E-Book, Deutsch, 668 Seiten
Reihe: De Gruyter Studium
Hunklinger Festkörperphysik
4. aktualisierte Auflage 2014
ISBN: 978-3-486-85850-1
Verlag: De Gruyter
Format: PDF
Kopierschutz: 1 - PDF Watermark
E-Book, Deutsch, 668 Seiten
Reihe: De Gruyter Studium
ISBN: 978-3-486-85850-1
Verlag: De Gruyter
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Das anerkannte Lehrbuch behandelt alle aktuellen Teilgebiete der Festkörperphysik und führt anschaulich in die grundlegenden Gesetzmäßigkeiten ein. Konsequente Berücksichtigung finden zudem ungeordnete Festkörper, die in der Wissenschaft zunehmend an Bedeutung gewinnen. Zur Illustration von experimentellen Ergebnissen zeigt der Autor nicht nur schematische Darstellungen, sondern präsentiert in erster Linie Originaldaten. Hierdurch sollen nicht zuletzt auch die Schwierigkeiten verdeutlicht werden, denen ein Experimentalphysiker in der Praxis gegenübersteht.
Die vorliegende 4. Auflage wurde umfassend überarbeitet und diskutiert u.a. erstmalig unkonventionelle Supraleiter. Neue Übungsaufgaben am Ende der Kapitel ermöglichen die unmittelbare Überprüfung des Gelernten.
Zielgruppe
Für Studierende der Physik
Autoren/Hrsg.
Weitere Infos & Material
1;Vorworte;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
3.2;2.2 Van-der-Waals-Bindung;24
3.2.1;2.2.1 Lennard-Jones-Potenzial;25
3.2.2;2.2.2 Bindungsenergie;26
3.3;2.3 Ionenbindung;28
3.3.1;2.3.1 Bestimmung der Bindungsenergie;28
3.3.2;2.3.2 Madelung-Energie;30
3.4;2.4 Kovalente Bindung;34
3.4.1;2.4.1 H+2 -Molekülion;34
3.4.2;2.4.2 Wasserstoffmolekül;38
3.4.3;2.4.3 Kovalente Bindungstypen;40
3.5;2.5 Metallische Bindung;43
3.6;2.6 Wasserstoffbrückenbindung;47
3.7;2.7 Aufgaben;48
4;3 Struktur der Festkörper;51
4.1;3.1 Herstellung kristalliner und amorpher Festkörper;52
4.1.1;3.1.1 Zucht von Einkristallen;52
4.1.2;3.1.2 Herstellung von Legierungen;54
4.1.3;3.1.3 Glasherstellung;61
4.2;3.2 Ordnung und Unordnung;63
4.3;3.3 Struktur der Kristalle;67
4.3.1;3.3.1 Translationsgitter und Kristallsysteme;67
4.3.2;3.3.2 Cluster und Quasikristalle;73
4.3.3;3.3.3 Notation und Einfluss der Basis;77
4.3.4;3.3.4 Einfache Kristallgitter;81
4.3.5;3.3.5 Wigner-Seitz-Zelle;87
4.3.6;3.3.6 Nanoröhren;88
4.3.7;3.3.7 Festkörperoberflächen;90
4.4;3.4 Struktur amorpher Festkörper;92
4.4.1;3.4.1 Paarverteilungsfunktion;92
4.5;3.5 Aufgaben;96
5;4 Strukturbestimmung;99
5.1;4.1 Allgemeine Anmerkungen;100
5.2;4.2 Beugungsexperimente;103
5.2.1;4.2.1 Streuamplitude;103
5.3;4.3 Fourier-Entwicklung von Punktgittern;105
