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Einführung in die Festkörperphysik

von: Philip Hofmann

Wiley-VCH, 2013

ISBN: 9783527674657 , 250 Seiten

Format: PDF, ePUB, OL

Kopierschutz: DRM

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Online-Lesen für: Windows PC,Mac OSX,Linux

Preis: 28,99 EUR

Mehr zum Inhalt

Einführung in die Festkörperphysik

Cover: 1
Titel: 5
Inhaltsverzeichnis: 7
Vorwort: 11
1 Chemische Bindung in Festkörpern??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????: 13
1.1 Anziehende und abstoßende Kräfte??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????: 13
1.2 Ionische Bindung (Ionenbindung)????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????: 14
1.3 Kovalente Bindung (Atombindung)????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????: 15
1.4 Metallbindung????????????????????????????????????????????????: 18
1.5 Wasserstoffbrückenbindung????????????????????????????????????????????????????????????????????????: 19
1.6 van-der-Waals-Bindung????????????????????????????????????????????????????????????????: 19
1.7 Diskussion und Aufgaben????????????????????????????????????????????????????????????????????: 19
1.7.1 Diskussion??????????????????????????????????????????????: 19
1.7.2 Aufgaben??????????????????????????????????????????: 20
2 Kristallstrukturen??????????????????????????????????????????????????????: 21
2.1 Allgemeine Beschreibung von Kristallstrukturen??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????: 21
2.2 Einige wichtige Kristallstrukturen??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????: 23
2.2.1 Kubische Strukturen????????????????????????????????????????????????????????????????: 24
2.2.2 Am dichtesten gepackte Strukturen????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????: 25
2.2.3 Kovalente Strukturen??????????????????????????????????????????????????????????????????: 27
2.3 Methoden zur Bestimmung der Kristallstruktur??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????: 27
2.3.1 Röntgenbeugung??????????????????????????????????????????????????????: 28
2.3.2 Andere Methoden????????????????????????????????????????????????????????: 37
2.3.3 Inelastische Streuung????????????????????????????????????????????????????????????????????: 38
2.4 Diskussion und Aufgaben????????????????????????????????????????????????????????????????????: 38
2.4.1 Diskussion??????????????????????????????????????????????: 38
2.4.2 Aufgaben??????????????????????????????????????????: 38
3 Mechanische Eigenschaften????????????????????????????????????????????????????????????????????: 41
3.1 Elastische Verformung????????????????????????????????????????????????????????????????: 43
3.1.1 Das makroskopische Bild????????????????????????????????????????????????????????????????????????: 43
3.1.2 Das mikroskopische Bild????????????????????????????????????????????????????????????????????????: 45
3.2 Plastische Verformung????????????????????????????????????????????????????????????????: 47
3.2.1 Abschätzung der Fließspannung????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????: 48
3.2.2 Punktdefekte und Versetzungen????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????: 49
3.2.3 Die Rolle von Defekten bei der plastischen Verformung????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????: 50
3.2.4 Bruch????????????????????????????????????: 52
3.3 Diskussion und Aufgaben????????????????????????????????????????????????????????????????????: 53
3.3.1 Diskussion??????????????????????????????????????????????: 53
3.3.2 Aufgaben??????????????????????????????????????????: 53
4 Thermische Eigenschaften des Gitters??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????: 55
4.1 Gitterschwingungen??????????????????????????????????????????????????????????: 55
4.1.1 Ein einfacher harmonischer Oszillator????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????: 55
4.1.2 Eine unendliche Kette von Atomen??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????: 56
4.1.3 Eine endliche Kette von Atomen??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????: 60
4.1.4 Quantisierte Schwingungen, Phononen????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????: 62
4.1.5 Dreidimensionale Festkörper????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????: 64
4.2 Wärmekapazität des Gitters??????????????????????????????????????????????????????????????????????????: 67
4.2.1 Klassische Theorie und experimentelle Ergebnisse??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????: 67
4.2.2 Einstein-Modell????????????????????????????????????????????????????????: 69
4.2.3 Debye-Modell??????????????????????????????????????????????????: 71
4.3 Wärmeleitfähigkeit??????????????????????????????????????????????????????????: 75
