Seite 77]
4.3.4 - 3.3.4 Einfache Kristallgitter [Seite 81]
4.3.5 - 3.3.5 Wigner-Seitz-Zelle [Seite 87]
4.3.6 - 3.3.6 Nanoröhren [Seite 88]
4.3.7 - 3.3.7 Festkörperoberflächen [Seite 90]
4.4 - 3.4 Struktur amorpher Festkörper [Seite 92]
4.4.1 - 3.4.1 Paarverteilungsfunktion [Seite 92]
4.5 - 3.5 Aufgaben [Seite 96]
5 - 4 Strukturbestimmung [Seite 99]
5.1 - 4.1 Allgemeine Anmerkungen [Seite 100]
5.2 - 4.2 Beugungsexperimente [Seite 103]
5.2.1 - 4.2.1 Streuamplitude [Seite 103]
5.3 - 4.3 Fourier-Entwicklung von Punktgittern [Seite 105]
5.3.1 - 4.3.1 Reziprokes Gitter [Seite 106]
5.3.2 - 4.3.2 Brillouin-Zone [Seite 109]
5.3.3 - 4.3.3 Millersche Indizes [Seite 111]
5.4 - 4.4 Experimentelle Bestimmung der Kristallstruktur [Seite 115]
5.4.1 - 4.4.1 Ewald-Kugel und Bragg-Bedingung [Seite 117]
5.4.2 - 4.4.2 Strukturfaktor [Seite 119]
5.4.3 - 4.4.3 Atom-Strukturfaktor [Seite 123]
5.4.4 - 4.4.4 Oberflächen und dünne Schichten [Seite 126]
5.4.5 - 4.4.5 Phasenproblem und Reflexbreite [Seite 127]
5.5 - 4.5 Streuexperimente an amorphen Festkörpern [Seite 129]
5.6 - 4.6 Experimentelle Methoden [Seite 134]
5.6.1 - 4.6.1 Messverfahren [Seite 137]
5.6.2 - 4.6.2 Messungen an Oberflächen und dünnen Filmen [Seite 140]
5.7 - 4.7 Aufgaben [Seite 144]
6 - 5 Strukturelle Defekte [Seite 147]
6.1 - 5.1 Punktdefekte [Seite 148]
6.1.1 - 5.1.1 Leerstellen [Seite 149]
6.1.2 - 5.1.2 Farbzentren [Seite 153]
6.1.3 - 5.1.3 Zwischengitteratome [Seite 156]
6.1.4 - 5.1.4 Fremdatome [Seite 157]
6.1.5 - 5.1.5 Atomarer Transport [Seite 158]
6.2 - 5.2 Ausgedehnte Defekte [Seite 164]
6.2.1 - 5.2.1 Mechanische Festigkeit [Seite 164]
6.2.2 - 5.2.2 Versetzungen [Seite 168]
6.2.3 - 5.2.3 Korngrenzen [Seite 175]
6.3 - 5.3 Defekte in amorphen Festkörpern [Seite 177]
6.4 - 5.4 Ordnungs-Unordnungs-Übergang [Seite 180]
6.5 - 5.5 Aufgaben [Seite 183]
7 - 6 Gitterdynamik [Seite 185]
7.1 - 6.1 Elastische Eigenschaften [Seite 186]
7.1.1 - 6.1.1 Spannung und Verformung [Seite 187]
7.1.2 - 6.1.2 Elastische Konstanten [Seite 189]
7.1.3 - 6.1.3 Schallausbreitung [Seite 192]
7.2 - 6.2 Gitterschwingungen [Seite 198]
7.2.1 - 6.2.1 Gitter mit einatomiger Basis [Seite 199]
7.2.2 - 6.2.2 Gitter mit mehratomiger Basis [Seite 204]
7.2.3 - 6.2.3 Bewegungsgleichung [Seite 209]
7.3 - 6.3 Experimentelle Bestimmung von Dispersionskurven [Seite 212]
7.3.1 - 6.3.1 Dynamische Streuung, Phononen [Seite 212]
7.3.2 - 6.3.2 Kohärente inelastische Neutronenstreuung [Seite 217]
7.3.3 - 6.3.3 Debye-Waller-Faktor [Seite 219]
