Verfügbarkeit: Festkörperphysik

Festkörperphysik:

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Hauptverfasser:	Gross, Rudolf 1956- (VerfasserIn), Marx, Achim 1965- (VerfasserIn)
Format:	Buch
Sprache:	German
Veröffentlicht:	Berlin ; Boston De Gruyter [2023]
Ausgabe:	4., aktualisierte Auflage
Schriftenreihe:	de Gruyter : Studium
Schlagworte:	Festkörperphysik Moderne Festkörperphysik Quantentechnologie Supraleitung Halbleiterphysik Magnetismus Lehrbuch
Online-Zugang:	Inhaltsverzeichnis
Beschreibung:	XIX, 1067 Seiten Illustrationen, Diagramme 25 cm
ISBN:	9783110782349 3111245489

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Datensatz im Suchindex

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adam_text	INHALTSVERZEICHNIS VORWORT V 1 KRISTALLSTRUKTUR 1 1.1 PERIODISCHE STRUKTUREN - GRUNDBEGRIFFE UND DEFINITIONEN . 3 1.1.1 DAS BRAVAIS-GITTER . 3 1.1.2 KLASSIFIZIERUNG VON KRISTALLGITTERN . 7 1.1.3 RICHTUNGEN UND EBENEN IN KRISTALLEN . 20 1.1.4 QUASIKRISTALLE . 21 1.2 EINFACHE KRISTALLSTRUKTUREN . 24 1.2.1 DIE SC-STRUKTUR . 25 1.2.2 DIE FCC-STRUKTUR . 25 1.2.3 DIE BCC-STRUKTUR . 26 1.2.4 DIE HEP-STRUKTUR . 26 1.2.5 DIE DHCP-STRUKTUR . 28 1.2.6 DIE NATRIUMCHLORIDSTRUKTUR . 28 1.2.7 DIE CAESIUMCHLORIDSTRUKTUR . 29 1.2.8 DIE DIAMANTSTRUKTUR . 30 1.2.9 DIE ZINKBLENDE-UND WURTZIT-STRUKTUR . 31 1.2.10 DIE GRAPHITSTRUKTUR . 33 1.3 FESTKOERPEROBERFLAECHEN . 35 1.4 REALE KRISTALLE . 37 1.4.1 STRUKTURELLE FEHLORDNUNG . 37 1.4.2 CHEMISCHE FEHLORDNUNG . 43 1.5 NICHT-KRISTALLINE FESTKOERPER . 44 1.5.1 DIE RADIALE VERTEILUNGSFUNKTION . 44 1.5.2 FLUESSIGKRISTALLE . 46 1.6 VERTIEFUNGSTHEMA: DIREKTE ABBILDUNG VON KRISTALLSTRUKTUREN . 49 1.6.1 ELEKTRONENMIKROSKOPIE . 49 1.6.2 RASTERSONDENTECHNIKEN . 51 LITERATUR . 53 VIII INHALTSVERZEICHNIS 2 STRUKTURANALYSE 55 2.1 DAS REZIPROKE GITTER . 56 2.1.1 DEFINITION DES REZIPROKEN GITTERS . 56 2.1.2 FOURIER-ANALYSE . 57 2.1.3 DIE REZIPROKEN GITTERVEKTOREN . 57 2.1.4 DIE ERSTE BRILLOUIN-ZONE . 61 2.1.5 GITTEREBENEN UND MILLERSCHE INDIZES . 62 2.1.6 GEGENUEBERSTELLUNG VON DIREKTEM UND REZIPROKEM RAUM . 65 2.2 BEUGUNG VON WELLEN AN PERIODISCHEN STRUKTUREN . 65 2.2.1 DIE BRAGG-BEDINGUNG . 66 2.2.2 DIE VON LAUE BEDINGUNG . 67 2.2.3 ZUSAMMENHANG ZWISCHEN BRAGG UND VON LAUE BEDINGUNG . 70 2.2.4 ALLGEMEINE BEUGUNGSTHEORIE . 71 2.2.5 BEISPIELE FUER STRUKTURFAKTOREN . 77 2.2.6 INELASTISCHE STREUUNG . 78 2.2.7 DER DEBYE-WALLER FAKTOR . 81 2.2.8 VERTIEFUNGSTHEMA: DER MOESSBAUER-EFFEKT . 84 2.3 EXPERIMENTELLE METHODEN . 87 2.3.1 WELLENTYPEN . 87 2.3.2 METHODEN DER ROENTGENDIFFRAKTOMETRIE . 91 LITERATUR . 94 3 BINDUNGSKRAEFTE 95 3.1 GRUNDLAGEN . 96 3.1.1 BINDUNGSENERGIE UND SCHMELZTEMPERATUR . 96 3.1.2 ELEKTRONISCHE STRUKTUR DER ATOME . 97 3.2 DIE VAN DER WAALS BINDUNG . 102 3.2.1 WECHSELWIRKUNG ZWISCHEN FLUKTUIERENDEN DIPOLEN . 103 3.2.2 ABSTOSSENDE WECHSELWIRKUNG . 105 3.2.3 GLEICHGEWICHTSGITTERKONSTANTE . 107 3.2.4 KOMPRESSIBILITAET . 109 3.3 DIE IONISCHE BINDUNG . HO 3.3.1 MADELUNGENERGIE . 111 3.3.2 GLEICHGEWICHTSGITTERKONSTANTE . 115 3.3.3 KOMPRESSIBILITAET . 116 3.4 DIE KOVALENTE BINDUNG . 117 3.4.1 DAS HT -MOLEKUELION . 118 3.4.2 DAS H 2 -MOLEKUEL . 122 3.4.3 VERTIEFUNGSTHEMA: HYBRIDISIERUNG . 129 3.5 DIE METALLISCHE BINDUNG . 136 3.5.1 BINDUNGSENERGIE . 137 INHALTSVERZEICHNIS IX 3.6 DIE WASSERSTOFFBRUECKENBINDUNG . 140 3.7 ATOM UND LONENRADIEN . 141 3.7.1 ATOMRADIEN . 142 3.7.2 LONENRADIEN . 142 LITERATUR . 143 4 ELASTISCHE EIGENSCHAFTEN 145 4.1 GRUNDLAGEN . 146 4.2 SPANNUNG UND DEHNUNG . 146 4.2.1 DER SPANNUNGSTENSOR . 146 4.2.2 DIE DEHNUNGSKOMPONENTEN . 149 4.3 DER ELASTIZITAETSTENSOR . 151 4.3.1 ELASTISCHE ENERGIEDICHTE . 153 4.3.2 KRISTALLSYMMETRIE UND ELASTIZITAETSMODUL . 154 4.4 VERTIEFUNGSTHEMA: VERSPANNUNGSEFFEKTE IN EPITAKTISCHEN SCHICHTEN . 157 4.5 TECHNISCHE GROESSEN . 160 4.6 ELASTISCHE WELLEN . 163 4.6.1 ELASTISCHE WELLEN IN KUBISCHEN KRISTALLEN . 164 4.6.2 EXPERIMENTELLE METHODEN . 167 LITERATUR . 168 5 GITTERDYNAMIK 171 5.1 GRUNDLEGENDES . 172 5.1.1 DIE ADIABATISCHE NAEHERUNG . 172 5.1.2 DIE HARMONISCHE NAEHERUNG . 176 5.2 KLASSISCHE THEORIE . 178 5.2.1 BEWEGUNGSGLEICHUNGEN . 178 5.2.2 KRISTALLGITTER MIT EINATOMIGER BASIS . 180 5.2.3 KRISTALLGITTER MIT ZWEIATOMIGER BASIS . 185 5.2.4 GITTERSCHWINGUNGEN - DREIDIMENSIONALER FALL . 191 5.3 ZUSTANDSDICHTE IM PHONONENSPEKTRUM . 193 5.3.1 RANDBEDINGUNGEN . 194 5.3.2 ZUSTANDSDICHTE IM IMPULSRAUM . 196 5.3.3 ZUSTANDSDICHTE IM FREQUENZRAUM . 196 5.4 QUANTISIERUNG DER GITTERSCHWINGUNGEN . 200 5.4.1 DAS QUANTENKONZEPT . 200 5.4.2 QUASITEILCHEN . 200 5.4.3 PHONONEN . 201 5.4.4 DER IMPULS VON PHONONEN . 203 X INHALTSVERZEICHNIS 5.5 EXPERIMENTELLE METHODEN . 205 5.5.1 INELASTISCHE NEUTRONENSTREUUNG . 207 5.5.2 INELASTISCHE LICHTSTREUUNG . 209 LITERATUR . 213 6 THERMISCHE EIGENSCHAFTEN 215 6.1 SPEZIFISCHE WAERME . 216 6.1.1 DEFINITION DER SPEZIFISCHEN WAERME . 216 6.1.2 KLASSISCHE BETRACHTUNG . 217 6.1.3 QUANTENMECHANISCHE BETRACHTUNG . 