Aufgabensammlung zur Festkörperphysik

Die vorliegende Aufgabensammlung zur Festkörperphysik ist auf Studenten zugeschnitten, welche eine einführende Vorlesung in die Festkörperphysik hören. Die umfangreichen, mehrteiligen Aufgaben zu: kristalliner Zustand, Dynamik des Kristallgitters, Elektronen im Festkörper, Halbleiter, Dielektrika, Magnetismus sowie Supraleitung wurden in Übungsgruppen der Universität Konstanz gestellt und erfolgreich bearbeitet. Ausführliche Lösungen dienen zur Kontrolle und zur Vertiefung des Stoffes. Benötigte Zahlenwerte werden zur Verfügung gestellt, ein Anhang zu thermodynamischen Relationen und physikalischen Konstanten rundet das Buch ab.

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Zusammenfassung
"Der wesentliche Vorzug des vorliegenden Titels gegenüber Lehrbüchern mit Aufgabenanhang besteht in der ausführlichen Lösungsangabe jeweils im Anschluß an ein Kapitel. Damit verfügt der Studierende über ein wirkungsvolles Hilfsmittel zum Selbststudium...Interessierte Benutzer aus anderen Studiengängen, wie Chemie und Werkstoffwissenschaft, können sicher mit Hilfe der Lösungsbeschreibungen ebenfalls zum Ziel, d.h. zu einem tieferen quantitativen Verständnis der Festkörpereigenschaften, gelangen.
Die handliche Form und die gute Qualität der Herstellung bei moderatem Preis sollten außerdem dazu beitragen, dem Buch zur verdienten Verbreitung zu verhelfen." (Wissenschaftliche Zeitschrift der TU Dresden)

"Das Buch enthält, räumlich getrennt von den Aufgabenstellungen, ausführliche Lösungen, die physikalisch interpretiert werden...Insgesamt ist die Herausgabe der Aufgabensammlung sehr zu begrüßen, da die Vertiefung des Vorlesungsstoffes durch das Lösen von Aufgaben außerordentlich gefördert wird. Das Buch wird nützlich sein für Studenten, die neben der Vorlesung der eigenen Hochschule verschiedene Lehrbücher zu Rate ziehen. Das Buch ist weiterhin für Lehrende interessant, die damit eigene Aufgabensammlungen bereichern können." (Zeitschrift für Kristallographie)

"Festkörperphysik ist heute Pflichtveranstaltung für Physikstudenten an Universitäten und Technischen Hochschulen. Die gründlichen Aufgaben und äußerst ausführlichen Lösungen decken das Gebiet so gut ab, daß das Buch - gedacht zur Benutzung neben einer einführenden Vorlesung - fast ein entsprechendes Lehrbuch ersetzt." (ekz -Informationsdienst)

