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E-Book

Festkörperphysik

AutorSiegfried Hunklinger
VerlagDe Gruyter Oldenbourg
Erscheinungsjahr2014
ReiheDe Gruyter Studium 
Seitenanzahl668 Seiten
ISBN9783486858501
FormatePUB/PDF
KopierschutzWasserzeichen
GerätePC/MAC/eReader/Tablet
Preis49,95 EUR

This sophisticated and clearly structured textbook covers all sub-areas of modern solid state physics and clearly introduces the underlying fundamental laws. There is also careful consideration of disordered solid materials, which are gaining in scientific significance.

Each chapter includes study exercises that enable an immediate review of what one has learned.



Siegfried Hunklinger, seit 1982 Professor am Kirchhoff-Institut für Physik der Universität Heidelberg

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Inhaltsverzeichnis
Vorworte11
1 Vorbemerkungen15
2 Bindung im Festkörper19
2.1 Bindungstypen20
2.1.1 Bindungsenergie22
2.2 Van-der-Waals-Bindung24
2.2.1 Lennard-Jones-Potenzial25
2.2.2 Bindungsenergie26
2.3 Ionenbindung28
2.3.1 Bestimmung der Bindungsenergie28
2.3.2 Madelung-Energie30
2.4 Kovalente Bindung34
2.4.1 H+2 -Molekülion34
2.4.2 Wasserstoffmolekül38
2.4.3 Kovalente Bindungstypen40
2.5 Metallische Bindung43
2.6 Wasserstoffbrückenbindung47
2.7 Aufgaben48
3 Struktur der Festkörper51
3.1 Herstellung kristalliner und amorpher Festkörper52
3.1.1 Zucht von Einkristallen52
3.1.2 Herstellung von Legierungen54
3.1.3 Glasherstellung61
3.2 Ordnung und Unordnung63
3.3 Struktur der Kristalle67
3.3.1 Translationsgitter und Kristallsysteme67
3.3.2 Cluster und Quasikristalle73
3.3.3 Notation und Einfluss der Basis77
3.3.4 Einfache Kristallgitter81
3.3.5 Wigner-Seitz-Zelle87
3.3.6 Nanoröhren88
3.3.7 Festkörperoberflächen90
3.4 Struktur amorpher Festkörper92
3.4.1 Paarverteilungsfunktion92
3.5 Aufgaben96
4 Strukturbestimmung99
4.1 Allgemeine Anmerkungen100
4.2 Beugungsexperimente103
4.2.1 Streuamplitude103
4.3 Fourier-Entwicklung von Punktgittern105
4.3.1 Reziprokes Gitter106
4.3.2 Brillouin-Zone109
4.3.3 Millersche Indizes111
4.4 Experimentelle Bestimmung der Kristallstruktur115
4.4.1 Ewald-Kugel und Bragg-Bedingung117
4.4.2 Strukturfaktor119
4.4.3 Atom-Strukturfaktor123
4.4.4 Oberflächen und dünne Schichten126
4.4.5 Phasenproblem und Reflexbreite127
4.5 Streuexperimente an amorphen Festkörpern129
4.6 Experimentelle Methoden134
4.6.1 Messverfahren137
4.6.2 Messungen an Oberflächen und dünnen Filmen140
4.7 Aufgaben144
5 Strukturelle Defekte147
5.1 Punktdefekte148
5.1.1 Leerstellen149
5.1.2 Farbzentren153
5.1.3 Zwischengitteratome156
5.1.4 Fremdatome157
5.1.5 Atomarer Transport158
5.2 Ausgedehnte Defekte164
5.2.1 Mechanische Festigkeit164
5.2.2 Versetzungen168
5.2.3 Korngrenzen175
5.3 Defekte in amorphen Festkörpern177