221 6.1.4 TEMPERATURVERLAUF DER SPEZIFISCHEN WARME . 224 6.1.5 DEBYE UND EINSTEIN-NAEHERUNG . 226 6.1.6 PHONONENZAHL UND NULLPUNKTSENERGIE . 232 6.1.7 VERTIEFUNGSTHEMA: ANALOGIE ZWISCHEN PHONONEN UND PHOTONENGAS . 233 6.2 ANHARMONISCHE EFFEKTE . 235 6.2.1 ANHARMONISCHES POTENZIAL . 236 6.3 THERMISCHE AUSDEHNUNG . 239 6.3.1 MITTLERE AUSLENKUNG . 239 6.3.2 VERTIEFUNGSTHEMA: ZUSTANDSGLEICHUNG UND THERMISCHE AUSDEHNUNG . 241 6.4 WAERMELEITFAEHIGKEIT . 245 6.4.1 DEFINITION DER WAERMELEITFAEHIGKEIT . 246 6.4.2 TRANSPORTTHEORIE . 246 6.4.3 TEMPERATURABHAENGIGKEIT DER WAERMELEITFAEHIGKEIT . 249 6.4.4 SPONTANER ZERFALL VON PHONONEN . 254 6.4.5 VERTIEFUNGSTHEMA: WAERMETRANSPORT IN AMORPHEN FESTKOERPERN . 254 6.4.6 VERTIEFUNGSTHEMA: WAERMETRANSPORT IN NIEDERDIMENSIONALEN SYSTEMEN . 256 LITERATUR . 259 7 DAS FREIE ELEKTRONENGAS 261 7.1 MODELL DES FREIEN ELEKTRONENGASES . 263 7.1.1 GRUNDZUSTAND . 263 7.1.2 FERMI-GAS BEI ENDLICHER TEMPERATUR . 272 7.1.3 DAS CHEMISCHE POTENZIAL . 274 7.2 SPEZIFISCHE WAERME . 276 7.2.1 THEORIE . 276 7.2.2 EXPERIMENTELLE ERGEBNISSE . 278 7.3 TRANSPORTEIGENSCHAFTEN . 281 7.3.1 ELEKTRISCHE LEITFAEHIGKEIT . 281 7.3.2 THERMISCHE LEITFAEHIGKEIT . 289 7.3.3 THERMOKRAFT . 292 7.3.4 BEWEGUNG IM MAGNETFELD . 294 INHALTSVERZEICHNIS XI 7.4 NIEDRIGDIMENSIONALE ELEKTRONENGASSYSTEME . 304 7.4.1 ZWEIDIMENSIONALES ELEKTRONENGAS . 304 7.4.2 EINDIMENSIONALES ELEKTRONENGAS . 307 7.4.3 NULLDIMENSIONALES ELEKTRONENGAS . 308 7.5 TRANSPORTEIGENSCHAFTEN VON NIEDERDIMENSIONALEN ELEKTRONENGASEN . 308 7.5.1 EINDIMENSIONALES ELEKTRONENGAS: LEITWERTQUANTISIERUNG . 308 7.5.2 VERTIEFUNGSTHEMA: NULLDIMENSIONALES ELEKTRONENGAS: COULOMB-BLOCKADE . 311 LITERATUR . 315 8 ENERGIEBAENDER 317 8.1 BLOCH-ELEKTRONEN . 319 8.1.1 BLOCH-WELLEN IM ORTSRAUM . 322 8.1.2 BLOCH-WELLEN IM K-RAUM . 323 8.1.3 DER KRISTALLIMPULS . 324 8.1.4 DISPERSIONSRELATION UND BANDSTRUKTUR . 325 8.1.5 REDUZIERTES ZONENSCHEMA . 327 8.2 DIE NAEHERUNG FAST FREIER ELEKTRONEN . 330 8.2.1 QUALITATIVE DISKUSSION . 330 8.2.2 QUANTITATIVE DISKUSSION . 332 8.3 DIE NAEHERUNG STARK GEBUNDENER ELEKTRONEN . 337 8.3.1 BEISPIELE: KUBISCHE GITTER . 341 8.3.2 WEITERE METHODEN ZUR BANDSTRUKTURBERECHNUNG . 344 8.3.3 VERTIEFUNGSTHEMA: SPIN-BAHN-KOPPLUNG . 345 8.4 METALLE, HALBMETALLE, HALBLEITER, ISOLATOREN . 347 8.4.1 ANZAHL DER ZUSTAENDE PRO BAND . 348 8.4.2 HALBMETALLE . 350 8.4.3 ISOLATOREN . 350 8.5 ZUSTANDSDICHTE UND BANDSTRUKTUREN . 352 8.5.1 ZUSTANDSDICHTE . 352 8.5.2 BEISPIELE FUER BANDSTRUKTUREN . 354 8.5.3 EXPERIMENTELLE BESTIMMUNG DER BANDSTRUKTUR . 356 8.6 FERMI-FLAECHEN VON METALLEN . 360 8.6.1 QUADRATISCHES GITTER . 360 8.7 WECHSELWIRKENDE ELEKTRONENSYSTEME . 365 8.7.1 HARTREE-FOCK-METHODE . 366 8.7.2 DICHTEFUNKTIONALTHEORIE . 367 8.7.3 HUBBARD-MODELL . 367 LITERATUR . 369 XII INHALTSVERZEICHNIS 9 DYNAMIK VON KRISTALLELEKTRONEN 371 9.1 SEMIKLASSISCHES MODELL . 373 9.1.1 GRUNDLAGEN DES SEMIKLASSISCHEN MODELLS . 376 9.1.2 GUELTIGKEITSBEREICH DES SEMIKLASSISCHEN MODELLS . 379 9.2 BEWEGUNG VON KRISTALLELEKTRONEN . 380 9.2.1 GEFUELLTE BAENDER . 380 9.2.2 TEILWEISE GEFUELLTE BAENDER . 382 9.2.3 ELEKTRONEN UND LOECHER . 384 9.2.4 SEMIKLASSISCHE BEWEGUNG IM HOMOGENEN MAGNETFELD . 388 9.2.5 SEMIKLASSISCHE BEWEGUNG IN GEKREUZTEN ELEKTRISCHEN UND MAGNETISCHEN FELDERN . 392 9.2.6 HALL-EFFEKT UND MAGNETWIDERSTAND IM HOCHFELDGRENZFALL . 393 9.3 STREUPROZESSE . 397 9.3.1 BESCHREIBUNG VON STREUPROZESSEN . 397 9.3.2 STREUQUERSCHNITTE . 400 9.4 BOLTZMANN-TRANSPORTGLEICHUNG . 407 9.4.1 BOLTZMANN-GLEICHUNG UND RELAXATIONSZEIT . 408 9.4.2 LINEARISIERTE BOLTZMANN-GLEICHUNG . 411 9.4.3 RELAXATIONSZEIT-ANSATZ . 411 9.5 THERMOELEKTRISCHE UND THERMOMAGNETISCHE EFFEKTE . 415 9.5.1 THERMOELEKTRISCHE EFFEKTE . 416 9.5.2 THERMOMAGNETISCHE EFFEKTE . 427 9.6 SPIN-TRANSPORT . 430 9.6.1 ALLGEMEINES KLASSIFIZIERUNGSSCHEMA . 430 9.6.2 SPIN-STROEME . 434 9.7 VERTIEFUNGSTHEMA: RELATIVISTISCHE UND TOPOLOGISCHE EFFEKTE . 436 9.7.1 ANOMALER HALL EFFEKT . 437 9.7.2 ANOMALER NERNST-EFFEKT . 447 9.7.3 SPIN-HALL UND SPIN-NERNST-EFFEKT . 448 9.8 VERTIEFUNGSTHEMA: QUANTENINTERFERENZEFFEKTE . 451 9.8.1 MESOSKOPISCHE SYSTEME . 453 9.9 VERTIEFUNGSTHEMA: MAGNETWIDERSTAND . 455 9.9.1 MAGNETWIDERSTAND UND HALL-EFFEKT IM EINBAND-MODELL . 455 9.9.2 MAGNETWIDERSTAND UND HALL-EFFEKT IM ZWEIBAND-MODELL . 457 9.10 QUANTISIERUNG DER BAHNEN . 461 9.10.1 FREIE LADUNGSTRAEGER . 461 9.10.2 ZUSTANDSDICHTE IM MAGNETFELD . 466 9.10.3 KRISTALLELEKTRONEN . 467 9.10.4 VERTIEFUNGSTHEMA: MAGNETISCHER DURCHBRUCH . 471 9.11 EXPERIMENTELLE BESTIMMUNG DER FERMI-FLAECHEN . 473 INHALTSVERZEICHNIS XIII 9.11.1 DE HAAS-VAN . 474 9.11.2 SHUBNIKOV-DE HAAS-EFFEKT . 479 9.11.3 VERTIEFUNGSTHEMA: ZYKLOTRONRESONANZ . 480 9.11.4 VERTIEFUNGSTHEMA: ANOMALER SKIN-EFFEKT . 482 LITERATUR . 482 10 HALBLEITER 485 10.1 GRUNDLEGENDE EIGENSCHAFTEN . 487 10.1.1 KLASSIFIZIERUNG VON HALBLEITERN . 487 10.1.2 INTRINSISCHE HALBLEITER . 491 10.1.3 DOTIERTE HALBLEITER . 