Das vorliegende Buch wendet sich an überwiegend Nebenfachstudierende und behandelt in 9 kompakten Kapiteln die wichtigsten Themen der Festkörperphysik wie den Symmetriebegriff, Gitter und Netzebenen, das reziproke Gitter, Brillouinzonen, Röntgenbeugung, Metrik und Inhalt der Einheitszelle, Gitterenergie und -wellen, Phononen, das Debye-Modell der spezifischen Wärme, elektrische und magnetische Eigenschaften, elektronische Eigenschaften und Modelle im Festkörper, Bloch-Wellen, Bänderschema, Bandüberlappung, Fermi-Flächen und Fermi-Körper, mikroskopische Erklärung des elektrischen Widerstands.
Beschreibung
Inhalt
- Struktur der Kristallgitter I
- Einleitung
- Punktsymmetrie
- Translationssymmetrie
- Kombinationen (Raumgruppen)
- Netzebenen
- Das reziproke Gitter
- Übungsaufgaben
- Struktur der Kristallgitter II (Beugung)
- Die Laue-Gleichungen
- Die Braggsche Gleichung
- Unterschied zwischen v. Laue-Methode und Braggschem Verfahren
- Dritte Schreibweise für die Beugungsbedingung
- Grundlegende experimentelle Methoden
- Experimentelle Methoden nach der Art der verwendeten Strahlung
- Bestimmung der Metrik (Abmessungen der Elementarzelle)
- Die Reflexintensitäten
- Übungsaufgaben
- Dynamik der Kristallgitter I
- Die Ionenbindung
- Die kovalente Bindung
- Die metallische Bindung
- Die Van-der-Waals-Bindung
- Wasserstoffbrückenbindung
- Zusammenfassung
- Ionenkristalle und ihre Gitterenergie
- Gitterschwingungen
- Verallgemeinerung auf 3 Dimensionen/ Zustandsdichte
- Quantisierung von Gitterwellen: Phononen
- Nichtlineare Kräfte
- Methoden zur Bestimmung von Gitterwellen
- Übungsaufgaben
- Dynamik der Kristallgitter II (thermische Eigenschaften der Phononen)
- Definitionen
- Die Debyesche Theorie der Schwingungswärme
- Die Zustandsdichte der „Würfelfrequenzen“
- Auswertung von U(T) – U(0)
- Anwendung auf Hohlraumstrahler
- Übungsaufgaben
- Kristalle im elektrischen Feld: Elektrische Polarisation von Kristallen
- Definitionen
- Die Orientierungspolarisation
- Ionenpolarisation und Elektronenpolarisation
- Gesamtpolarisation
- Spontanpolarisation
- Übungsaufgaben
- Magnetismus von Kristallen I
- Definitionen
- Generelle Einteilung der Substanzen
- Übungsaufgaben
- Magnetismus von Kristallen II
- Einleitung
- Ferromagnetismus
- Antiferromagnetismus
- Ferrimagnetismus
- Beispiele für typische Magnetmaterialien
- Übungsaufgaben
- Leitungselektronen in Metallen I
- Übersicht über die verschiedenen Modelle
- Einelektronenzustände im eindimensionalen (1D-) Gitter
- Einelektronenzustände im dreidimensionalen (3D-) Gitter
- Das Reduzierte-Energie-Schema
- Das Fermi-Sommerfeld-Gas freier Elektronen
- Die Fermi-Fläche
- Thermische Energie
- Übungsaufgaben
- Leitungselektronen in Metallen II
- Das Kristall-Elektronengas im Gitterpotential
- Teilchenbild der Kristallelektronen / Effektivmassendynamik
- Streuung von Leitungselektronen (elektrische Leitung)
- Elektrische Leitfähigkeit von Metallen
- Das Ohmsche Gesetz im Gleichfeld
- Abschätzung der mittleren freien Weglänge eines Elektrons zwischen zwei Streuprozessen
- Übungsaufgaben
- Empfohlene Literatur
- Endnotes