Festkörperphysik

Aktuell und am Experiment orientiert **Eine moderne und elegante Darstellung der Festkörperphysik.** In dem ausgefeilten und klar strukturierten Lehrbuch werden alle wichtigen Teilgebiete der Festkörperphysik behandelt und anschaulich die grundlegenden Gesetzmäßigkeiten und die für die Festkörperphysik typische Betrachtungsweise eingeführt. Konsequente Berücksichtigung finden zudem die ungeordneten Festkörper, die in unserer Umwelt eine wichtige Rolle spielen und in der Wissenschaft zunehmend an Bedeutung gewinnen. Zur Illustration von experimentellen Ergebnissen werden nicht nur schematische Darstellungen präsentiert, sondern in erster Linie Originaldaten herangezogen. Hierdurch sollen nicht zuletzt auch die Schwierigkeiten verdeutlicht werden, denen ein Experimentalphysiker in der Praxis gegenübersteht. An die Kapitel schließen sich Übungsaufgaben an, die die unmittelbare Überprüfung des Gelernten ermöglichen. __"Dieses Buch ist inhaltlich das Beste für die Festkörperphysik-Vorlesung und ist aufgrund seiner Übersichtlichkeit und Strukturierung hervorragend als Lehrbuch geeignet."__ Prof. Dr. Jochen Mannhart, Universität Augsburg __"Ein didaktisch hervorragendes Buch, das aktuelle Themen behandelt und die richtige Stoffauswahl bietet."__ Prof. Abbas Farschtschi, TU Chemitz Ein modernes und didaktisch elegantes Lehrbuch der Festkörperphysik. Vorwort 1 Vorbemerkungen 2 Bindung im Festkörper 2.1 Bindungstypen 2.1.1 Bindungsenergie 2.1.2 Abstoßung 2.2 Van-der-Waals-Bindung 2.2.1 Van-der-Waals-Kräfte 2.2.2 Lennard-Jones-Potential 2.2.3 Bindungsenergie von Edelgaskristallen 2.3 Ionenbindung 2.3.1 Abschätzung und Messung der Bindungsenergie 2.3.2 Bindungsenergie von Ionenkristallen 2.4 Kovalente Bindung 2.5 Metallische Bindung 2.6 Wasserstoffbrückenbindung 2.7 Aufgaben 3 Struktur der Festkörper 3.1 Herstellung von Kristallen und amorphen Festkörpern 3.1.1 Einkristallherstellung 3.1.2 Legierungen 3.1.3 Glasherstellung 3.2 Ordnung und Unordnung 3.3 Struktur der Kristalle 3.3.1 Translationsgitter und Kristallsysteme 3.3.2 Cluster und Quasikristalle 3.3.3 Notation und Einfluss der Basis 3.3.4 Einfache Kristallgitter 3.3.5 Wigner-Seitz-Zelle 3.3.6 Festkörperoberflächen 3.3.7 Kohlenstoff-Nanoröhren 3.4 Struktur amorpher Festkörper 3.4.1 Paarverteilungsfunktion 3.5 Aufgaben 4 Strukturbestimmung 4.1 Allgemeine Bemerkungen zur Strukturbestimmung 4.2 Elementare Streutheorie 4.2.1 Streuamplitude 4.3 Fourier-Entwicklung von Punktgittern 4.3.1 Reziprokes Gitter 4.3.2 Brillouin-Zone 4.3.3 Millersche Indizes 4.4 Streuung an Kristallen 4.4.1 Ewald-Kugel und Bragg-Bedingung 4.4.2 Strukturfaktor 4.4.3 Atom-Strukturfaktor 4.4.4 Streuung an Oberflächen oder dünnen Schichten 4.4.5 Phasenproblem bei Streuexperimenten 4.4.6 Debye-Waller-Faktor 4.5 Streuung an amorphen Substanzen 4.6 Experimentelle Methoden 4.6.1 Messverfahren 4.6.2 Messungen an Oberflächen und dünnen Filmen 4.7 Aufgaben 5 Strukturelle Defekte 5.1 Punktdefekte 5.1.1 Leerstellen 5.1.2 Farbzentren 5.1.3 Zwischengitteratome 5.1.4 Fremdatome 5.1.5 Atomarer Transport 5.2 Ausgedehnte Defekte 5.2.1 Mechanische Festigkeit 5.2.2 Versetzungen 5.2.3 Korngrenzen 5.3 Defekte in amorphen Materialien 5.4 Ordnungs-Unordnungs-Übergang 5.5 Aufgaben 6 Gitterdynamik 6.1 Elastische Eigenschaften 6.1.1 Mechanische Spannung und Verformung 6.1.2 Elastische Konstanten 6.1.3 Schallwellen 