503 10.1.4 ELEKTRISCHE LEITFAEHIGKEIT . 510 10.1.5 HALL-EFFEKT . 513 10.1.6 VERTIEFUNGSTHEMA: SEEBECK-UND PELTIER-EFFEKT . 515 10.2 INHOMOGENE HALBLEITER . 516 10.2.1 P-N UEBERGANG IM THERMISCHEN GLEICHGEWICHT . 517 10.2.2 P-N UEBERGANG MIT ANGELEGTER SPANNUNG . 524 10.2.3 SCHOTTKY-KONTAKT . 529 10.2.4 SCHOTTKY-KONTAKT MIT ANGELEGTER SPANNUNG . 531 10.3 HALBLEITER-BAUELEMENTE . 534 10.3.1 ZENER-DIODE . 534 10.3.2 ESAKI ODER TUNNELDIODE . 536 10.3.3 SOLARZELLE . 538 10.3.4 BIPOLARER TRANSISTOR . 544 10.4 REALISIERUNG VON NIEDRIGDIMENSIONALEN ELEKTRONENGASSYSTEMEN . 548 10.4.1 ZWEIDIMENSIONALE ELEKTRONENGASE . 548 10.4.2 VERTIEFUNGSTHEMA: HALBLEITER-LASER . 556 10.5 ZWEIDIMENSIONALES ELEKTRONENGAS: QUANTEN-HALL-EFFEKT . 557 10.5.1 ZWEIDIMENSIONALES ELEKTRONENGAS IM MAGNETFELD . 558 10.5.2 TRANSPORTEIGENSCHAFTEN DES ZWEIDIMENSIONALEN ELEKTRONENGASES . 560 10.5.3 GANZZAHLIGER QUANTEN-HALL-EFFEKT . 562 10.5.4 VERTIEFUNGSTHEMA: FRAKTIONALER QUANTEN-HALL-EFFEKT . 571 LITERATUR . 573 11 DIELEKTRISCHE EIGENSCHAFTEN 575 11.1 MAKROSKOPISCHE ELEKTRODYNAMIK . 577 11.1.1 DIE DIELEKTRISCHE FUNKTION . 577 11.1.2 KRAMERS-KRONIG-RELATIONEN . 580 11.1.3 ABSORPTION, TRANSMISSION UND REFLEXION VON ELEKTROMAGN. STRAHLUNG . 581 11.1.4 DAS LOKALE ELEKTRISCHE FELD . 583 11.2 MIKROSKOPISCHE THEORIE . 587 XIV INHALTSVERZEICHNIS 11.3 ELEKTRONISCHE POLARISATION . 589 11.3.1 LORENTZSCHES OSZILLATOR-MODELL . 590 11.3.2 VERTIEFUNGSTHEMA: QUANTENMECHANISCHE BESCHREIBUNG DER ELEKTRONISCHEN POLARISATION . 593 11.4 IONISCHE POLARISATION . 599 11.4.1 EIGENSCHWINGUNGEN VON LONENKRISTALLEN . 600 11.4.2 ERZWUNGENE SCHWINGUNGEN VON LONENKRISTALLEN . 603 11.5 ORIENTIERUNGSPOLARISATION . 609 11.5.1 STATISCHE POLARISATION . 609 11.5.2 FREQUENZABHAENGIGE POLARISATION . 611 11.6 DIELEKTRISCHE EIGENSCHAFTEN VON METALLEN UND HALBLEITERN . 613 11.6.1 DIELEKTRISCHE FUNKTION EINES FREIEN ELEKTRONENGASES . 613 11.6.2 LONGITUDINALE PLASMASCHWINGUNGEN: PLASMONEN . 617 11.6.3 ERZWUNGENE TRANSVERSALE PLASMASCHWINGUNGEN: PLASMON-POLARITONEN . 620 11.6.4 INTERBAND-UEBERGAENGE . 621 11.6.5 EXZITONEN . 623 11.7 ELEKTRON-ELEKTRON-WECHSELWIRKUNG UND ABSCHIRMUNG IN METALLEN . 625 11.7.1 STATISCHE ABSCHIRMUNG . 626 11.7.2 VERTIEFUNGSTHEMA: LINDHARD THEORIE . 632 11.7.3 VERTIEFUNGSTHEMA: ABSCHIRMUNG VON PHONONEN IN METALLEN . 636 11.7.4 POLARONEN . 640 11.7.5 VERTIEFUNGSTHEMA: METALL-ISOLATOR-UEBERGANG . 643 11.7.6 ELEKTRON-ELEKTRON-WECHSELWIRKUNG UND THEORIE DER FERMI-FLUESSIGKEIT . 644 11.8 FERROELEKTRIZITAET . 646 11.8.1 LANDAU-THEORIE DER PHASENUEBERGAENGE . 649 11.8.2 KLASSIFIZIERUNG VON FERROELEKTRIKA . 652 11.8.3 FERROELEKTRISCHE DOMAENEN . 656 11.8.4 PIEZOELEKTRIZITAET . 656 LITERATUR . 659 12 MAGNETISMUS 661 12.1 MAKROSKOPISCHE GROESSEN . 664 12.1.1 DIE MAGNETISCHE SUSZEPTIBILITAET . 664 12.1.2 MAGNETISCHE FELDSTAERKE UND FLUSSDICHTE . 666 12.1.3 ENTMAGNETISIERUNGS UND STREUFELDER . 667 12.1.4 LOKALES MAGNETISCHES FELD . 669 12.1.5 MAGNETOSTATISCHE SELBSTENERGIE . 669 12.2 MIKROSKOPISCHE THEORIE . 671 12.2.1 DIA-, PARA UND FERROMAGNETISMUS . 671 12.3 ATOMARER DIA UND PARAMAGNETISMUS . 674 12.3.1 ATOME IM HOMOGENEN MAGNETFELD . 674 INHALTSVERZEICHNIS XV 12.3.2 STATISTISCHE BETRACHTUNG . 676 12.3.3 LARMOR-DIAMAGNETISMUS . 679 12.3.4 MAGNETISCHE MOMENTE IN FESTKOERPERN . 680 12.3.5 LANGEVIN-PARAMAGNETISMUS . 686 12.3.6 VERTIEFUNGSTHEMA: VAN VLECK PARAMAGNETISMUS . 691 12.3.7 KUEHLUNG DURCH ADIABATISCHE ENTMAGNETISIERUNG . 692 12.4 PARA UND DIAMAGNETISMUS VON METALLEN . 694 12.4.1 PAULI-PARAMAGNETISMUS . 695 12.4.2 LANDAU-DIAMAGNETISMUS . 698 12.5 KOOPERATIVER MAGNETISMUS . 699 12.5.1 DIPOL-DIPOL-WECHSELWIRKUNG . 700 12.5.2 AUSTAUSCHWECHSELWIRKUNG ZWISCHEN LOKALISIERTEN ELEKTRONEN . 700 12.5.3 DZYALOSHINSKII-MORIYA WECHSELWIRKUNG . 707 12.5.4 SPIN-BAHN-WECHSELWIRKUNG . 709 12.5.5 ZEEMAN-WECHSELWIRKUNG . 713 12.5.6 AUSTAUSCHWECHSELWIRKUNG ZWISCHEN ITINERANTEN ELEKTRONEN . 714 12.6 MAGNETISCHE ORDNUNGSPHAENOMENE . 721 12.6.1 MAGNETISCHE ORDNUNGSSTRUKTUREN . 721 12.6.2 FERROMAGNETISMUS . 723 12.6.3 FERRIMAGNETISMUS . 729 12.6.4 ANTIFERROMAGNETISMUS . 732 12.7 MAGNETISCHE ANISOTROPIE . 737 12.7.1 MAGNETISCHE FREIE ENERGIEDICHTE . 738 12.7.2 MAGNETOKRISTALLINE ANISOTROPIE . 739 12.7.3 FORMANISOTROPIE . 742 12.7.4 INDUZIERTE ANISOTROPIE . 743 12.8 MAGNETISCHE DOMAENEN . 744 12.8.1 FERROMAGNETISCHE DOMAENEN . 745 12.8.2 ANTIFERROMAGNETISCHE DOMAENEN . 746 12.8.3 DOMAENENWAENDE . 747 12.8.4 ABBILDUNG DER DOMAENENSTRUKTUR . 749 12.8.5 MAGNETISIERUNGSKURVE . 750 12.8.6 MAGNETISCHE SPEICHERMEDIEN . 751 12.9 MAGNETISIERUNGSDYNAMIK . 753 12.9.1 FERROMAGNETISCHE RESONANZ . 756 12.9.2 ANTIFERROMAGNETISCHE RESONANZ . 757 12.10 SPIN-WELLEN . 758 12.10.1 AUSTAUSCHMODEN . 759 12.10.2 DIPOLARE MODEN . 766 12.10.3 VERTIEFUNGSTHEMA: ANTIFERROMAGNETISCHE SPIN-WELLEN . 767 LITERATUR . 769 XVI INHALTSVERZEICHNIS 13 SUPRALEITUNG 771 13.1 GESCHICHTE UND GRUNDLEGENDE EIGENSCHAFTEN . 