5.4 Ordnungs-Unordnungs-Übergang180
5.5 Aufgaben183
6 Gitterdynamik185
6.1 Elastische Eigenschaften186
6.1.1 Spannung und Verformung187
6.1.2 Elastische Konstanten189
6.1.3 Schallausbreitung192
6.2 Gitterschwingungen198
6.2.1 Gitter mit einatomiger Basis199
6.2.2 Gitter mit mehratomiger Basis204
6.2.3 Bewegungsgleichung209
6.3 Experimentelle Bestimmung von Dispersionskurven212
6.3.1 Dynamische Streuung, Phononen212
6.3.2 Kohärente inelastische Neutronenstreuung217
6.3.3 Debye-Waller-Faktor219
6.3.4 Experimentell ermittelte Dispersionskurven222
6.3.5 Lichtstreuung225
6.4 Spezifische Wärmekapazität230
6.4.1 Zustandsdichte der Phononen231
6.4.2 Spezifische Wärme in der Debye-Näherung238
6.4.3 Spezifische Wärme niederdimensionaler Systeme243
6.4.4 Nullpunktsenergie, Phononenzahl245
6.5 Schwingungen in amorphen Festkörpern246
6.5.1 Wärmekapazität von Gläsern248
6.6 Aufgaben253
7 Anharmonische Gittereigenschaften257
7.1 Zustandsgleichung und thermische Ausdehnung258
7.2 Phononenstöße264
7.2.1 Drei-Phononen-Prozess264
7.2.2 Ultraschallabsorption in Kristallen265
7.2.3 Spontaner Phononenzerfall270
7.2.4 Ultraschallabsorption in amorphen Festkörpern271
7.3 Wärmetransport in dielektrischen Kristallen275
7.3.1 Ballistische Ausbreitung von Phononen276
7.3.2 Wärmeleitfähigkeit277
7.3.3 Phononenstöße279
7.3.4 Einfluss von Defekten282
7.3.5 Wärmetransport in eindimensionalen Proben284
7.4 Wärmeleitfähigkeit amorpher Festkörper287
7.5 Aufgaben290
8 Elektronen im Festkörper291
8.1 Freies Elektronengas292
8.1.1 Zustandsdichte294
8.1.2 Fermi-Energie300
8.2 Spezifische Wärme303
8.3 Kollektive Phänomene im Elektronengas307
8.3.1 Abgeschirmtes Coulomb-Potenzial307
8.3.2 Metall-Isolator-Übergang310
8.4 Elektronen im periodischen Potenzial312
8.4.1 Bloch-Funktion312
8.4.2 Quasi-freie Elektronen317
8.4.3 Stark gebundene Elektronen325
8.5 Energiebänder332
8.5.1 Metalle und Isolatoren332
8.5.2 Brillouin-Zonen und Fermi-Flächen334
8.5.3 Zustandsdichte338
8.5.4 Graphen und Nanoröhren341
8.6 Aufgaben346
9 Elektronische Transporteigenschaften349
9.1 Bewegungsgleichung und effektive Masse350
9.1.1 Elektronen als Wellenpakete350
9.1.2 Elektronenbewegung in Bändern356
9.1.3 Elektronen und Löcher358
9.2 Transporteigenschaften360
9.2.1 Sommerfeld-Theorie361
9.2.2 Boltzmann-Gleichung363
9.2.3 Elektrischer Ladungstransport365
9.2.4 Streuung von Leitungselektronen367
9.2.5 Temperaturabhängigkeit der elektrischen Leitfähigkeit372
9.2.6 Eindimensionale Leiter376
9.2.7 Quantenpunkte380
9.2.8 Luttinger-Flüssigkeit384
9.2.9 Wärmetransport in Metallen387
9.2.10 Fermi-Funktion im stationären Gleichgewicht390
9.3 Elektronen im Magnetfeld393
9.3.1 Zyklotronresonanz393
9.3.2 Landau-Niveaus398
9.3.3 Zustandsdichte im Magnetfeld403