7.3.4 - 6.3.4 Experimentell ermittelte Dispersionskurven [Seite 222]
7.3.5 - 6.3.5 Lichtstreuung [Seite 225]
7.4 - 6.4 Spezifische Wärmekapazität [Seite 230]
7.4.1 - 6.4.1 Zustandsdichte der Phononen [Seite 231]
7.4.2 - 6.4.2 Spezifische Wärme in der Debye-Näherung [Seite 238]
7.4.3 - 6.4.3 Spezifische Wärme niederdimensionaler Systeme [Seite 243]
7.4.4 - 6.4.4 Nullpunktsenergie, Phononenzahl [Seite 245]
7.5 - 6.5 Schwingungen in amorphen Festkörpern [Seite 246]
7.5.1 - 6.5.1 Wärmekapazität von Gläsern [Seite 248]
7.6 - 6.6 Aufgaben [Seite 253]
8 - 7 Anharmonische Gittereigenschaften [Seite 257]
8.1 - 7.1 Zustandsgleichung und thermische Ausdehnung [Seite 258]
8.2 - 7.2 Phononenstöße [Seite 264]
8.2.1 - 7.2.1 Drei-Phononen-Prozess [Seite 264]
8.2.2 - 7.2.2 Ultraschallabsorption in Kristallen [Seite 265]
8.2.3 - 7.2.3 Spontaner Phononenzerfall [Seite 270]
8.2.4 - 7.2.4 Ultraschallabsorption in amorphen Festkörpern [Seite 271]
8.3 - 7.3 Wärmetransport in dielektrischen Kristallen [Seite 275]
8.3.1 - 7.3.1 Ballistische Ausbreitung von Phononen [Seite 276]
8.3.2 - 7.3.2 Wärmeleitfähigkeit [Seite 277]
8.3.3 - 7.3.3 Phononenstöße [Seite 279]
8.3.4 - 7.3.4 Einfluss von Defekten [Seite 282]
8.3.5 - 7.3.5 Wärmetransport in eindimensionalen Proben [Seite 284]
8.4 - 7.4 Wärmeleitfähigkeit amorpher Festkörper [Seite 287]
8.5 - 7.5 Aufgaben [Seite 290]
9 - 8 Elektronen im Festkörper [Seite 291]
9.1 - 8.1 Freies Elektronengas [Seite 292]
9.1.1 - 8.1.1 Zustandsdichte [Seite 294]
9.1.2 - 8.1.2 Fermi-Energie [Seite 300]
9.2 - 8.2 Spezifische Wärme [Seite 303]
9.3 - 8.3 Kollektive Phänomene im Elektronengas [Seite 307]
9.3.1 - 8.3.1 Abgeschirmtes Coulomb-Potenzial [Seite 307]
9.3.2 - 8.3.2 Metall-Isolator-Übergang [Seite 310]
9.4 - 8.4 Elektronen im periodischen Potenzial [Seite 312]
9.4.1 - 8.4.1 Bloch-Funktion [Seite 312]
9.4.2 - 8.4.2 Quasi-freie Elektronen [Seite 317]
9.4.3 - 8.4.3 Stark gebundene Elektronen [Seite 325]
9.5 - 8.5 Energiebänder [Seite 332]
9.5.1 - 8.5.1 Metalle und Isolatoren [Seite 332]
9.5.2 - 8.5.2 Brillouin-Zonen und Fermi-Flächen [Seite 334]
9.5.3 - 8.5.3 Zustandsdichte [Seite 338]
9.5.4 - 8.5.4 Graphen und Nanoröhren [Seite 341]
9.6 - 8.6 Aufgaben [Seite 346]
10 - 9 Elektronische Transporteigenschaften [Seite 349]
10.1 - 9.1 Bewegungsgleichung und effektive Masse [Seite 350]
10.1.1 - 9.1.1 Elektronen als Wellenpakete [Seite 350]
10.1.2 - 9.1.2 Elektronenbewegung in Bändern [Seite 356]