774 13.1.1 GESCHICHTE DER SUPRALEITUNG . 774 13.1.2 SUPRALEITENDE MATERIALIEN . 782 13.1.3 SPRUNGTEMPERATUREN . 785 13.1.4 GRUNDLEGENDE EIGENSCHAFTEN . 786 13.2 THERMODYNAMISCHE EIGENSCHAFTEN VON SUPRALEITERN . 794 13.2.1 TYP-I SUPRALEITER IM MAGNETFELD . 794 13.2.2 TYP-II SUPRALEITER IM MAGNETFELD . 799 13.3 PHAENOMENOLOGISCHE MODELLE . 800 13.3.1 LONDON-GLEICHUNGEN . 800 13.3.2 VERALLGEMEINERTE LONDON THEORIE - SUPRALEITUNG ALS MAKROSKOPISCHES QUANTENPHAENOMEN . 803 13.3.3 DIE GINZBURG-LANDAU-THEORIE . 815 13.4 TYP-I UND TYP-II SUPRALEITER . 827 13.4.1 MISCHZUSTAND UND KRITISCHE FELDER . 828 13.4.2 SUPRALEITER-NORMALLEITER GRENZFLAECHENENERGIE . 829 13.4.3 VERTIEFUNGSTHEMA: ZWISCHENZUSTAND UND ENTMAGNETISIERUNGSEFFEKTE . 831 13.4.4 KRITISCHE FELDER . 833 13.4.5 VERTIEFUNGSTHEMA: NUKLEATION AN OBERFLAECHEN . 837 13.4.6 SHUBNIKOV-PHASE UND FLUSSLINIENGITTER . 837 13.4.7 VERTIEFUNGSTHEMA: FLUSSLINIEN IN TYP-II SUPRALEITERN . 840 13.4.8 KRITISCHE STROMDICHTE . 846 13.5 MIKROSKOPISCHE THEORIE . 850 13.5.1 ATTRAKTIVE ELEKTRON-ELEKTRON-WECHSELWIRKUNG UND COOPER-PAARE . 852 13.5.2 DER BCS-GRUNDZUSTAND . 861 13.5.3 DIE BOGOLIUBOV-VALATIN TRANSFORMATION . 872 13.5.4 ENERGIELUECKE UND ANREGUNGSSPEKTRUM . 875 13.5.5 QUASITEILCHENTUNNELN . 881 13.5.6 THERMODYNAMISCHE GROESSEN . 886 13.6 JOSEPHSON-EFFEKT . 888 13.6.1 DIE JOSEPHSON-GLEICHUNGEN . 888 13.6.2 JOSEPHSON-KONTAKT MIT WECHSELSPANNUNG . 894 13.6.3 JOSEPHSON-KONTAKT IM MAGNETFELD . 895 13.6.4 SUPRALEITENDE QUANTENINTERFEROMETER . 899 13.7 KRITISCHE STROEME IN TYP-II SUPRALEITERN . 901 13.7.1 STROMTRANSPORT IM MISCHZUSTAND . 902 13.7.2 LORENTZ-KRAFT . 903 13.7.3 REIBUNGSKRAFT . 905 13.7.4 HAFTKRAFT . 907 13.8 UNKONVENTIONELLE SUPRALEITUNG . 909 INHALTSVERZEICHNIS XVII 13.9 KUPRAT-SUPRALEITER . 911 13.9.1 STRUKTURELLE EIGENSCHAFTEN . 912 13.9.2 ELEKTRONISCHE EIGENSCHAFTEN . 913 13.9.3 SUPRALEITENDE EIGENSCHAFTEN . 918 LITERATUR . 927 14 TOPOLOGISCHE QUANTENMATERIE 935 14.1 KLASSIFIZIERUNG VON MATERIEPHASEN . 936 14.2 SYMMETRIEN IN DER PHYSIK . 939 14.2.1 SPONTANE SYMMETRIEBRECHUNG . 940 14.3 TOPOLOGIE UND BANDSTRUKTUR . 945 14.3.1 KLASSIFIZIERUNG VON GEOMETRISCHEN KOERPERN . 945 14.3.2 ELEKTRONISCHE BANDSTRUKTUR UND TOPOLOGISCHE INVARIANTEN . 947 14.4 BERRY-PHASE UND CHERN-ZAHL . 948 14.4.1 BERRY-PHASE . 948 14.4.2 CHERN-ZAHL . 950 14.4.3 BEISPIEL SPIN-L/2-SYSTEM . 953 14.4.4 BEISPIEL AHARONOV-BOHM-EFFEKT . 954 14.5 TOPOLOGISCHE PHASEN UND PHASENUEBERGAENGE . 955 14.5.1 KOSTERLITZ-THOULESS-UEBERGANG . 956 14.5.2 KLASSIFIZIERUNG VON TOPOLOGISCHEN PHASEN . 959 14.5.3 OBERFLAECHEN UND GRENZFLAECHEN . 961 14.6 ZWEIDIMENSIONALE TOPOLOGISCHE ISOLATOREN . 963 14.6.1 TI MIT GEBROCHENER ZEITUMKEHRSYMMETRIE . 963 14.6.2 TI OHNE GEBROCHENE ZEITUMKEHRSYMMETRIE . 964 14.6.3 QUANTEN-HALL-EFFEKTE . 967 14.7 DREIDIMENSIONALE TOPOLOGISCHE ISOLATOREN . 967 14.8 WEITERE TOPOLOGISCHE MATERIALSYSTEME . 968 14.8.1 TOPOLOGISCHE SUPRALEITER . 969 14.8.2 PHOTONISCHE, AKUSTISCHE UND MAGNONISCHE TOPOLOGISCHE MATERIALIEN . 970 14.9 ZUKUNFTSPERSPEKTIVEN . 970 LITERATUR . 971 A QUANTENTHEORIE DES GITTERS 973 A. 1 DER HARMONISCHE OSZILLATOR . 973 A.2 QUANTISIERUNG VON GITTERSCHWINGUNGEN . 974 A.2.1 LINEARE KETTE . 974 A.2.2 ERZEUGUNGS UND VERNICHTUNGSOPERATOREN . 977 XVIII INHALTSVERZEICHNIS B QUANTENSTATISTIK 979 B. 1 IDENTISCHE TEILCHEN . 979 B .1.1 KLASSISCHER FALL: MAXWELL-BOLTZMANN-STATISTIK . 980 B . 1.2 QUANTENMECHANISCHER FALL . 980 B .2 DIE QUANTENMECHANISCHEN VERTEILUNGSFUNKTIONEN . 982 B.2.1 QUANTENSTATISTISCHE BESCHREIBUNG . 982 B.2.2 PHOTONEN-STATISTIK . 985 B.2.3 DIE FERMI-DIRAC-STATISTIK . 986 B.2.4 DIE BOSE-EINSTEIN-STATISTIK . 988 B.2.5 QUANTENSTATISTIK IM KLASSISCHEN GRENZFALL . 989 C SOMMERFELD-ENTWICKLUNG 993 D GELADENES TEILCHEN IN ELEKTROMAGNETISCHEM FELD 995 D. 1 DER VERALLGEMEINERTE IMPULS . 995 D.2 LAGRANGE-FUNKTION . 995 D.3 HAMILTON-FUNKTION . 997 E SYMMETRIETRANSFORMATIONEN 999 E. 1 PERMUTATIONSSYMMETRIE . 999 E.2 ZEITUMKEHRSYMMETRIE . 1000 E.3 TEILCHEN-LOCH-SYMMETRIE . 1005 E.4 CHIRALE SYMMETRIE . 1006 E.5 INVERSIONSSYMMETRIE . 1007 F DIPOLNAEHERUNG 1009 G THERMODYNAMISCHE EIGENSCHAFTEN VON FESTKOERPERN 1011 G.L THERMODYNAMISCHE POTENZIALE . 1011 G.2 INNERE ENERGIE . 1012 G.2.1 ARBEIT AN SYSTEMEN IN ELEKTRISCHEN UND MAGNETISCHEN FELDERN . 1013 G.2.2 ZUSAMMENHANG ZWISCHEN INNERER ENERGIE UND ELEKTROMAGNETISCHER ARBEIT 1020 G.3 FREIE ENERGIE . 1021 G.4 FREIE ENTHALPIE . 1022 G.5 VERWENDUNG DER THERMODYNAMISCHEN POTENZIALE . 1024 G.6 SPEZIFISCHE WAERME . 1025 LITERATUR 1026 INHALTSVERZEICHNIS XIX H HERLEITUNGEN ZUR SUPRALEITUNG 1027 H.L MADELUNG-TRANSFORMATION . 1027 H.2 BCS HAMILTON-OPERATOR . 1030 H.3 GRUNDZUSTANDSENERGIE . 1031 H.4 JOSEPHSON-GLEICHUNGEN . 1032 I SI-EINHEITEN 1035 1.1 GESCHICHTE DES SL-SYSTEMS . 1035 1.2 DIE SI-BASISEINHEITEN . 1036 1.2.1 EINIGE VON DEN SI-EINHEITEN ABGELEITETE EINHEITEN . 1037 1.3 VORSAETZE . 1038 1.4 ABGELEITETE EINHEITEN UND UMRECHNUNGSFAKTOREN . 1039 1.4.1 LAENGE, FLAECHE, VOLUMEN . 1039 1.4.2 MASSE . 1039 1.4.3 ZEIT, FREQUENZ . 1040 1.4.4 TEMPERATUR . 1040 1.4.5 WINKEL . 1040 1.4.6 KRAFT, DRUCK, VISKOSITAET . 1040 1.4.7 ENERGIE, LEISTUNG, WAERMEMENGE . 1041 1.4.8 ELEKTROMAGNETISCHE EINHEITEN . 1041 J PHYSIKALISCHE KONSTANTEN 1043 LITERATUR 1047 ABBILDUNGSNACHWEIS 1051 INDEX 1053