9.3.4 De-Haas-van-Alphén-Effekt406
9.3.5 Hall-Effekt409
9.3.6 Quanten-Hall-Effekt413
9.3.7 Quanten-Hall-Effekt in Graphen421
9.4 Aufgaben422
10 Halbleiter425
10.1 Intrinsische kristalline Halbleiter427
10.1.1 Bandstruktur, Bandlücke und optische Absorption427
10.1.2 Effektive Masse von Elektronen und Löchern431
10.1.3 Ladungsträgerdichte434
10.2 Dotierte kristalline Halbleiter439
10.2.1 Dotierung439
10.2.2 Ladungsträgerdichte und Fermi-Niveau443
10.2.3 Beweglichkeit und elektrische Leitfähigkeit450
10.3 Amorphe Halbleiter453
10.3.1 Elektrische Leitfähigkeit455
10.3.2 Defektzustände459
10.4 Inhomogene Halbleiter463
10.4.1 p-n-Übergang463
10.4.2 Metall/Halbleiter-Kontakt472
10.4.3 Halbleiter-Heterostrukturen und Übergitter474
10.5 Bauelemente479
10.5.1 Technische Anwendung des p-n-Übergangs479
10.5.2 Transistoren484
10.5.3 Halbleiterlaser487
10.6 Aufgaben489
11 Supraleitung491
11.1 Phänomenologische Beschreibung492
11.1.1 Meißner-Ochsenfeld-Effekt, London-Gleichungen494
11.1.2 Thermodynamische Eigenschaften503
11.2 Mikroskopische Beschreibung506
11.2.1 Cooper-Paare507
11.2.2 BCS-Theorie513
11.2.3 Nachweis der Energielücke520
11.2.4 Stromdurchgang durch Grenzflächen525
11.2.5 Kritischer Strom und kritisches Magnetfeld526
11.3 Makroskopische Wellenfunktion529
11.3.1 Flussquantisierung529
11.3.2 Josephson-Effekt532
11.4 Ginzburg-Landau-Theorie und Supraleiter 2. Art538
11.4.1 Ginzburg-Landau-Theorie538
11.4.2 Supraleiter 2. Art und Grenzflächenenergie541
11.5 Unkonventionelle Supraleiter546
11.5.1 Hochtemperatur-Supraleiter546
11.5.2 Schwere-Fermionen-Systeme553
11.5.3 Technische Anwendung der Supraleitung555
11.6 Aufgaben556
12 Magnetismus559
12.1 Dia- und Paramagnetismus561
12.1.1 Diamagnetismus561
12.1.2 Paramagnetismus562
12.2 Ferromagnetismus571
12.2.1 Molekularfeldnäherung572
12.2.2 Austauschwechselwirkung576
12.2.3 Band-Ferromagnetismus581
12.2.4 Spinwellen585
12.2.5 Magnonen588
12.2.6 Ferromagnetische Domänen590
12.3 Ferri- und Antiferromagnetismus591
12.3.1 Ferrimagnetismus591
12.3.2 Antiferromagnetismus592
12.3.3 Riesen-Magnetowiderstand596
12.4 Spingläser599
12.5 Aufgaben603
13 Dielektrische und optische Eigenschaften605
13.1 Dielektrische Suszeptibilität, optische Messgrößen606
13.2 Lokales elektrisches Feld609
13.3 Elektrische Polarisation613
13.3.1 Elektronische Polarisierbarkeit614
13.3.2 Ionenpolarisation618
13.3.3 Optische Phononen in Ionenkristallen619
13.3.4 Dielektrische Funktion von Ionenkristallen621
13.3.5 Phonon-Polaritonen624
13.3.6 Orientierungspolarisation628
13.3.7 Ferroelektrizität637
13.3.8 Exzitonen642
13.4 Optische Eigenschaften freier Ladungsträger645
13.4.1 Elektromagnetischer Wellen in Metallen646
13.4.2 Plasmonen650
13.5 Aufgaben654
Index657

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