5.3.1;4.3.1 Reziprokes Gitter;106
5.3.2;4.3.2 Brillouin-Zone;109
5.3.3;4.3.3 Millersche Indizes;111
5.4;4.4 Experimentelle Bestimmung der Kristallstruktur;115
5.4.1;4.4.1 Ewald-Kugel und Bragg-Bedingung;117
5.4.2;4.4.2 Strukturfaktor;119
5.4.3;4.4.3 Atom-Strukturfaktor;123
5.4.4;4.4.4 Oberflächen und dünne Schichten;126
5.4.5;4.4.5 Phasenproblem und Reflexbreite;127
5.5;4.5 Streuexperimente an amorphen Festkörpern;129
5.6;4.6 Experimentelle Methoden;134
5.6.1;4.6.1 Messverfahren;137
5.6.2;4.6.2 Messungen an Oberflächen und dünnen Filmen;140
5.7;4.7 Aufgaben;144
6;5 Strukturelle Defekte;147
6.1;5.1 Punktdefekte;148
6.1.1;5.1.1 Leerstellen;149
6.1.2;5.1.2 Farbzentren;153
6.1.3;5.1.3 Zwischengitteratome;156
6.1.4;5.1.4 Fremdatome;157
6.1.5;5.1.5 Atomarer Transport;158
6.2;5.2 Ausgedehnte Defekte;164
6.2.1;5.2.1 Mechanische Festigkeit;164
6.2.2;5.2.2 Versetzungen;168
6.2.3;5.2.3 Korngrenzen;175
6.3;5.3 Defekte in amorphen Festkörpern;177
6.4;5.4 Ordnungs-Unordnungs-Übergang;180
6.5;5.5 Aufgaben;183
7;6 Gitterdynamik;185
7.1;6.1 Elastische Eigenschaften;186
7.1.1;6.1.1 Spannung und Verformung;187
7.1.2;6.1.2 Elastische Konstanten;189
7.1.3;6.1.3 Schallausbreitung;192
7.2;6.2 Gitterschwingungen;198
7.2.1;6.2.1 Gitter mit einatomiger Basis;199
7.2.2;6.2.2 Gitter mit mehratomiger Basis;204
7.2.3;6.2.3 Bewegungsgleichung;209
7.3;6.3 Experimentelle Bestimmung von Dispersionskurven;212
7.3.1;6.3.1 Dynamische Streuung, Phononen;212
7.3.2;6.3.2 Kohärente inelastische Neutronenstreuung;217
7.3.3;6.3.3 Debye-Waller-Faktor;219
7.3.4;6.3.4 Experimentell ermittelte Dispersionskurven;222
7.3.5;6.3.5 Lichtstreuung;225
7.4;6.4 Spezifische Wärmekapazität;230
7.4.1;6.4.1 Zustandsdichte der Phononen;231
7.4.2;6.4.2 Spezifische Wärme in der Debye-Näherung;238
7.4.3;6.4.3 Spezifische Wärme niederdimensionaler Systeme;243
7.4.4;6.4.4 Nullpunktsenergie, Phononenzahl;245
7.5;6.5 Schwingungen in amorphen Festkörpern;246
7.5.1;6.5.1 Wärmekapazität von Gläsern;248
7.6;6.6 Aufgaben;253
8;7 Anharmonische Gittereigenschaften;257
8.1;7.1 Zustandsgleichung und thermische Ausdehnung;258
8.2;7.2 Phononenstöße;264
8.2.1;7.2.1 Drei-Phononen-Prozess;264
8.2.2;7.2.2 Ultraschallabsorption in Kristallen;265
8.2.3;7.2.3 Spontaner Phononenzerfall;270
8.2.4;7.2.4 Ultraschallabsorption in amorphen Festkörpern;271
8.3;7.3 Wärmetransport in dielektrischen Kristallen;275
8.3.1;7.3.1 Ballistische Ausbreitung von Phononen;276
8.3.2;7.3.2 Wärmeleitfähigkeit;277
8.3.3;7.3.3 Phononenstöße;279