adam_txt	INHALTSVERZEICHNIS VORWORT V 1 KRISTALLSTRUKTUR 1 1.1 PERIODISCHE STRUKTUREN - GRUNDBEGRIFFE UND DEFINITIONEN . 3 1.1.1 DAS BRAVAIS-GITTER . 3 1.1.2 KLASSIFIZIERUNG VON KRISTALLGITTERN . 7 1.1.3 RICHTUNGEN UND EBENEN IN KRISTALLEN . 20 1.1.4 QUASIKRISTALLE . 21 1.2 EINFACHE KRISTALLSTRUKTUREN . 24 1.2.1 DIE SC-STRUKTUR . 25 1.2.2 DIE FCC-STRUKTUR . 25 1.2.3 DIE BCC-STRUKTUR . 26 1.2.4 DIE HEP-STRUKTUR . 26 1.2.5 DIE DHCP-STRUKTUR . 28 1.2.6 DIE NATRIUMCHLORIDSTRUKTUR . 28 1.2.7 DIE CAESIUMCHLORIDSTRUKTUR . 29 1.2.8 DIE DIAMANTSTRUKTUR . 30 1.2.9 DIE ZINKBLENDE-UND WURTZIT-STRUKTUR . 31 1.2.10 DIE GRAPHITSTRUKTUR . 33 1.3 FESTKOERPEROBERFLAECHEN . 35 1.4 REALE KRISTALLE . 37 1.4.1 STRUKTURELLE FEHLORDNUNG . 37 1.4.2 CHEMISCHE FEHLORDNUNG . 43 1.5 NICHT-KRISTALLINE FESTKOERPER . 44 1.5.1 DIE RADIALE VERTEILUNGSFUNKTION . 44 1.5.2 FLUESSIGKRISTALLE . 46 1.6 VERTIEFUNGSTHEMA: DIREKTE ABBILDUNG VON KRISTALLSTRUKTUREN . 49 1.6.1 ELEKTRONENMIKROSKOPIE . 49 1.6.2 RASTERSONDENTECHNIKEN . 51 LITERATUR . 53 VIII INHALTSVERZEICHNIS 2 STRUKTURANALYSE 55 2.1 DAS REZIPROKE GITTER . 56 2.1.1 DEFINITION DES REZIPROKEN GITTERS . 56 2.1.2 FOURIER-ANALYSE . 57 2.1.3 DIE REZIPROKEN GITTERVEKTOREN . 57 2.1.4 DIE ERSTE BRILLOUIN-ZONE . 61 2.1.5 GITTEREBENEN UND MILLERSCHE INDIZES . 62 2.1.6 GEGENUEBERSTELLUNG VON DIREKTEM UND REZIPROKEM RAUM . 65 2.2 BEUGUNG VON WELLEN AN PERIODISCHEN STRUKTUREN . 65 2.2.1 DIE BRAGG-BEDINGUNG . 66 2.2.2 DIE VON LAUE BEDINGUNG . 67 2.2.3 ZUSAMMENHANG ZWISCHEN BRAGG UND VON LAUE BEDINGUNG . 70 2.2.4 ALLGEMEINE BEUGUNGSTHEORIE . 71 2.2.5 BEISPIELE FUER STRUKTURFAKTOREN . 77 2.2.6 INELASTISCHE STREUUNG . 78 2.2.7 DER DEBYE-WALLER FAKTOR . 81 2.2.8 VERTIEFUNGSTHEMA: DER MOESSBAUER-EFFEKT . 84 2.3 EXPERIMENTELLE METHODEN . 87 2.3.1 WELLENTYPEN . 87 2.3.2 METHODEN DER ROENTGENDIFFRAKTOMETRIE . 91 LITERATUR . 94 3 BINDUNGSKRAEFTE 95 3.1 GRUNDLAGEN . 96 3.1.1 BINDUNGSENERGIE UND SCHMELZTEMPERATUR . 96 3.1.2 ELEKTRONISCHE STRUKTUR DER ATOME . 97 3.2 DIE VAN DER WAALS BINDUNG . 102 3.2.1 WECHSELWIRKUNG ZWISCHEN FLUKTUIERENDEN DIPOLEN . 103 3.2.2 ABSTOSSENDE WECHSELWIRKUNG . 105 3.2.3 GLEICHGEWICHTSGITTERKONSTANTE . 107 3.2.4 KOMPRESSIBILITAET . 109 3.3 DIE IONISCHE BINDUNG . HO 3.3.1 MADELUNGENERGIE . 111 3.3.2 GLEICHGEWICHTSGITTERKONSTANTE . 115 3.3.3 KOMPRESSIBILITAET . 116 3.4 DIE KOVALENTE BINDUNG . 117 3.4.1 DAS HT -MOLEKUELION . 118 3.4.2 DAS H 2 -MOLEKUEL . 122 3.4.3 VERTIEFUNGSTHEMA: HYBRIDISIERUNG . 129 3.5 DIE METALLISCHE BINDUNG . 136 3.5.1 BINDUNGSENERGIE . 137 INHALTSVERZEICHNIS IX 3.6 DIE WASSERSTOFFBRUECKENBINDUNG . 140 3.7 ATOM UND LONENRADIEN . 141 3.7.1 ATOMRADIEN . 142 3.7.2 LONENRADIEN . 142 LITERATUR . 143 4 ELASTISCHE EIGENSCHAFTEN 145 4.1 GRUNDLAGEN . 146 4.2 SPANNUNG UND DEHNUNG . 146 4.2.1 DER SPANNUNGSTENSOR . 146 4.2.2 DIE DEHNUNGSKOMPONENTEN . 149 4.3 DER ELASTIZITAETSTENSOR . 151 4.3.1 ELASTISCHE ENERGIEDICHTE . 153 4.3.2 KRISTALLSYMMETRIE UND ELASTIZITAETSMODUL . 154 4.4 VERTIEFUNGSTHEMA: VERSPANNUNGSEFFEKTE IN EPITAKTISCHEN SCHICHTEN . 157 4.5 TECHNISCHE GROESSEN . 160 4.6 ELASTISCHE WELLEN . 163 4.6.1 ELASTISCHE WELLEN IN KUBISCHEN KRISTALLEN . 164 4.6.2 EXPERIMENTELLE METHODEN . 167 LITERATUR . 168 5 GITTERDYNAMIK 171 5.1 GRUNDLEGENDES . 172 5.1.1 DIE ADIABATISCHE NAEHERUNG . 172 5.1.2 DIE HARMONISCHE NAEHERUNG . 176 5.2 KLASSISCHE THEORIE . 178 5.2.1 BEWEGUNGSGLEICHUNGEN . 178 5.2.2 KRISTALLGITTER MIT EINATOMIGER BASIS . 180 5.2.3 KRISTALLGITTER MIT ZWEIATOMIGER BASIS . 185 5.2.4 GITTERSCHWINGUNGEN - DREIDIMENSIONALER FALL . 191 5.3 ZUSTANDSDICHTE IM PHONONENSPEKTRUM . 193 5.3.1 RANDBEDINGUNGEN . 194 5.3.2 ZUSTANDSDICHTE IM IMPULSRAUM . 196 5.3.3 ZUSTANDSDICHTE IM FREQUENZRAUM . 196 5.4 QUANTISIERUNG DER GITTERSCHWINGUNGEN . 200 5.4.1 DAS QUANTENKONZEPT . 200 5.4.2 QUASITEILCHEN . 200 5.4.3 PHONONEN . 201 5.4.4 DER IMPULS VON PHONONEN . 203 X INHALTSVERZEICHNIS 5.5 EXPERIMENTELLE METHODEN . 205 5.5.1 INELASTISCHE NEUTRONENSTREUUNG . 207 5.5.2 INELASTISCHE LICHTSTREUUNG . 209 LITERATUR . 213 6 THERMISCHE EIGENSCHAFTEN 215 6.1 SPEZIFISCHE WAERME . 216 6.1.1 DEFINITION DER SPEZIFISCHEN WAERME . 216 6.1.2 KLASSISCHE BETRACHTUNG . 217 6.1.3 QUANTENMECHANISCHE BETRACHTUNG . 221 6.1.4 TEMPERATURVERLAUF DER SPEZIFISCHEN WARME . 224 6.1.5 DEBYE UND EINSTEIN-NAEHERUNG . 226 6.1.6 PHONONENZAHL UND NULLPUNKTSENERGIE . 232 6.1.7 VERTIEFUNGSTHEMA: ANALOGIE ZWISCHEN PHONONEN UND PHOTONENGAS . 233 6.2 ANHARMONISCHE EFFEKTE . 235 6.2.1 ANHARMONISCHES POTENZIAL . 236 6.3 THERMISCHE AUSDEHNUNG . 239 6.3.1 MITTLERE AUSLENKUNG . 