Einführung in die Festkörperphysik:
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Teubner
2002
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| Series: | Teubner-Studienbücher : Physik
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Titel: Einführung in die Festkörperphysik
Autor: Kopitzki, Konrad
Jahr: 2002
Inhalt
1 Der kristalline Zustand 13
1.1 Struktur idealer Kristalle .14
1.1.1 Raumgitter.14
1-1.2 Kristallstrukturen .19
1.1.3 Millersche Indizes.21
1.1.4 Reziprokes Gitter.24
1.1.5 Erste Brillouin-Zone.26
1.2 Kristalle als natiirliche Beugungsgitter.28
1.2.1 Lauesche Gleichungen.29
1.2.2 Braggsche Reflexionsbedingung.32
1.2.3 Strukturfaktor .34
1.2.4 Debye-Waller-Faktor.39
1.2.5 Beugung von Materiewellen.40
1.3 Bindungsarten im Kristall.42
1.3.1 Ionenbindung.42
1.3.2 Kovalente Bindung.50
1.3.3 Metallische Bindung.51
1.3.4 Van-der-Waals-Bindung.51
1.3.5 Bindung liber Wasserstoffbrlicken.52
1.4 Fehlordnungen im Kristall.53
1.4.1 Leerstellen und Zwischengitteratome.54
1.4.2 Fremdatome in Kristallen.63
1.4.3 Farbzentren.64
1.4.4 Versetzungen.65
1.4.5 Kleinwinkelkorngrenzen und Stapelfehler.73
1.5 Untersuchung von Kristallstrukturen mit Rontgenstrahlen . . 74
1.5.1 Laue-Verfahren. • 74
1.5.2 Drehkristallverfahren.75
1.5.3 Debye-Scherrer-Verfahren.77
Inhalt
2 Dynamik des Kristallgitters
79
2.1 Gitterschwingungen .V ' ' 7a
2.1.1 Eigenschwingungen von Kristallgittern mit einatomiger Basis ^
Phononen.-r, • OR
Eigenschwingungen von Kristallgittern mit zweiatomiger Basis
Spezifische Warme von Kristallen.89
Zustandsdichte im Phononenspektrum.91
Debyesches Naherungsverfahren.92
Anharmonische Effekte.99
Thermische Ausdehnung.98
Warmeleitung in Isolatoren.109
2.1.2
2.1.3
2.2
2.2.1
2.2.2
2.3
2.3.1
2.3.2
2.4 Phononenspektroskopie .102
2.4.1 Inelastische Neutronenstreuung.103
2.4.2 Raman-Streuung.106
2.5 Aufgaben zu Kapitel 1 und 2.109
3 Elektronen im Festkorper 111
3.1 Modell des freien Elektronengases.112
3.1.1 Spezifische Warme von Metallen.113
3.1.2 Warmeleitung in Metallen.116
3.1.3 Gliihemission von Elektronen aus Metallen.117
3.1.4 Metallische Bindung.120
3.2 Bandertheorie des Festkorpers.121
3.2.1 Bloch-Funktion.122
3.2.2 Naherung fur quasigebundene Elektronen .127
3.2.3 Naherung fur quasifreie Elektronen.132
3.2.4 Metalle, Halbmetalle, Isolatoren und Halbleiter.137
3.2.5 Fermi-Flachen von Metallen.139
3.3 Kristallelektronen in auBeren Kraftfeldern. 145
3.3.1 Effektive Masse eines Kristallelektrons. 146
3.3.2 Bewegung eines Kristallelektrons in einem elektrischen Feld;
Defektelektronen.' 143
3.3.3 Bewegung eines Kristallelektrons im magnetischen Feld;
Zyklotronfrequenz. '
3.3.4 Elektrische Leitfahigkeit von Metallen.154
3.3.5 Elektrische Leitung in gekreuzten elektrischen und magnetis-
chen Feldern; Hall-Effekt.
