Festkörperphysik

Ziel del' Festkorperphysik ist es, die Eigenschaften fester Korpel' auf deren atoma(en Aufbau zuriickzu fiihren, sie aus del' Existenz von Elektronen und Atom kernen und den zwischen ihnen wirkenden Kriiften ver standlich zu machen und zu berechnen. Die dafiir erfor derlichen Voraussetzungen - del' Nachweis del' raumlich periodischen Anordnung del' atomaren Bausteine und die Quantenmechanik als theoretische Grundlage - sind seit etwa 1920 vorhanden. Seit diesel' Zeit hat sich die Festkorperphysik als ein relativ junges Teilgebiet del' Physik auBerordentIich stark entwickelt. Insbesondere nach dem 2. Weltkrieg erfuhr sie einen gewaltigen Auf schwung, so daB heute schatzungsweise fiinfzig Prozent aller Physiker auf diesem Gebiet arbeiten. Der Anreiz, sich del' Festkorperphysik zuzuwenden, liegt darin, daB hier ModelIvorstelIungen und MeBmethoden dominieren, die groBen Raum fiir eine schopferische Tatigkeit bieten, obwohl man fest davon iiberzeugt ist, daB sich prinzipiell aIle Eigenschaften von Festkorpern auf del' Grundlage del' Quantenmechanik deuten und berechnen lassen. Wenn trotzdem eine Vielzahl empiri scher Verfahren dominieren, so liegt das daran, daB einer seits ein Vielteilchenproblem vorIiegt, dessen quantitative mathematische Bewaltigung allein von atomaren GroBen ausgehend (von "first principles") selbst mit modernsten Computern nicht moglich ist, und daB andererseits die Festkorperphysik an der Grenze zwischen Wissenschaft und Technik steht, wobei unter Umstanden physikalische Effekte bereits technische Anwendungen finden, ohne daB ihre Grundlagen bis ins Detail geklart sind. Vm'worl, 4 1m Rahmen des vorliegenden Buches ist keine erschopfen de Darstellung moglich.

Klappentext

Ziel del' Festkorperphysik ist es, die Eigenschaften fester Korpel' auf deren atoma(en Aufbau zuriickzu­ fiihren, sie aus del' Existenz von Elektronen und Atom­ kernen und den zwischen ihnen wirkenden Kriiften ver­ standlich zu machen und zu berechnen. Die dafiir erfor­ derlichen Voraussetzungen - del' Nachweis del' raumlich periodischen Anordnung del' atomaren Bausteine und die Quantenmechanik als theoretische Grundlage - sind seit etwa 1920 vorhanden. Seit diesel' Zeit hat sich die Festkorperphysik als ein relativ junges Teilgebiet del' Physik auBerordentIich stark entwickelt. Insbesondere nach dem 2. Weltkrieg erfuhr sie einen gewaltigen Auf­ schwung, so daB heute schatzungsweise fiinfzig Prozent aller Physiker auf diesem Gebiet arbeiten. Der Anreiz, sich del' Festkorperphysik zuzuwenden, liegt darin, daB hier ModelIvorstelIungen und MeBmethoden dominieren, die groBen Raum fiir eine schopferische Tatigkeit bieten, obwohl man fest davon iiberzeugt ist, daB sich prinzipiell aIle Eigenschaften von Festkorpern auf del' Grundlage del' Quantenmechanik deuten und berechnen lassen. Wenn trotzdem eine Vielzahl empiri­ scher Verfahren dominieren, so liegt das daran, daB einer­ seits ein Vielteilchenproblem vorIiegt, dessen quantitative mathematische Bewaltigung allein von atomaren GroBen ausgehend (von "first principles") selbst mit modernsten Computern nicht moglich ist, und daB andererseits die Festkorperphysik an der Grenze zwischen Wissenschaft und Technik steht, wobei unter Umstanden physikalische Effekte bereits technische Anwendungen finden, ohne daB ihre Grundlagen bis ins Detail geklart sind. Vm'worl, 4 1m Rahmen des vorliegenden Buches ist keine erschopfen­ de Darstellung moglich.

Inhalt

0. Einleitung.- 1. Starres Gitter.- 1.1. Kristallographische Grundlagen.- 1.2. Beugung von Strahlung an Kristallgittern.- 1.3. Bindung im Festkörper.- 1.4. Gitterstörungen.- 2. Mechanische Eigenschaften.- 2.1. Elastische Eigenschaften.- 2.2. Piezoelektrizität.- 2.3. Plastisches Verhalten.- 3. Gitterschwingungen und thermisches Verhalten.- 3.1. Schwingungen einer zweiatomigen Kette.- 3.2. Die Äquivalenz zwischen Gitterschwingungen und Phononen.- 3.3. Gitterschwingungen dreidimensionaler Kristalle.- 3.4. Wechselwirkung zwischen Licht und Phononen.- 3.5. Unelastische Streuung von Neutronen.- 3.6. Spezifische Wärme.- 3.7. Wärmeleitung und Phonon-Phonon-Wechselwirkung.- 4. Dielektrische Eigenschaften.- 4.1. Statische Dielektrizitätskonstante und inneres Feld.- 4.2. Frequenzabhängigkeit der Dielektrizitätskonstante.- 4.3. Ferroelektrizität.- 4.4. Nichtlineare optische Erscheinungen.- 5. Elektronische Struktur von Festkörpern.- 5.1. Das Elektron im eindimensionalen Gitter.- 5.2. Die Bewegung eines Elektrons in einem eindimensionalen Modell.- 5.3. Elektronenzustände im dreidimensionalen Kristallgitter.- 5.4. Energieniveaus von Gitterstörungen.- 5.5. Die Verteilung der Elektronen auf die Energieniveaus.- 5.6. Spezifische Wärme der Elektronen.- 6. Optische Eigenschaften von Festkörpern.- 6.1. Rein elektronische Übergänge im Grundgitter.- 6.2. Elektronische Übergänge unter Beteiligung von Phononen.- 6.3. Elektronenübergänge unter Beteiligung von Störstellen.- 6.4. Kollektive Elektronenanregung.- 7. Elektronentransport in Festkörpern.- 7.1. Driftgeschwindigkeit und Stoßzeit.- 7.2. Hall-Effekt.- 7.3. Streumechanismen.- 7.4. Elektrische Leitfähigkeit von Metallen.- 7.5. Wärmeleitfähigkeit von Metallen.- 7.6. Elektrische Leitfähigkeit von Halbleitern.- 8.Magnetische Eigenschaften.- 8.1. Diamagnetismus.- 8.2. Paramagnetisms.- 8.3. Kollektiver Magnetismus.