239 6.3.2 VERTIEFUNGSTHEMA: ZUSTANDSGLEICHUNG UND THERMISCHE AUSDEHNUNG . 241 6.4 WAERMELEITFAEHIGKEIT . 245 6.4.1 DEFINITION DER WAERMELEITFAEHIGKEIT . 246 6.4.2 TRANSPORTTHEORIE . 246 6.4.3 TEMPERATURABHAENGIGKEIT DER WAERMELEITFAEHIGKEIT . 249 6.4.4 SPONTANER ZERFALL VON PHONONEN . 254 6.4.5 VERTIEFUNGSTHEMA: WAERMETRANSPORT IN AMORPHEN FESTKOERPERN . 254 6.4.6 VERTIEFUNGSTHEMA: WAERMETRANSPORT IN NIEDERDIMENSIONALEN SYSTEMEN . 256 LITERATUR . 259 7 DAS FREIE ELEKTRONENGAS 261 7.1 MODELL DES FREIEN ELEKTRONENGASES . 263 7.1.1 GRUNDZUSTAND . 263 7.1.2 FERMI-GAS BEI ENDLICHER TEMPERATUR . 272 7.1.3 DAS CHEMISCHE POTENZIAL . 274 7.2 SPEZIFISCHE WAERME . 276 7.2.1 THEORIE . 276 7.2.2 EXPERIMENTELLE ERGEBNISSE . 278 7.3 TRANSPORTEIGENSCHAFTEN . 281 7.3.1 ELEKTRISCHE LEITFAEHIGKEIT . 281 7.3.2 THERMISCHE LEITFAEHIGKEIT . 289 7.3.3 THERMOKRAFT . 292 7.3.4 BEWEGUNG IM MAGNETFELD . 294 INHALTSVERZEICHNIS XI 7.4 NIEDRIGDIMENSIONALE ELEKTRONENGASSYSTEME . 304 7.4.1 ZWEIDIMENSIONALES ELEKTRONENGAS . 304 7.4.2 EINDIMENSIONALES ELEKTRONENGAS . 307 7.4.3 NULLDIMENSIONALES ELEKTRONENGAS . 308 7.5 TRANSPORTEIGENSCHAFTEN VON NIEDERDIMENSIONALEN ELEKTRONENGASEN . 308 7.5.1 EINDIMENSIONALES ELEKTRONENGAS: LEITWERTQUANTISIERUNG . 308 7.5.2 VERTIEFUNGSTHEMA: NULLDIMENSIONALES ELEKTRONENGAS: COULOMB-BLOCKADE . 311 LITERATUR . 315 8 ENERGIEBAENDER 317 8.1 BLOCH-ELEKTRONEN . 319 8.1.1 BLOCH-WELLEN IM ORTSRAUM . 322 8.1.2 BLOCH-WELLEN IM K-RAUM . 323 8.1.3 DER KRISTALLIMPULS . 324 8.1.4 DISPERSIONSRELATION UND BANDSTRUKTUR . 325 8.1.5 REDUZIERTES ZONENSCHEMA . 327 8.2 DIE NAEHERUNG FAST FREIER ELEKTRONEN . 330 8.2.1 QUALITATIVE DISKUSSION . 330 8.2.2 QUANTITATIVE DISKUSSION . 332 8.3 DIE NAEHERUNG STARK GEBUNDENER ELEKTRONEN . 337 8.3.1 BEISPIELE: KUBISCHE GITTER . 341 8.3.2 WEITERE METHODEN ZUR BANDSTRUKTURBERECHNUNG . 344 8.3.3 VERTIEFUNGSTHEMA: SPIN-BAHN-KOPPLUNG . 345 8.4 METALLE, HALBMETALLE, HALBLEITER, ISOLATOREN . 347 8.4.1 ANZAHL DER ZUSTAENDE PRO BAND . 348 8.4.2 HALBMETALLE . 350 8.4.3 ISOLATOREN . 350 8.5 ZUSTANDSDICHTE UND BANDSTRUKTUREN . 352 8.5.1 ZUSTANDSDICHTE . 352 8.5.2 BEISPIELE FUER BANDSTRUKTUREN . 354 8.5.3 EXPERIMENTELLE BESTIMMUNG DER BANDSTRUKTUR . 356 8.6 FERMI-FLAECHEN VON METALLEN . 360 8.6.1 QUADRATISCHES GITTER . 360 8.7 WECHSELWIRKENDE ELEKTRONENSYSTEME . 365 8.7.1 HARTREE-FOCK-METHODE . 366 8.7.2 DICHTEFUNKTIONALTHEORIE . 367 8.7.3 HUBBARD-MODELL . 367 LITERATUR . 369 XII INHALTSVERZEICHNIS 9 DYNAMIK VON KRISTALLELEKTRONEN 371 9.1 SEMIKLASSISCHES MODELL . 373 9.1.1 GRUNDLAGEN DES SEMIKLASSISCHEN MODELLS . 376 9.1.2 GUELTIGKEITSBEREICH DES SEMIKLASSISCHEN MODELLS . 379 9.2 BEWEGUNG VON KRISTALLELEKTRONEN . 380 9.2.1 GEFUELLTE BAENDER . 380 9.2.2 TEILWEISE GEFUELLTE BAENDER . 382 9.2.3 ELEKTRONEN UND LOECHER . 384 9.2.4 SEMIKLASSISCHE BEWEGUNG IM HOMOGENEN MAGNETFELD . 388 9.2.5 SEMIKLASSISCHE BEWEGUNG IN GEKREUZTEN ELEKTRISCHEN UND MAGNETISCHEN FELDERN . 392 9.2.6 HALL-EFFEKT UND MAGNETWIDERSTAND IM HOCHFELDGRENZFALL . 393 9.3 STREUPROZESSE . 397 9.3.1 BESCHREIBUNG VON STREUPROZESSEN . 397 9.3.2 STREUQUERSCHNITTE . 400 9.4 BOLTZMANN-TRANSPORTGLEICHUNG . 407 9.4.1 BOLTZMANN-GLEICHUNG UND RELAXATIONSZEIT . 408 9.4.2 LINEARISIERTE BOLTZMANN-GLEICHUNG . 411 9.4.3 RELAXATIONSZEIT-ANSATZ . 411 9.5 THERMOELEKTRISCHE UND THERMOMAGNETISCHE EFFEKTE . 415 9.5.1 THERMOELEKTRISCHE EFFEKTE . 416 9.5.2 THERMOMAGNETISCHE EFFEKTE . 427 9.6 SPIN-TRANSPORT . 430 9.6.1 ALLGEMEINES KLASSIFIZIERUNGSSCHEMA . 430 9.6.2 SPIN-STROEME . 434 9.7 VERTIEFUNGSTHEMA: RELATIVISTISCHE UND TOPOLOGISCHE EFFEKTE . 436 9.7.1 ANOMALER HALL EFFEKT . 437 9.7.2 ANOMALER NERNST-EFFEKT . 447 9.7.3 SPIN-HALL UND SPIN-NERNST-EFFEKT . 448 9.8 VERTIEFUNGSTHEMA: QUANTENINTERFERENZEFFEKTE . 451 9.8.1 MESOSKOPISCHE SYSTEME . 453 9.9 VERTIEFUNGSTHEMA: MAGNETWIDERSTAND . 455 9.9.1 MAGNETWIDERSTAND UND HALL-EFFEKT IM EINBAND-MODELL . 455 9.9.2 MAGNETWIDERSTAND UND HALL-EFFEKT IM ZWEIBAND-MODELL . 457 9.10 QUANTISIERUNG DER BAHNEN . 461 9.10.1 FREIE LADUNGSTRAEGER . 461 9.10.2 ZUSTANDSDICHTE IM MAGNETFELD . 466 9.10.3 KRISTALLELEKTRONEN . 467 9.10.4 VERTIEFUNGSTHEMA: MAGNETISCHER DURCHBRUCH . 471 9.11 EXPERIMENTELLE BESTIMMUNG DER FERMI-FLAECHEN . 473 INHALTSVERZEICHNIS XIII 9.11.1 DE HAAS-VAN . 474 9.11.2 SHUBNIKOV-DE HAAS-EFFEKT . 479 9.11.3 VERTIEFUNGSTHEMA: ZYKLOTRONRESONANZ . 480 9.11.4 VERTIEFUNGSTHEMA: ANOMALER SKIN-EFFEKT . 482 LITERATUR . 482 10 HALBLEITER 485 10.1 GRUNDLEGENDE EIGENSCHAFTEN . 487 10.1.1 KLASSIFIZIERUNG VON HALBLEITERN . 487 10.1.2 INTRINSISCHE HALBLEITER . 491 10.1.3 DOTIERTE HALBLEITER . 503 10.1.4 ELEKTRISCHE LEITFAEHIGKEIT . 510 10.1.5 HALL-EFFEKT . 513 10.1.6 VERTIEFUNGSTHEMA: SEEBECK-UND PELTIER-EFFEKT . 515 10.2 INHOMOGENE HALBLEITER . 516 10.2.1 P-N UEBERGANG IM THERMISCHEN GLEICHGEWICHT . 517 10.2.2 P-N UEBERGANG MIT ANGELEGTER SPANNUNG . 524 10.2.3 SCHOTTKY-KONTAKT . 529 10.2.4 SCHOTTKY-KONTAKT MIT ANGELEGTER SPANNUNG . 531 10.3 HALBLEITER-BAUELEMENTE . 