6.2 Gitterschwingungen 6.2.1 Gitter mit einatomiger Basis 6.2.2 Gitter mit mehratomiger Basis 6.2.3 Bewegungsgleichung der Gitteratome 6.3 Experimentelle Bestimmung von Dispersionskurven 6.3.1 Dynamische Streuung, Quantisierung der Gitterschwingungen 6.3.2 Kohärente inelastische Neutronenstreuung 6.3.3 Debye-Waller-Faktor 6.3.4 Experimentell ermittelte Dispersionskurven 6.3.5 Lichtstreuung 6.4 Spezifische Wärmekapazität 6.4.1 Zustandsdichte der Phononen 6.4.2 Spezifische Wärme in der Debye-Näherung 6.4.3 Spezifische Wärme niederdimensionaler Systeme 6.4.4 Nullpunktsenergie, Zahl der angeregten Phononen 6.5 Schwingungen in amorphen Festkörpern 6.5.1 Wärmekapazität von Gläsern bei sehr tiefen Temperaturen 6.6 Aufgaben 7 Anharmonische Gittereigenschaften 7.1 Zustandsgleichung und thermische Ausdehnung 7.2 Phonon-Phonon-Wechselwirkung 7.2.1 Drei-Phononen-Prozess 7.2.2 Ultraschalldämpfung in Kristallen 7.2.3 Spontaner Phononenzerfall 7.2.4 Ultraschalldämpfung in amorphen Festkörpern 7.3 Wärmetransport in dielektrischen Kristallen 7.3.1 Ballistische Ausbreitung von Phononen 7.3.2 Wärmeleitung 7.3.3 Phonon-Phonon-Stöße 7.3.4 Streuung an Defekten 7.3.5 Wärmetransport in eindimensionalen Proben 7.4 Wärmeleitfähigkeit amorpher Festkörper 7.5 Aufgaben 8 Elektronen im Festkörper 8.1 Freies Elektronengas 8.1.1 Zustandsdichte 8.1.2 Fermi-Energie, Fermi-Kugel 8.2 Spezifische Wärme 8.3 Kollektive Phänomene im Elektronengas 8.3.1 Abgeschirmtes Coulomb-Potential 8.3.2 Metall-Isolator-Übergang 8.4 Elektronen im periodischen Potential 8.4.1 Bloch-Funktion 8.4.2 Näherung für quasi-freie Elektronen 8.4.3 „Stark gebundene“ Elektronen 8.5 Energiebänder 8.5.1 Metalle und Isolatoren 8.5.2 Brillouin-Zonen und Fermi-Flächen 8.5.3 Zustandsdichte 8.5.4 „Zweidimensionale“ hexagonale Festkörper: Graphen und Nanoröhren 8.6 Aufgaben 9 Elektronische Transporteigenschaften 9.1 Bewegungsgleichung und effektive Masse 9.1.1 Elektronen als Wellenpakete 9.1.2 Ladungstransport in Bändern 9.1.3 Elektronen und Löcher 9.2 Ladungstransport 9.2.1 Drude-Modell 9.2.2 Sommerfeldsche Theorie 9.2.3 Boltzmann-Gleichung 9.2.4 Elektrischer Ladungstransport 9.2.5 Elektronstreuung 9.2.6 Temperaturabhängigkeit der elektrischen Leitfähigkeit 9.2.7 Eindimensionale Leiter 9.2.8 Quantenpunkte 9.2.9 Luttinger-Flüssigkeit 9.2.10 Thermische Leitfähigkeit 9.2.11 Wiedemann-Franz-Gesetz 9.2.12 Fermi-Funktion im stationären Gleichgewicht 9.3 Elektronen im Magnetfeld 9.3.1 Zyklotronresonanz 9.3.2 Landau-Niveaus 9.3.3 Zustandsdichte im Magnetfeld 9.3.4 De-Haas-van-Alphén-Effekt 9.3.5 Hall-Effekt 9.3.6 Quanten-Hall-Effekt 9.3.7 Quanten-Hall-Effekt in Graphen 9.4 Aufgaben 10 Halbleiter 10.1 Intrinsische kristalline Halbleiter 10.1.1 Bandlücke und optische Absorption 10.1.2 Effektive Masse von Elektronen und Löchern 10.1.3 Ladungsträgerdichte 10.2 Dotierte kristalline Halbleiter 10.2.1 Dotierung 10.2.2 Ladungsträgerdichte und Fermi-Niveau 10.2.3 Beweglichkeit und elektrische Leitfähigkeit 10.3 Amorphe Halbleiter 10.3.1 Elektrische Leitfähigkeit 10.3.2 Defektzustände 10.4 Inhomogene Halbleiter 10.4.1 p-n-Übergang 10.4.2 Metall/Halbleiter-Kontakt 10.4.3 Halbleiter-Heterostrukturen und Übergitter 10.5 Bauelemente 10.5.1 Bauelemente basierend auf dem p-n-Übergang 10.5.2 Transistoren 10.5.3 Halbleiterlaser 10.6 Aufgaben 11 Supraleitung 11.1 Phänomenologische Beschreibung 11.1.1 Meißner-Effekt