4.4 Wärmeausdehnung????????????????????????????????????????????????????: 78
4.5 Allotrope Phasenübergänge und Schmelzen????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????: 80
4.6 Diskussion und Aufgaben????????????????????????????????????????????????????????????????????: 82
4.6.1 Diskussion??????????????????????????????????????????????: 82
4.6.2 Aufgaben??????????????????????????????????????????: 83
5 Elektrische Eigenschaften von Metallen: Klassische Betrachtungsweise??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????: 85
5.1 Die Grundannahmen des Drude-Modells????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????: 85
5.2 Ergebnisse aus dem Drude-Modell????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????: 87
5.2.1 Elektrische Leitfähigkeit für Gleichstrom????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????: 87
5.2.2 Hall-Effekt????????????????????????????????????????????????: 90
5.2.3 Optisches Reflexionsvermögen von Metallen????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????: 91
5.2.4 Das Wiedemann-Franz-Gesetz??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????: 94
5.3 Schwächen des Drude-Modells????????????????????????????????????????????????????????????????????????????: 95
5.4 Diskussion und Aufgaben????????????????????????????????????????????????????????????????????: 96
5.4.1 Diskussion??????????????????????????????????????????????: 96
5.4.2 Aufgaben??????????????????????????????????????????: 96
6 Elektronische Eigenschaften von Metallen: Quantenmechanische Betrachtungsweise??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????: 99
6.1 Das Konzept der Energiebänder????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????: 100
6.2 Das Modell der freien Elektronen??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????: 103
6.2.1 Die quantenmechanischen Eigenzustände????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????: 103
6.2.2 Die Wärmekapazität der Elektronen????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????: 107
6.2.3 Das Wiedemann-Franz-Gesetz??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????: 109
6.2.4 Abschirmung????????????????????????????????????????????????: 109
6.3 Die allgemeine Form der Elektronenzustände??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????: 110
6.4 Das Modell der nahezu freien Elektronen????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????: 114
6.5 Energiebänder in realen Festkörpern????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????: 118
6.6 Transporteigenschaften??????????????????????????????????????????????????????????????????: 123
6.7 Kurze Zusammenfassung einiger Schlüsselkonzepte????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????: 127
6.8 Diskussion und Aufgaben????????????????????????????????????????????????????????????????????: 128
6.8.1 Diskussion??????????????????????????????????????????????: 128
6.8.2 Aufgaben??????????????????????????????????????????: 129
7 Halbleiter??????????????????????????????????????: 131
7.1 Intrinsische Halbleiter????????????????????????????????????????????????????????????????????: 132
7.1.1 Temperaturabhängigkeit der Ladungsträgerdichte??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????: 134
7.2 Dotierte Halbleiter????????????????????????????????????????????????????????????: 140
7.2.1 n- und p-Dotierung??????????????????????????????????????????????????????????????: 140
7.2.2 Ladungsträgerdichte????????????????????????????????????????????????????????????????: 142
7.3 Leitfähigkeit von Halbleitern????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????: 144
7.4 Halbleiterbauelemente????????????????????????????????????????????????????????????????: 145
7.4.1 Der p-n-Übergang??????????????????????????????????????????????????????????: 145
7.4.2 Transistoren??????????????????????????????????????????????????: 150
7.4.3 Optoelektronische Bauelemente????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????: 152
7.5 Diskussion und Aufgaben????????????????????????????????????????????????????????????????????: 153
7.5.1 Diskussion??????????????????????????????????????????????: 153
7.5.2 Aufgaben??????????????????????????????????????????: 154
8 Magnetismus????????????????????????????????????????: 157
8.1 Makroskopische Beschreibung????????????????????????????????????????????????????????????????????????????: 157
8.2 Magnetische Effekte in Atomen????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????: 159
8.3 Schwacher Magnetismus in Festkörpern??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????: 163
8.3.1 Diamagnetismus??????????????????????????????????????????????????????: 164
8.3.2 Paramagnetismus????????????????????????????????????????????????????????: 165