534 10.3.1 ZENER-DIODE . 534 10.3.2 ESAKI ODER TUNNELDIODE . 536 10.3.3 SOLARZELLE . 538 10.3.4 BIPOLARER TRANSISTOR . 544 10.4 REALISIERUNG VON NIEDRIGDIMENSIONALEN ELEKTRONENGASSYSTEMEN . 548 10.4.1 ZWEIDIMENSIONALE ELEKTRONENGASE . 548 10.4.2 VERTIEFUNGSTHEMA: HALBLEITER-LASER . 556 10.5 ZWEIDIMENSIONALES ELEKTRONENGAS: QUANTEN-HALL-EFFEKT . 557 10.5.1 ZWEIDIMENSIONALES ELEKTRONENGAS IM MAGNETFELD . 558 10.5.2 TRANSPORTEIGENSCHAFTEN DES ZWEIDIMENSIONALEN ELEKTRONENGASES . 560 10.5.3 GANZZAHLIGER QUANTEN-HALL-EFFEKT . 562 10.5.4 VERTIEFUNGSTHEMA: FRAKTIONALER QUANTEN-HALL-EFFEKT . 571 LITERATUR . 573 11 DIELEKTRISCHE EIGENSCHAFTEN 575 11.1 MAKROSKOPISCHE ELEKTRODYNAMIK . 577 11.1.1 DIE DIELEKTRISCHE FUNKTION . 577 11.1.2 KRAMERS-KRONIG-RELATIONEN . 580 11.1.3 ABSORPTION, TRANSMISSION UND REFLEXION VON ELEKTROMAGN. STRAHLUNG . 581 11.1.4 DAS LOKALE ELEKTRISCHE FELD . 583 11.2 MIKROSKOPISCHE THEORIE . 587 XIV INHALTSVERZEICHNIS 11.3 ELEKTRONISCHE POLARISATION . 589 11.3.1 LORENTZSCHES OSZILLATOR-MODELL . 590 11.3.2 VERTIEFUNGSTHEMA: QUANTENMECHANISCHE BESCHREIBUNG DER ELEKTRONISCHEN POLARISATION . 593 11.4 IONISCHE POLARISATION . 599 11.4.1 EIGENSCHWINGUNGEN VON LONENKRISTALLEN . 600 11.4.2 ERZWUNGENE SCHWINGUNGEN VON LONENKRISTALLEN . 603 11.5 ORIENTIERUNGSPOLARISATION . 609 11.5.1 STATISCHE POLARISATION . 609 11.5.2 FREQUENZABHAENGIGE POLARISATION . 611 11.6 DIELEKTRISCHE EIGENSCHAFTEN VON METALLEN UND HALBLEITERN . 613 11.6.1 DIELEKTRISCHE FUNKTION EINES FREIEN ELEKTRONENGASES . 613 11.6.2 LONGITUDINALE PLASMASCHWINGUNGEN: PLASMONEN . 617 11.6.3 ERZWUNGENE TRANSVERSALE PLASMASCHWINGUNGEN: PLASMON-POLARITONEN . 620 11.6.4 INTERBAND-UEBERGAENGE . 621 11.6.5 EXZITONEN . 623 11.7 ELEKTRON-ELEKTRON-WECHSELWIRKUNG UND ABSCHIRMUNG IN METALLEN . 625 11.7.1 STATISCHE ABSCHIRMUNG . 626 11.7.2 VERTIEFUNGSTHEMA: LINDHARD THEORIE . 632 11.7.3 VERTIEFUNGSTHEMA: ABSCHIRMUNG VON PHONONEN IN METALLEN . 636 11.7.4 POLARONEN . 640 11.7.5 VERTIEFUNGSTHEMA: METALL-ISOLATOR-UEBERGANG . 643 11.7.6 ELEKTRON-ELEKTRON-WECHSELWIRKUNG UND THEORIE DER FERMI-FLUESSIGKEIT . 644 11.8 FERROELEKTRIZITAET . 646 11.8.1 LANDAU-THEORIE DER PHASENUEBERGAENGE . 649 11.8.2 KLASSIFIZIERUNG VON FERROELEKTRIKA . 652 11.8.3 FERROELEKTRISCHE DOMAENEN . 656 11.8.4 PIEZOELEKTRIZITAET . 656 LITERATUR . 659 12 MAGNETISMUS 661 12.1 MAKROSKOPISCHE GROESSEN . 664 12.1.1 DIE MAGNETISCHE SUSZEPTIBILITAET . 664 12.1.2 MAGNETISCHE FELDSTAERKE UND FLUSSDICHTE . 666 12.1.3 ENTMAGNETISIERUNGS UND STREUFELDER . 667 12.1.4 LOKALES MAGNETISCHES FELD . 669 12.1.5 MAGNETOSTATISCHE SELBSTENERGIE . 669 12.2 MIKROSKOPISCHE THEORIE . 671 12.2.1 DIA-, PARA UND FERROMAGNETISMUS . 671 12.3 ATOMARER DIA UND PARAMAGNETISMUS . 674 12.3.1 ATOME IM HOMOGENEN MAGNETFELD . 674 INHALTSVERZEICHNIS XV 12.3.2 STATISTISCHE BETRACHTUNG . 676 12.3.3 LARMOR-DIAMAGNETISMUS . 679 12.3.4 MAGNETISCHE MOMENTE IN FESTKOERPERN . 680 12.3.5 LANGEVIN-PARAMAGNETISMUS . 686 12.3.6 VERTIEFUNGSTHEMA: VAN VLECK PARAMAGNETISMUS . 691 12.3.7 KUEHLUNG DURCH ADIABATISCHE ENTMAGNETISIERUNG . 692 12.4 PARA UND DIAMAGNETISMUS VON METALLEN . 694 12.4.1 PAULI-PARAMAGNETISMUS . 695 12.4.2 LANDAU-DIAMAGNETISMUS . 698 12.5 KOOPERATIVER MAGNETISMUS . 699 12.5.1 DIPOL-DIPOL-WECHSELWIRKUNG . 700 12.5.2 AUSTAUSCHWECHSELWIRKUNG ZWISCHEN LOKALISIERTEN ELEKTRONEN . 700 12.5.3 DZYALOSHINSKII-MORIYA WECHSELWIRKUNG . 707 12.5.4 SPIN-BAHN-WECHSELWIRKUNG . 709 12.5.5 ZEEMAN-WECHSELWIRKUNG . 713 12.5.6 AUSTAUSCHWECHSELWIRKUNG ZWISCHEN ITINERANTEN ELEKTRONEN . 714 12.6 MAGNETISCHE ORDNUNGSPHAENOMENE . 721 12.6.1 MAGNETISCHE ORDNUNGSSTRUKTUREN . 721 12.6.2 FERROMAGNETISMUS . 723 12.6.3 FERRIMAGNETISMUS . 729 12.6.4 ANTIFERROMAGNETISMUS . 732 12.7 MAGNETISCHE ANISOTROPIE . 737 12.7.1 MAGNETISCHE FREIE ENERGIEDICHTE . 738 12.7.2 MAGNETOKRISTALLINE ANISOTROPIE . 739 12.7.3 FORMANISOTROPIE . 742 12.7.4 INDUZIERTE ANISOTROPIE . 743 12.8 MAGNETISCHE DOMAENEN . 744 12.8.1 FERROMAGNETISCHE DOMAENEN . 745 12.8.2 ANTIFERROMAGNETISCHE DOMAENEN . 746 12.8.3 DOMAENENWAENDE . 747 12.8.4 ABBILDUNG DER DOMAENENSTRUKTUR . 749 12.8.5 MAGNETISIERUNGSKURVE . 750 12.8.6 MAGNETISCHE SPEICHERMEDIEN . 751 12.9 MAGNETISIERUNGSDYNAMIK . 753 12.9.1 FERROMAGNETISCHE RESONANZ . 756 12.9.2 ANTIFERROMAGNETISCHE RESONANZ . 757 12.10 SPIN-WELLEN . 758 12.10.1 AUSTAUSCHMODEN . 759 12.10.2 DIPOLARE MODEN . 766 12.10.3 VERTIEFUNGSTHEMA: ANTIFERROMAGNETISCHE SPIN-WELLEN . 767 LITERATUR . 769 XVI INHALTSVERZEICHNIS 13 SUPRALEITUNG 771 13.1 GESCHICHTE UND GRUNDLEGENDE EIGENSCHAFTEN . 774 13.1.1 GESCHICHTE DER SUPRALEITUNG . 774 13.1.2 SUPRALEITENDE MATERIALIEN . 782 13.1.3 SPRUNGTEMPERATUREN . 785 13.1.4 GRUNDLEGENDE EIGENSCHAFTEN . 786 13.2 THERMODYNAMISCHE EIGENSCHAFTEN VON SUPRALEITERN . 794 13.2.1 TYP-I SUPRALEITER IM MAGNETFELD . 794 13.2.2 TYP-II SUPRALEITER IM MAGNETFELD . 799 13.3 PHAENOMENOLOGISCHE MODELLE . 800 13.3.1 LONDON-GLEICHUNGEN . 