und London-Gleichungen 11.1.2 Kritisches Magnetfeld und thermodynamische Eigenschaften 11.2 Mikroskopische Beschreibung 11.2.1 Cooper-Paare 11.2.2 BCS-Grundzustand 11.2.3 BCS-Zustand bei endlicher Temperatur 11.2.4 Nachweis der Energielücke 11.2.5 Kritischer Strom und kritisches Magnetfeld 11.3 Makroskopische Wellenfunktion 11.3.1 Flussquantisierung 11.3.2 Josephson-Effekt 11.4 Ginzburg-Landau-Theorie und Supraleiter 2.Art 11.4.1 Ginzburg-Landau-Theorie 11.4.2 Supraleiter 2.Art und Grenzflächenenergie 11.4.3 Hochtemperatur-Supraleiter 11.5 Aufgaben 12 Magnetismus 12.1 Dia- und Paramagnetismus 12.1.1 Diamagnetismus 12.1.2 Paramagnetismus 12.2 Ferromagnetismus 12.2.1 Molekularfeldnäherung 12.2.2 Austauschwechselwirkung zwischen lokalisierten Elektronen 12.2.3 Austauschwechselwirkung im freien Elektronengas 12.2.4 Band-Ferromagnetismus 12.2.5 Spinwellen 12.2.6 Thermodynamik der Magnonen 12.2.7 Ferromagnetische Domänen 12.3 Ferri- und Antiferromagnetismus 12.3.1 Ferrimagnetismus 12.3.2 Antiferromagnetismus 12.3.3 Riesen-Magnetowiderstand 12.4 Spingläser 12.5 Aufgaben 13 Dielektrische und optische Eigenschaften 13.1 Dielektrische Funktion, optische Messungen 13.2 Lokales Feld, Clausius-Mossotti-Beziehung 13.3 Elektrische Polarisation von Isolatoren 13.3.1 Elektronische Polarisierbarkeit 13.3.2 Ionenpolarisation 13.3.3 Optische Phononen in Ionenkristallen 13.3.4 Erzwungene Schwingungen in Ionenkristallen 13.3.5 Phonon-Polaritonen 13.3.6 Orientierungspolarisation 13.3.7 Ferroelektrizität 13.3.8 Exzitonen 13.4 Optische Eigenschaften freier Ladungsträger 13.4.1 Ausbreitung elektromagnetischerWellen in Metallen 13.4.2 Longitudinale Schwingungen des Elektronengases: Plasmonen 13.5 Aufgaben Index Eine moderne und elegante Darstellung der Festkörperphysik.

In dem ausgefeilten und klar strukturierten Lehrbuch werden alle wichtigen Teilgebiete der Festkörperphysik behandelt und anschaulich die grundlegenden Gesetzmäßigkeiten und die für die Festkörperphysik typische Betrachtungsweise eingeführt. Konsequente Berücksichtigung finden zudem die ungeordneten Festkörper, die in unserer Umwelt eine wichtige Rolle spielen und in der Wissenschaft zunehmend an Bedeutung gewinnen. Zur Illustration von experimentellen Ergebnissen werden nicht nur schematische Darstellungen präsentiert, sondern in erster Linie Originaldaten herangezogen. Hierdurch sollen nicht zuletzt auch die Schwierigkeiten verdeutlicht werden, denen ein Experimentalphysiker in der Praxis gegenübersteht. An die Kapitel schließen sich Übungsaufgaben an, die die unmittelbare Überprüfung des Gelernten ermöglichen.

"Dieses Buch ist inhaltlich das Beste für die Festkörperphysik-Vorlesung und ist aufgrund seiner Übersichtlichkeit und Strukturierung hervorragend als Lehrbuch geeignet."
Prof. Dr. Jochen Mannhart, Universität Augsburg

"Ein didaktisch hervorragendes Buch, das aktuelle Themen behandelt und die richtige Stoffauswahl bietet."
Prof. Abbas Farschtschi, TU Chemitz In dem ausgefeilten und klar strukturierten Lehrbuch werden alle aktuellen Teilgebiete der Festkörperphysik behandelt und anschaulich die grundlegenden Gesetzmäßigkeiten eingeführt. Konsequente Berücksichtigung finden zudem die ungeordneten Festkörper, die in der Wissenschaft zunehmend an Bedeutung gewinnen. An die Kapitel schließen sich Übungsaufgaben an, die die unmittelbare Überprüfung des Gelernten ermöglichen