8.4 Magnetische Ordnung????????????????????????????????????????????????????????????: 168
8.4.1 Magnetische Ordnung und die Austauschwechselwirkung????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????: 169
8.4.2 Temperaturabhängigkeit der Ordnung??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????: 174
8.4.3 Ferromagnetische Domänen (Weiss-Bezirke)??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????: 175
8.4.4 Hysterese????????????????????????????????????????????: 176
8.5 Diskussion und Aufgaben????????????????????????????????????????????????????????????????????: 178
8.5.1 Diskussion??????????????????????????????????????????????: 178
8.5.2 Aufgaben??????????????????????????????????????????: 178
9 Dielektrika????????????????????????????????????????: 181
9.1 Makroskopische Beschreibung????????????????????????????????????????????????????????????????????????????: 181
9.2 Mikroskopische Polarisation????????????????????????????????????????????????????????????????????????????: 183
9.3 Das lokale Feld????????????????????????????????????????????????????: 185
9.4 Frequenzabhängigkeit der Dielktrizitätskonstante??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????: 186
9.5 Andere Effekte??????????????????????????????????????????????????: 192
9.5.1 Fremdatome in Dielektrika????????????????????????????????????????????????????????????????????????????: 192
9.5.2 Ferroelektrizität????????????????????????????????????????????????????????????: 192
9.5.3 Piezoelektrizität????????????????????????????????????????????????????????????: 194
9.5.4 Dielektrischer Durchschlag??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????: 195
9.6 Diskussion und Aufgaben????????????????????????????????????????????????????????????????????: 195
9.6.1 Diskussion??????????????????????????????????????????????: 195
9.6.2 Aufgaben??????????????????????????????????????????: 195
10 Supraleitung????????????????????????????????????????????: 197
10.1 Experimentelle Grundlagen??????????????????????????????????????????????????????????????????????????: 198
10.1.1 Verschwindender Widerstand????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????: 198
10.1.2 Meißner-Ochsenfeld-Effekt??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????: 201
10.1.3 Der Isotopeneffekt????????????????????????????????????????????????????????????????: 203
10.2 Einige theoretische Aspekte??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????: 204
10.2.1 Phänomenologische Theorie??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????: 204
10.2.2 Mikroskopische BCS-Theorie????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????: 207
10.3 Experimente zur Messung der Lücke??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????: 213
10.4 Kohärenz des supraleitenden Zustands????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????: 215
10.5 Supraleiter vom Typ I und Typ II????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????: 217
10.6 Hochtemperatursupraleitung????????????????????????????????????????????????????????????????????????????: 220
10.7 Zusammenfassende Bemerkungen????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????: 221
10.8 Diskussion und Aufgaben??????????????????????????????????????????????????????????????????????: 222
10.8.1 Diskussion????????????????????????????????????????????????: 222
10.8.2 Aufgaben????????????????????????????????????????????: 222
11 Endliche Festkörper und Nanostrukturen????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????: 225
11.1 Quantenbeschränkung??????????????????????????????????????????????????????????????: 226
11.2 Oberflächen und Grenzflächen????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????: 229
11.3 Magnetismus auf der Nanoskala??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????: 230
11.4 Diskussion und Aufgaben??????????????????????????????????????????????????????????????????????: 231
11.4.1 Diskussion????????????????????????????????????????????????: 231
11.4.2 Aufgaben????????????????????????????????????????????: 232
A Anhang??????????????????????????????: 233
A.1 Explizite Formen der Vektoroperationen??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????: 233
A.2 Mikroskopische Form der Maxwell’schen Gleichungen????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????: 234
A.3 Die Maxwell’schen Gleichungen in Materie??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????: 235
Literaturnachweis????????????????????????????????????????????????: 237
Weiterführende Literatur??????????????????????????????????????????????????????????????: 239
Physikalische Konstanten und Energieäquivalente????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????: 241
Stichwortverzeichnis??????????????????????????????????????????????????????: 243