800 13.3.2 VERALLGEMEINERTE LONDON THEORIE - SUPRALEITUNG ALS MAKROSKOPISCHES QUANTENPHAENOMEN . 803 13.3.3 DIE GINZBURG-LANDAU-THEORIE . 815 13.4 TYP-I UND TYP-II SUPRALEITER . 827 13.4.1 MISCHZUSTAND UND KRITISCHE FELDER . 828 13.4.2 SUPRALEITER-NORMALLEITER GRENZFLAECHENENERGIE . 829 13.4.3 VERTIEFUNGSTHEMA: ZWISCHENZUSTAND UND ENTMAGNETISIERUNGSEFFEKTE . 831 13.4.4 KRITISCHE FELDER . 833 13.4.5 VERTIEFUNGSTHEMA: NUKLEATION AN OBERFLAECHEN . 837 13.4.6 SHUBNIKOV-PHASE UND FLUSSLINIENGITTER . 837 13.4.7 VERTIEFUNGSTHEMA: FLUSSLINIEN IN TYP-II SUPRALEITERN . 840 13.4.8 KRITISCHE STROMDICHTE . 846 13.5 MIKROSKOPISCHE THEORIE . 850 13.5.1 ATTRAKTIVE ELEKTRON-ELEKTRON-WECHSELWIRKUNG UND COOPER-PAARE . 852 13.5.2 DER BCS-GRUNDZUSTAND . 861 13.5.3 DIE BOGOLIUBOV-VALATIN TRANSFORMATION . 872 13.5.4 ENERGIELUECKE UND ANREGUNGSSPEKTRUM . 875 13.5.5 QUASITEILCHENTUNNELN . 881 13.5.6 THERMODYNAMISCHE GROESSEN . 886 13.6 JOSEPHSON-EFFEKT . 888 13.6.1 DIE JOSEPHSON-GLEICHUNGEN . 888 13.6.2 JOSEPHSON-KONTAKT MIT WECHSELSPANNUNG . 894 13.6.3 JOSEPHSON-KONTAKT IM MAGNETFELD . 895 13.6.4 SUPRALEITENDE QUANTENINTERFEROMETER . 899 13.7 KRITISCHE STROEME IN TYP-II SUPRALEITERN . 901 13.7.1 STROMTRANSPORT IM MISCHZUSTAND . 902 13.7.2 LORENTZ-KRAFT . 903 13.7.3 REIBUNGSKRAFT . 905 13.7.4 HAFTKRAFT . 907 13.8 UNKONVENTIONELLE SUPRALEITUNG . 909 INHALTSVERZEICHNIS XVII 13.9 KUPRAT-SUPRALEITER . 911 13.9.1 STRUKTURELLE EIGENSCHAFTEN . 912 13.9.2 ELEKTRONISCHE EIGENSCHAFTEN . 913 13.9.3 SUPRALEITENDE EIGENSCHAFTEN . 918 LITERATUR . 927 14 TOPOLOGISCHE QUANTENMATERIE 935 14.1 KLASSIFIZIERUNG VON MATERIEPHASEN . 936 14.2 SYMMETRIEN IN DER PHYSIK . 939 14.2.1 SPONTANE SYMMETRIEBRECHUNG . 940 14.3 TOPOLOGIE UND BANDSTRUKTUR . 945 14.3.1 KLASSIFIZIERUNG VON GEOMETRISCHEN KOERPERN . 945 14.3.2 ELEKTRONISCHE BANDSTRUKTUR UND TOPOLOGISCHE INVARIANTEN . 947 14.4 BERRY-PHASE UND CHERN-ZAHL . 948 14.4.1 BERRY-PHASE . 948 14.4.2 CHERN-ZAHL . 950 14.4.3 BEISPIEL SPIN-L/2-SYSTEM . 953 14.4.4 BEISPIEL AHARONOV-BOHM-EFFEKT . 954 14.5 TOPOLOGISCHE PHASEN UND PHASENUEBERGAENGE . 955 14.5.1 KOSTERLITZ-THOULESS-UEBERGANG . 956 14.5.2 KLASSIFIZIERUNG VON TOPOLOGISCHEN PHASEN . 959 14.5.3 OBERFLAECHEN UND GRENZFLAECHEN . 961 14.6 ZWEIDIMENSIONALE TOPOLOGISCHE ISOLATOREN . 963 14.6.1 TI MIT GEBROCHENER ZEITUMKEHRSYMMETRIE . 963 14.6.2 TI OHNE GEBROCHENE ZEITUMKEHRSYMMETRIE . 964 14.6.3 QUANTEN-HALL-EFFEKTE . 967 14.7 DREIDIMENSIONALE TOPOLOGISCHE ISOLATOREN . 967 14.8 WEITERE TOPOLOGISCHE MATERIALSYSTEME . 968 14.8.1 TOPOLOGISCHE SUPRALEITER . 969 14.8.2 PHOTONISCHE, AKUSTISCHE UND MAGNONISCHE TOPOLOGISCHE MATERIALIEN . 970 14.9 ZUKUNFTSPERSPEKTIVEN . 970 LITERATUR . 971 A QUANTENTHEORIE DES GITTERS 973 A. 1 DER HARMONISCHE OSZILLATOR . 973 A.2 QUANTISIERUNG VON GITTERSCHWINGUNGEN . 974 A.2.1 LINEARE KETTE . 974 A.2.2 ERZEUGUNGS UND VERNICHTUNGSOPERATOREN . 977 XVIII INHALTSVERZEICHNIS B QUANTENSTATISTIK 979 B. 1 IDENTISCHE TEILCHEN . 979 B .1.1 KLASSISCHER FALL: MAXWELL-BOLTZMANN-STATISTIK . 980 B . 1.2 QUANTENMECHANISCHER FALL . 980 B .2 DIE QUANTENMECHANISCHEN VERTEILUNGSFUNKTIONEN . 982 B.2.1 QUANTENSTATISTISCHE BESCHREIBUNG . 982 B.2.2 PHOTONEN-STATISTIK . 985 B.2.3 DIE FERMI-DIRAC-STATISTIK . 986 B.2.4 DIE BOSE-EINSTEIN-STATISTIK . 988 B.2.5 QUANTENSTATISTIK IM KLASSISCHEN GRENZFALL . 989 C SOMMERFELD-ENTWICKLUNG 993 D GELADENES TEILCHEN IN ELEKTROMAGNETISCHEM FELD 995 D. 1 DER VERALLGEMEINERTE IMPULS . 995 D.2 LAGRANGE-FUNKTION . 995 D.3 HAMILTON-FUNKTION . 997 E SYMMETRIETRANSFORMATIONEN 999 E. 1 PERMUTATIONSSYMMETRIE . 999 E.2 ZEITUMKEHRSYMMETRIE . 1000 E.3 TEILCHEN-LOCH-SYMMETRIE . 1005 E.4 CHIRALE SYMMETRIE . 1006 E.5 INVERSIONSSYMMETRIE . 1007 F DIPOLNAEHERUNG 1009 G THERMODYNAMISCHE EIGENSCHAFTEN VON FESTKOERPERN 1011 G.L THERMODYNAMISCHE POTENZIALE . 1011 G.2 INNERE ENERGIE . 1012 G.2.1 ARBEIT AN SYSTEMEN IN ELEKTRISCHEN UND MAGNETISCHEN FELDERN . 1013 G.2.2 ZUSAMMENHANG ZWISCHEN INNERER ENERGIE UND ELEKTROMAGNETISCHER ARBEIT 1020 G.3 FREIE ENERGIE . 1021 G.4 FREIE ENTHALPIE . 1022 G.5 VERWENDUNG DER THERMODYNAMISCHEN POTENZIALE . 1024 G.6 SPEZIFISCHE WAERME . 1025 LITERATUR 1026 INHALTSVERZEICHNIS XIX H HERLEITUNGEN ZUR SUPRALEITUNG 1027 H.L MADELUNG-TRANSFORMATION . 1027 H.2 BCS HAMILTON-OPERATOR . 1030 H.3 GRUNDZUSTANDSENERGIE . 1031 H.4 JOSEPHSON-GLEICHUNGEN . 1032 I SI-EINHEITEN 1035 1.1 GESCHICHTE DES SL-SYSTEMS . 1035 1.2 DIE SI-BASISEINHEITEN . 1036 1.2.1 EINIGE VON DEN SI-EINHEITEN ABGELEITETE EINHEITEN . 1037 1.3 VORSAETZE . 1038 1.4 ABGELEITETE EINHEITEN UND UMRECHNUNGSFAKTOREN . 1039 1.4.1 LAENGE, FLAECHE, VOLUMEN . 1039 1.4.2 MASSE . 1039 1.4.3 ZEIT, FREQUENZ . 1040 1.4.4 TEMPERATUR . 1040 1.4.5 WINKEL . 1040 1.4.6 KRAFT, DRUCK, VISKOSITAET . 1040 1.4.7 ENERGIE, LEISTUNG, WAERMEMENGE . 1041 1.4.8 ELEKTROMAGNETISCHE EINHEITEN . 1041 J PHYSIKALISCHE KONSTANTEN 1043 LITERATUR 1047 ABBILDUNGSNACHWEIS 1051 INDEX 1053
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