8.3.4;7.3.4 Einfluss von Defekten;282
8.3.5;7.3.5 Wärmetransport in eindimensionalen Proben;284
8.4;7.4 Wärmeleitfähigkeit amorpher Festkörper;287
8.5;7.5 Aufgaben;290
9;8 Elektronen im Festkörper;291
9.1;8.1 Freies Elektronengas;292
9.1.1;8.1.1 Zustandsdichte;294
9.1.2;8.1.2 Fermi-Energie;300
9.2;8.2 Spezifische Wärme;303
9.3;8.3 Kollektive Phänomene im Elektronengas;307
9.3.1;8.3.1 Abgeschirmtes Coulomb-Potenzial;307
9.3.2;8.3.2 Metall-Isolator-Übergang;310
9.4;8.4 Elektronen im periodischen Potenzial;312
9.4.1;8.4.1 Bloch-Funktion;312
9.4.2;8.4.2 Quasi-freie Elektronen;317
9.4.3;8.4.3 Stark gebundene Elektronen;325
9.5;8.5 Energiebänder;332
9.5.1;8.5.1 Metalle und Isolatoren;332
9.5.2;8.5.2 Brillouin-Zonen und Fermi-Flächen;334
9.5.3;8.5.3 Zustandsdichte;338
9.5.4;8.5.4 Graphen und Nanoröhren;341
9.6;8.6 Aufgaben;346
10;9 Elektronische Transporteigenschaften;349
10.1;9.1 Bewegungsgleichung und effektive Masse;350
10.1.1;9.1.1 Elektronen als Wellenpakete;350
10.1.2;9.1.2 Elektronenbewegung in Bändern;356
10.1.3;9.1.3 Elektronen und Löcher;358
10.2;9.2 Transporteigenschaften;360
10.2.1;9.2.1 Sommerfeld-Theorie;361
10.2.2;9.2.2 Boltzmann-Gleichung;363
10.2.3;9.2.3 Elektrischer Ladungstransport;365
10.2.4;9.2.4 Streuung von Leitungselektronen;367
10.2.5;9.2.5 Temperaturabhängigkeit der elektrischen Leitfähigkeit;372
10.2.6;9.2.6 Eindimensionale Leiter;376
10.2.7;9.2.7 Quantenpunkte;380
10.2.8;9.2.8 Luttinger-Flüssigkeit;384
10.2.9;9.2.9 Wärmetransport in Metallen;387
10.2.10;9.2.10 Fermi-Funktion im stationären Gleichgewicht;390
10.3;9.3 Elektronen im Magnetfeld;393
10.3.1;9.3.1 Zyklotronresonanz;393
10.3.2;9.3.2 Landau-Niveaus;398
10.3.3;9.3.3 Zustandsdichte im Magnetfeld;403
10.3.4;9.3.4 De-Haas-van-Alphén-Effekt;406
10.3.5;9.3.5 Hall-Effekt;409
10.3.6;9.3.6 Quanten-Hall-Effekt;413
10.3.7;9.3.7 Quanten-Hall-Effekt in Graphen;421
10.4;9.4 Aufgaben;422
11;10 Halbleiter;425
11.1;10.1 Intrinsische kristalline Halbleiter;427
11.1.1;10.1.1 Bandstruktur, Bandlücke und optische Absorption;427
11.1.2;10.1.2 Effektive Masse von Elektronen und Löchern;431
11.1.3;10.1.3 Ladungsträgerdichte;434
11.2;10.2 Dotierte kristalline Halbleiter;439
11.2.1;10.2.1 Dotierung;439
11.2.2;10.2.2 Ladungsträgerdichte und Fermi-Niveau;443
11.2.3;10.2.3 Beweglichkeit und elektrische Leitfähigkeit;450
11.3;10.3 Amorphe Halbleiter;453
11.3.1;10.3.1 Elektrische Leitfähigkeit;455
11.3.2;10.3.2 Defektzustände;459
11.4;10.4 Inhomogene Halbleiter;463
11.4.1;10.4.1 p-n-Übergang;463