10.1.3 - 9.1.3 Elektronen und Löcher [Seite 358]
10.2 - 9.2 Transporteigenschaften [Seite 360]
10.2.1 - 9.2.1 Sommerfeld-Theorie [Seite 361]
10.2.2 - 9.2.2 Boltzmann-Gleichung [Seite 363]
10.2.3 - 9.2.3 Elektrischer Ladungstransport [Seite 365]
10.2.4 - 9.2.4 Streuung von Leitungselektronen [Seite 367]
10.2.5 - 9.2.5 Temperaturabhängigkeit der elektrischen Leitfähigkeit [Seite 372]
10.2.6 - 9.2.6 Eindimensionale Leiter [Seite 376]
10.2.7 - 9.2.7 Quantenpunkte [Seite 380]
10.2.8 - 9.2.8 Luttinger-Flüssigkeit [Seite 384]
10.2.9 - 9.2.9 Wärmetransport in Metallen [Seite 387]
10.2.10 - 9.2.10 Fermi-Funktion im stationären Gleichgewicht [Seite 390]
10.3 - 9.3 Elektronen im Magnetfeld [Seite 393]
10.3.1 - 9.3.1 Zyklotronresonanz [Seite 393]
10.3.2 - 9.3.2 Landau-Niveaus [Seite 398]
10.3.3 - 9.3.3 Zustandsdichte im Magnetfeld [Seite 403]
10.3.4 - 9.3.4 De-Haas-van-Alphén-Effekt [Seite 406]
10.3.5 - 9.3.5 Hall-Effekt [Seite 409]
10.3.6 - 9.3.6 Quanten-Hall-Effekt [Seite 413]
10.3.7 - 9.3.7 Quanten-Hall-Effekt in Graphen [Seite 421]
10.4 - 9.4 Aufgaben [Seite 422]
11 - 10 Halbleiter [Seite 425]
11.1 - 10.1 Intrinsische kristalline Halbleiter [Seite 427]
11.1.1 - 10.1.1 Bandstruktur, Bandlücke und optische Absorption [Seite 427]
11.1.2 - 10.1.2 Effektive Masse von Elektronen und Löchern [Seite 431]
11.1.3 - 10.1.3 Ladungsträgerdichte [Seite 434]
11.2 - 10.2 Dotierte kristalline Halbleiter [Seite 439]
11.2.1 - 10.2.1 Dotierung [Seite 439]
11.2.2 - 10.2.2 Ladungsträgerdichte und Fermi-Niveau [Seite 443]
11.2.3 - 10.2.3 Beweglichkeit und elektrische Leitfähigkeit [Seite 450]
11.3 - 10.3 Amorphe Halbleiter [Seite 453]
11.3.1 - 10.3.1 Elektrische Leitfähigkeit [Seite 455]
11.3.2 - 10.3.2 Defektzustände [Seite 459]
11.4 - 10.4 Inhomogene Halbleiter [Seite 463]
11.4.1 - 10.4.1 p-n-Übergang [Seite 463]
11.4.2 - 10.4.2 Metall/Halbleiter-Kontakt [Seite 472]
11.4.3 - 10.4.3 Halbleiter-Heterostrukturen und Übergitter [Seite 474]
11.5 - 10.5 Bauelemente [Seite 479]
11.5.1 - 10.5.1 Technische Anwendung des p-n-Übergangs [Seite 479]
11.5.2 - 10.5.2 Transistoren [Seite 484]
11.5.3 - 10.5.3 Halbleiterlaser [Seite 487]
11.6 - 10.6 Aufgaben [Seite 489]
12 - 11 Supraleitung [Seite 491]
12.1 - 11.1 Phänomenologische Beschreibung [Seite 492]
12.1.1 - 11.1.1 Meißner-Ochsenfeld-Effekt, London-Gleichungen [Seite 494]
12.1.2 - 11.1.2 Thermodynamische Eigenschaften [Seite 503]
12.2 - 11.2 Mikroskopische Beschreibung [Seite 506]
12.2.1 - 11.2.1 Cooper-Paare [Seite 507]