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Einführung in die Festkörperphysik

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Einführung in die Festkörperphysik

Cover

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Inhaltsverzeichnis

Vorwort

1 Chemische Bindung in Festkörpern??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????

1.1 Anziehende und abstoßende Kräfte??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????

1.2 Ionische Bindung (Ionenbindung)????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????

1.3 Kovalente Bindung (Atombindung)????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????

1.4 Metallbindung????????????????????????????????????????????????

1.5 Wasserstoffbrückenbindung????????????????????????????????????????????????????????????????????????

1.6 van-der-Waals-Bindung????????????????????????????????????????????????????????????????

1.7 Diskussion und Aufgaben????????????????????????????????????????????????????????????????????

1.7.1 Diskussion??????????????????????????????????????????????

1.7.2 Aufgaben??????????????????????????????????????????

2 Kristallstrukturen??????????????????????????????????????????????????????

2.1 Allgemeine Beschreibung von Kristallstrukturen??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????

2.2 Einige wichtige Kristallstrukturen??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????

2.2.1 Kubische Strukturen????????????????????????????????????????????????????????????????

2.2.2 Am dichtesten gepackte Strukturen????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????

2.2.3 Kovalente Strukturen??????????????????????????????????????????????????????????????????

2.3 Methoden zur Bestimmung der Kristallstruktur??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????

2.3.1 Röntgenbeugung??????????????????????????????????????????????????????

2.3.2 Andere Methoden????????????????????????????????????????????????????????

2.3.3 Inelastische Streuung????????????????????????????????????????????????????????????????????

2.4 Diskussion und Aufgaben????????????????????????????????????????????????????????????????????

2.4.1 Diskussion??????????????????????????????????????????????

2.4.2 Aufgaben??????????????????????????????????????????

3 Mechanische Eigenschaften????????????????????????????????????????????????????????????????????

3.1 Elastische Verformung????????????????????????????????????????????????????????????????

3.1.1 Das makroskopische Bild????????????????????????????????????????????????????????????????????????

3.1.2 Das mikroskopische Bild????????????????????????????????????????????????????????????????????????

3.2 Plastische Verformung????????????????????????????????????????????????????????????????

3.2.1 Abschätzung der Fließspannung????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????

3.2.2 Punktdefekte und Versetzungen????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????

3.2.3 Die Rolle von Defekten bei der plastischen Verformung????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????

3.2.4 Bruch????????????????????????????????????

3.3 Diskussion und Aufgaben????????????????????????????????????????????????????????????????????

3.3.1 Diskussion??????????????????????????????????????????????

3.3.2 Aufgaben??????????????????????????????????????????

4 Thermische Eigenschaften des Gitters??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????

4.1 Gitterschwingungen??????????????????????????????????????????????????????????

4.1.1 Ein einfacher harmonischer Oszillator????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????

4.1.2 Eine unendliche Kette von Atomen??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????

4.1.3 Eine endliche Kette von Atomen??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????

4.1.4 Quantisierte Schwingungen, Phononen????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????

4.1.5 Dreidimensionale Festkörper????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????

4.2 Wärmekapazität des Gitters??????????????????????????????????????????????????????????????????????????

4.2.1 Klassische Theorie und experimentelle Ergebnisse??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????

4.2.2 Einstein-Modell????????????????????????????????????????????????????????

4.2.3 Debye-Modell??????????????????????????????????????????????????

4.3 Wärmeleitfähigkeit??????????????????????????????????????????????????????????

4.4 Wärmeausdehnung????????????????????????????????????????????????????

4.5 Allotrope Phasenübergänge und Schmelzen????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????

4.6 Diskussion und Aufgaben????????????????????????????????????????????????????????????????????

4.6.1 Diskussion??????????????????????????????????????????????

4.6.2 Aufgaben??????????????????????????????????????????

5 Elektrische Eigenschaften von Metallen: Klassische Betrachtungsweise??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????

5.1 Die Grundannahmen des Drude-Modells????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????

5.2 Ergebnisse aus dem Drude-Modell????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????

5.2.1 Elektrische Leitfähigkeit für Gleichstrom????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????

5.2.2 Hall-Effekt????????????????????????????????????????????????

5.2.3 Optisches Reflexionsvermögen von Metallen????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????

5.2.4 Das Wiedemann-Franz-Gesetz??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????

5.3 Schwächen des Drude-Modells????????????????????????????????????????????????????????????????????????????

5.4 Diskussion und Aufgaben????????????????????????????????????????????????????????????????????

5.4.1 Diskussion??????????????????????????????????????????????

5.4.2 Aufgaben??????????????????????????????????????????

6 Elektronische Eigenschaften von Metallen: Quantenmechanische Betrachtungsweise??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????

6.1 Das Konzept der Energiebänder????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????

6.2 Das Modell der freien Elektronen??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????

6.2.1 Die quantenmechanischen Eigenzustände????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????

6.2.2 Die Wärmekapazität der Elektronen????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????

6.2.3 Das Wiedemann-Franz-Gesetz??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????

6.2.4 Abschirmung????????????????????????????????????????????????

6.3 Die allgemeine Form der Elektronenzustände??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????

6.4 Das Modell der nahezu freien Elektronen????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????

6.5 Energiebänder in realen Festkörpern????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????