Aufgaben zur Festkörperphysik: Anwendungen in Physik und Technik mit Lösungen
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Braunschweig ; Wiesbaden
Vieweg
1999
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Inhaltsverzeichnis
1
l.ł Geometrie
Harte-Kugel-Modelle von Gitterformen . 1
Strukturelemente
Abstand zwischen Gitteratomen in Natriumchlorid. 9
Bravais-Gitter . 10
Elementarzelle und Einheitszelle der kubischen Gitter . 12
Reziprokes Gitter eines zweidimensionalen Gitters. 15
Reziprokes Gitter einer fcc-Struktur . 16
1.2 Strukturanalyse . 18
Wellenlängen bei Strukturanalysen . 18
Bragg-Reflexion an Kristallen. 19
Strukturbedingungen für fcc- und bcc-Reflexmuster . 22
Erlaubte Reflexe bei Diamant . 23
Reflexe an Mischkristallen . 25
Neutronenbeschuss von Aluminium . 28
Debye-Scherrer-Untersuchungen . 32
Ewald-Konstruktion . 37
1.3 Bindungsverhältnisse . 39
Lennard-Jones-Potential . 39
Madelungkonstante zwei- und dreidimensionaler Gitter . 41
Federmodell eines linearen Kristalls. 44
Born-Mayer-Potential und Kompressionsmodul für Steinsalz . 45
Temperaturabhängigkeit der Gitterkonstanten . 46
Bindungsformanalyse aus Energiebilanz. 47
Gitterschwingungen . 49
2.1 Dynamische Eigenschaften des Gitters . 49
Dispersionsrelation fär ein lineares Gitter verschiedener Massen . 49
Ebenes quadratisches Gitter . 55
Phononenspektrum filr lineares Gitter identischer Atome . 58
Lineare Ketten mit unterschiedlichen Massenverhältnissen . 60
Phononenspektrum eines Kreisgitters . 64
Zustandsdichte
Bose-Einstein-Statistik für Phononen . 67
Brillouin-Streuung zur Ermittlung der Schallgeschwindigkeit. 68
Brillouin-Streuung in Quarz . 70
2.2 Thermische Eigenschaften des Kristallgitters . 71
Innere Energie und spezifische Wärme der Grundgittertypen . 71
Wärmekapazität bei Graphit . 74
Klassische Theorie der Wärmekapazität . 76
Thermische Energie von Kohlenstoff klassisch und im Einstein-Modell. 78
Beitrag der optischen Phononen zur Wärmekapazität . 79
Elektronen im Festkörper . 81
3.1 Freies Elektronengas . 81
Freie Elektronen in Silber. 81
Superfluides
Fermi-Fläche für ein freies Elektronengas
Fermi-Fläche für ein freies Elektronengas
•
Mittlere Energie von Elektronen im freien Elektronengas . 89
3.2 Thermische und elektrische Eigenschaften . 93
Spezifische Wärme des Elektronengases . 93
Experimentelle Materialbestimmung. 96
Reinheitsgrad eines Kristalls . 98
Hall-Konstante von Kupfer . 102
Wiedemann-Franzsches Gesetz . 103
Halbleiter . 105
4.1 Eigenleitung . 105
Herstellung intrinsischer Halbleiter . 105
Innerer Photoeffekt bei Halbleitern . 106
Temperaturabhängigkeit eines NTC-Widerstandes . 107
Bandlücke und
Temperaturabhängigkeit des spezifischen Widerstandes . 112
Eigenleitung bei III-V-Verbindungshalbleitern (GaAs). 114
4.2 Störstellenleitung . 117
Störstellenreserve und Störstellenerschöpfung . 117
Ladungsträgerdichte und Fermi-Niveau bei n-Halbleitern . 121
Herstellung einer Silicium-Diode . '22
Breite und Kapazität der Sperrschicht eines pn-Übergangs. 124
4.3 Halleffekt . 127
Bestimmung der Ladungsträgersorte und -konzentration . 127
Driftgeschwindigkeit der Ladungsträger im Halbleiter. 128
Dielektrische und magnetische Festkörper, Supraleitung 131
5.1 Dielektrische Festkörper . 131
Festkörper in Kondensatoren . '31
Dielektrische und optische Eigenschaften von Natriumchlorid . 133
Elektromagnetische Wellen in Metall (Gold) . 134
Kristallfenster als Intensitätsfilter . '35
Dipolmomente von Gasen und Flüssigkeiten . 136
Ladungsverschiebung in Kaliumchlorid durch Polarisation . 140
5.2 Magnetische Festkörper . I42
Faraday-Effekt bei magnetischen Gläsern . 142
Umlaufzeit von Elektronen im Magnetfeld . '44
De-Haas-van-Alphen-Effekt . '46
Bestimmung der effektiven Masse mittels Zyklotronresonanz. 147
Bestimmung der magnetischen Suszeptibilität mittels der Gouy-Waage . 148
5.3 Supraleitung . 150
Absorption elektromagnetischer Strahlung in Supraleitern . 150
Kontaktstrom im supraleitenden Zustand . '51
Geometrie der Flussfaden . '55
Bestimmung von Flussquantenzahlen . '56
Magnetisierung von Metallproben am Nullpunkt . '56
Literatur . 160
Verzeichnis der benutzten Symbole und Konstanten . 161
Abbildungsverzeichnis .
Index . 166 |
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