3.4 Halbleiter .
. 167
Inhalt 7
3.4.1 Eigenleitung.167
3.4.2 Storstellenleitung.171
3.4.3 p-n-Ubergang.177
3.5 Experimentelle Methoden zur Untersuchung von Halbleitern . 181
3.5.1 Hall-Effekt bei Halbleitern.182
3.5.2 Zyklotron-Resonanz bei Halbleitern.185
3.6 Quanten-Hall-Effekt.189
3.7 Aufgaben zu Kapitel 3.199
4 Dxelektrische Eigenschaften der Festkorper 200
4.1 Zusammenhang zwischen Dielektrizitatskonstante und Polar-
isierbarkeit.201
4.1.1 Lokales elektrisches Feld.202
4.1.2 Clausius-Mossottische Gleichung.205
4.2 Elektrische Polarisation und optische Eigenschaften von Isola-
toren.206
4.2.1 Lorentzsches Oszillatormodell.206
4.2.2 Eigenschwingungen von Ionenkristallen.210
4.2.3 Optisches Verhalten von Ionenkristallen.214
4.2.4 Polaritonen.218
4.2.5 Orientierungspolarisation .219
4.3 Optische Eigenschaften von Metallen und Halbleitern.222
4.3.1 Plasmaschwingungen.224
4.3.2 Interbandubergange.227
4.3.3 Exzitonen.228
4.4 Ferroelektrizitat .230
4.4.1 Polarisationskatastrophe.233
4.4.2 Antiferroelektrizitat.235
4.5 Experimentelle Methoden zur Bestimmung der dielektrischen
Funktion .236
4.5.1 Kramers-Kronig-Relationen.236
4.5.2 Auswertung von optischen Reflexionsspektren.238
4.5.3 Energieverlust schneller Elektronen in einem Festkorper . . . 240
4.6 Aufgaben zu Kapitel 4.242
5 Magnetische Eigenschaften der Festkorper 243
5.1 Para- und Diamagnetismus von Isolatoren.244
5.1.1 Langevinscher Para- und Diamagnetismus.245
Inhalt
5.1.2 Salze der seltenen Erden und der 3d-Elemente. 249
5.2 Para-und Diamagnetismus von Metallen . . . 251
254
5.3 Ferromagnetismus.
5.3.1 Molekularfeldnaherung.
5.3.2 Spinwellentheorie.
5.3.3 Domanenstruktur.
975
5.4 Antiferromagnetismus.
5.5 Spinglaser. 281
5.6 Aufgaben zu Kapitel 5. 288
6 Supraleitung 289
6.1
Grundziige der mikroskopischen Theorie der Supraleitung . . 292
6.1.1 Effektive Elektron-Elektron-Wechselwirkung.293
6.1.2 Cooper-Paare.301
6.1.3 Grundzustand und angeregte Zustande eines Supraleiters
bei T = 0 K.305
6.1.4 Supraleitende Zustande fur T 0 K.312
6.1.5 Isotopieeffekt.315
6.1.6 Halbleitermodell des Supraleiters.316
6.1.7 Giaeversche Tunnelexperimente.320
6.2 Elektrodynamik des supraleitenden Zustands .326
6.2.1 Londonsche Gleichungen.326
6.2.2 Dunne supraleitende Schicht im Magnetfeld.332
6.2.3 Flufiquantisierung .333
6.3 Josephson-Effekte.335
6.3.1 Josephson-Gleichungen.336
6.3.2 Josephson-Kontakt im Magnetfeld.339
6.3.3 Josephson-Kontakt im Feld von Mikrowellenstrahlung . 346
6.4 Thermodynamik des supraleitenden Zustands.350
6.4.1 Freie Enthalpie des supraleitenden Zustands.352
6.4.2 Entropie und spezifische Warme .354
6.5 Phanomenologische Theorie von Ginzburg und Landau . 357
6.5.1 Ginzburg-Landau-Gleichungen .358
Phasengrenzenergie.353
6.5.3 Supraleiter erster Art .353
Supraleiter zweiter Art.375
Hochtemperatur-Supraleiter.335
6.5.2
6.5.3
6.5.4
6.6
Inhalt 9
6.7 Aufgaben zu Kapitel 6.390
7 Legierungen 393
7.1 Thermodynamik binarer Legierungen.394
7.1.1 Ideale Losungen .401
7.1.2 Eutektische und peritektische Zustandsdiagramme .404
7.1.3 Intermetallische Verbindungen.409
7.1.4 Thermische Analyse.414
7.1.5 Uberstrukturen.417
7.2 Kinetik der Phasenreaktionen.421
7.2.1 Darken-Gleichungen.425
7.2.2 Erstarrungsvorgange.430
7.2.3 Ausscheidungsvorgange .437
7.2.4 Martensitische Umwandlungen .439
7.3 Metastabile Legierungen.444
7.3.1 Struktur metallischer Glaser.447
7.3.2 Beugungsdiagramme amorpher Substanzen.451
7.3.3 Feinstrukturanalyse von Rontgenabsorptionskanten.456
7.4 Aufgaben zu Kapitel 7.457
A Thermodynamische Gleichgewichtsbedingungen 458
B Verteilungsfunktionen in der Boltzmann-, Bose- und Fermi-
Statistik 460
Literaturverzeichnis 470
Sachverzeichnis 476 |
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