12.2.2 - 11.2.2 BCS-Theorie [Seite 513]
12.2.3 - 11.2.3 Nachweis der Energielücke [Seite 520]
12.2.4 - 11.2.4 Stromdurchgang durch Grenzflächen [Seite 525]
12.2.5 - 11.2.5 Kritischer Strom und kritisches Magnetfeld [Seite 526]
12.3 - 11.3 Makroskopische Wellenfunktion [Seite 529]
12.3.1 - 11.3.1 Flussquantisierung [Seite 529]
12.3.2 - 11.3.2 Josephson-Effekt [Seite 532]
12.4 - 11.4 Ginzburg-Landau-Theorie und Supraleiter 2. Art [Seite 538]
12.4.1 - 11.4.1 Ginzburg-Landau-Theorie [Seite 538]
12.4.2 - 11.4.2 Supraleiter 2. Art und Grenzflächenenergie [Seite 541]
12.5 - 11.5 Unkonventionelle Supraleiter [Seite 546]
12.5.1 - 11.5.1 Hochtemperatur-Supraleiter [Seite 546]
12.5.2 - 11.5.2 Schwere-Fermionen-Systeme [Seite 553]
12.5.3 - 11.5.3 Technische Anwendung der Supraleitung [Seite 555]
12.6 - 11.6 Aufgaben [Seite 556]
13 - 12 Magnetismus [Seite 559]
13.1 - 12.1 Dia- und Paramagnetismus [Seite 561]
13.1.1 - 12.1.1 Diamagnetismus [Seite 561]
13.1.2 - 12.1.2 Paramagnetismus [Seite 562]
13.2 - 12.2 Ferromagnetismus [Seite 571]
13.2.1 - 12.2.1 Molekularfeldnäherung [Seite 572]
13.2.2 - 12.2.2 Austauschwechselwirkung [Seite 576]
13.2.3 - 12.2.3 Band-Ferromagnetismus [Seite 581]
13.2.4 - 12.2.4 Spinwellen [Seite 585]
13.2.5 - 12.2.5 Magnonen [Seite 588]
13.2.6 - 12.2.6 Ferromagnetische Domänen [Seite 590]
13.3 - 12.3 Ferri- und Antiferromagnetismus [Seite 591]
13.3.1 - 12.3.1 Ferrimagnetismus [Seite 591]
13.3.2 - 12.3.2 Antiferromagnetismus [Seite 592]
13.3.3 - 12.3.3 Riesen-Magnetowiderstand [Seite 596]
13.4 - 12.4 Spingläser [Seite 599]
13.5 - 12.5 Aufgaben [Seite 603]
14 - 13 Dielektrische und optische Eigenschaften [Seite 605]
14.1 - 13.1 Dielektrische Suszeptibilität, optische Messgrößen [Seite 606]
14.2 - 13.2 Lokales elektrisches Feld [Seite 609]
14.3 - 13.3 Elektrische Polarisation [Seite 613]
14.3.1 - 13.3.1 Elektronische Polarisierbarkeit [Seite 614]
14.3.2 - 13.3.2 Ionenpolarisation [Seite 618]
14.3.3 - 13.3.3 Optische Phononen in Ionenkristallen [Seite 619]
14.3.4 - 13.3.4 Dielektrische Funktion von Ionenkristallen [Seite 621]
14.3.5 - 13.3.5 Phonon-Polaritonen [Seite 624]
14.3.6 - 13.3.6 Orientierungspolarisation [Seite 628]
14.3.7 - 13.3.7 Ferroelektrizität [Seite 637]
14.3.8 - 13.3.8 Exzitonen [Seite 642]
14.4 - 13.4 Optische Eigenschaften freier Ladungsträger [Seite 645]
14.4.1 - 13.4.1 Elektromagnetischer Wellen in Metallen [Seite 646]
14.4.2 - 13.4.2 Plasmonen [Seite 650]
14.5 - 13.5 Aufgaben [Seite 654]
15 - Index [Seite 657]