11.4.2;10.4.2 Metall/Halbleiter-Kontakt;472
11.4.3;10.4.3 Halbleiter-Heterostrukturen und Übergitter;474
11.5;10.5 Bauelemente;479
11.5.1;10.5.1 Technische Anwendung des p-n-Übergangs;479
11.5.2;10.5.2 Transistoren;484
11.5.3;10.5.3 Halbleiterlaser;487
11.6;10.6 Aufgaben;489
12;11 Supraleitung;491
12.1;11.1 Phänomenologische Beschreibung;492
12.1.1;11.1.1 Meißner-Ochsenfeld-Effekt, London-Gleichungen;494
12.1.2;11.1.2 Thermodynamische Eigenschaften;503
12.2;11.2 Mikroskopische Beschreibung;506
12.2.1;11.2.1 Cooper-Paare;507
12.2.2;11.2.2 BCS-Theorie;513
12.2.3;11.2.3 Nachweis der Energielücke;520
12.2.4;11.2.4 Stromdurchgang durch Grenzflächen;525
12.2.5;11.2.5 Kritischer Strom und kritisches Magnetfeld;526
12.3;11.3 Makroskopische Wellenfunktion;529
12.3.1;11.3.1 Flussquantisierung;529
12.3.2;11.3.2 Josephson-Effekt;532
12.4;11.4 Ginzburg-Landau-Theorie und Supraleiter 2. Art;538
12.4.1;11.4.1 Ginzburg-Landau-Theorie;538
12.4.2;11.4.2 Supraleiter 2. Art und Grenzflächenenergie;541
12.5;11.5 Unkonventionelle Supraleiter;546
12.5.1;11.5.1 Hochtemperatur-Supraleiter;546
12.5.2;11.5.2 Schwere-Fermionen-Systeme;553
12.5.3;11.5.3 Technische Anwendung der Supraleitung;555
12.6;11.6 Aufgaben;556
13;12 Magnetismus;559
13.1;12.1 Dia- und Paramagnetismus;561
13.1.1;12.1.1 Diamagnetismus;561
13.1.2;12.1.2 Paramagnetismus;562
13.2;12.2 Ferromagnetismus;571
13.2.1;12.2.1 Molekularfeldnäherung;572
13.2.2;12.2.2 Austauschwechselwirkung;576
13.2.3;12.2.3 Band-Ferromagnetismus;581
13.2.4;12.2.4 Spinwellen;585
13.2.5;12.2.5 Magnonen;588
13.2.6;12.2.6 Ferromagnetische Domänen;590
13.3;12.3 Ferri- und Antiferromagnetismus;591
13.3.1;12.3.1 Ferrimagnetismus;591
13.3.2;12.3.2 Antiferromagnetismus;592
13.3.3;12.3.3 Riesen-Magnetowiderstand;596
13.4;12.4 Spingläser;599
13.5;12.5 Aufgaben;603
14;13 Dielektrische und optische Eigenschaften;605
14.1;13.1 Dielektrische Suszeptibilität, optische Messgrößen;606
14.2;13.2 Lokales elektrisches Feld;609
14.3;13.3 Elektrische Polarisation;613
14.3.1;13.3.1 Elektronische Polarisierbarkeit;614
14.3.2;13.3.2 Ionenpolarisation;618
14.3.3;13.3.3 Optische Phononen in Ionenkristallen;619
14.3.4;13.3.4 Dielektrische Funktion von Ionenkristallen;621
14.3.5;13.3.5 Phonon-Polaritonen;624
14.3.6;13.3.6 Orientierungspolarisation;628
14.3.7;13.3.7 Ferroelektrizität;637
14.3.8;13.3.8 Exzitonen;642
14.4;13.4 Optische Eigenschaften freier Ladungsträger;645
14.4.1;13.4.1 Elektromagnetischer Wellen in Metallen;646
14.4.2;13.4.2 Plasmonen;650
14.5;13.5 Aufgaben;654
15;Index;657