Inhalt

1. Kristalliner Zustand der Materie.- 1.1 Struktur idealer Kristalle.- 1.1.1 Raumerfüllung von kubischen Gittern.- 1.1.2 Tetragonales und pseudotetragonales Gitter.- 1.1.3 Raumerfüllung und Härte von Diamant.- 1.1.4 Zwischengitterplätze in kubischen Gittern.- 1.1.5 Zwischengitterplätze in hexagonalen Gittern.- 1.1.6 Zusammenhang zwischen fcc- und ccp-Gitter.- 1.1.7 Kubischer Perovskit in hexagonaler Darstellung.- 1.2 Reziprokes Gitter.- 1.2.1 Brillouinzonen eines quadratischen Gitters.- 1.2.2 Reziprokes Gitter zum hexagonalen Bravais-Gitter.- 1.3 Kristallstrukturanalyse.- 1.3.1 Pulverdiffraktometrie an Ba2YCu3O7.- 1.3.2 Auslöschungsgesetze für Röntgenreflexe.- 1.3.3 Indizierung kubischer Substanzen.- 1.4 Bindungsarten im Kristall.- 1.4.1 Radienquotientenregel für ionische Verbindungen.- 1.4.2 Madelungkonstante einer eindimensionalen Ionenkette.- 1.4.3 Madelungkonstante eines zweidimensionalen Ionengitters.- 1.4.4 Bindungsenergie ionischer Verbindungen.- Lösungen zu Abschnitt 1.1.- Lösungen zu Abschnitt 1.2.- Lösungen zu Abschnitt 1.3.- Lösungen zu Abschnitt 1.4.- 2. Dynamik des Kristallgitters.- 2.1 Modell der linearen Kette.- 2.1.1 Dispersionsrelation von Phononen bei Berücksichtigung nächster Nachbarn.- 2.1.2 Dispersionsrelation von Phononen bei Berücksichtigung sämtlicher Nachbarn.- 2.2 Zustandsdichte von Phononen.- 2.2.1 Zustandsdichte von Phononen in der Debeyeschen Kontinuumsnäherung.- 2.2.2 Debeyesche Kontinuumsnäherung für zwei- und eindimensionale Systeme.- 2.2.3 Zustandsdichte der Phononen einer eindimensionalen linearen Kette.- Lösungen zu Abschnitt 2.1.- Lösungen zu Abschnitt 2.2.- 3. Elektronen im Festkörper.- 3.1 Modell des freien Elektronengases.- 3.1.1 Fermienergie von Elektronen in Metallen.- 3.1.2 Zustandsdichte eines freien Fermigases.- 3.1.3 Mittlere Energie von Elektronen.- 3.1.4 Chemisches Potential eines Fermigases.- 3.1.5 Druck und Kompressibilität eines Fermigases.- 3.1.6 Kalorische Zustandsgleichung.- 3.2 Weitere Anwendung des Fermigas-Modells.- 3.2.1 Fermigas-Kernmodell.- 3.2.2 Fermigase in der Astrophysik.- 3.3 Bändertheorie des Festkörpers.- 3.3.1 Reduziertes und erweitertes Zonenschema.- 3.3.2 Zweidimensionales System quasigebundener Elektronen.- 3.4 Zustandsdichtefunktionen.- 3.4.1 Berechnung von D(E) mittels Differentiation.- 3.4.2 Berechnung von D(E) mittels Integration.- 3.4.3 Formeln zur Berechnung von D(E) bei zwei- und eindimensionalen Systemen.- 3.4.4 Zustandsdichte eines zweidimensionalen Systems quasigebundener Elektronen.- 3.5 Kristallelektronen im magnetischen Feld.- 3.5.1 De Haas-van Alphen-Effekt in Gold.- 3.5.2 Extremalbahnen im reziproken Raum.- 3.5.3 Zyklotronresonanz bei Kalium.- 3.5.4 Bahnquantisierung im Magnetfeld.- 3.5.5 Freies Elektronengas im magnetischen Feld.- 3.6 Transporteigenschaften des Elektronengases.- 3.6.1 Wiedemann-Franz-Gesetz.- 3.6.2 Thermische Leitfähigkeit von Diamant.- 3.6.3 Temperaturverlauf im Innern eines homogenen Wärmeleiters.- Lösungen zu Abschnitt 3.1.- Lösungen zu Abschnitt 3.2.- Lösungen zu Abschnitt 3.3.- Lösungen zu Abschnitt 3.4.- Lösungen zu Abschnitt 3.5.- Lösungen zu Abschnitt 3.6.- 4. Halbleiter.- 4.1 Grundlegende Eigenschaften von Halbleitern.- 4.1.1 Bindungsregel von Pearson.- 4.1.2 Zustandsdichtemasse von Ladungsträgern.- 4.1.3 Anwendung der Fermi-Integrale bei Halbleitern.- 4.2 Eigenschaften intrinsischer Halbleiter.- 4.2.1 Ladungsträger dichte nichtentarteter Halbleiter.- 4.2.2 Temperaturabhängigkeit der Fermienergie intrinsischer Halbleiter.- 4.2.3 Temperaturabhängigkeit der Bandlücke.- 4.3 Dotierte Halbleiter.- 4.3.1 Temperaturabhängigkeit der Fermienergie dotierter Halbleiter.- 4.3.2 Ladungsträgerkonzentration und Wärmekapazität von hoch dotiertem n-leitendem ZnO.- 4.3.3 Leitfähigkeit und Hall-Koeffizient nichtentarteter Halbleiter.- 4.4 Bandschemata von Halbleitern.- 4.4.1 GaAs/ZnSe-Heterodioden.- Lösungen zu Abschnitt 4.1.- Lösungen zu Abschnitt 4.2.- Lösungen zu Abschnitt 4.3.- Lösungen zu Abschnitt 4.4.- 5. Dielektrika.- 5.1 Dielektrika im elektrischen Feld.- 5.1.1 Entelektrisierungsfaktor.- 5.1.2 Makroskopisches elektrisches Feld.- 5.1.3 Clausius-Mossotti-Gleichung.- 5.2 Optische Eigenschaften isotroper Festkörper.- 5.2.1 Elektromagnetische Wellen in Materie.- 5.2.2 Reflexionsvermögen bei senkrechter Inzidenz.- 5.2.3 Hagen-Rubens-Gesetz.- 5.3 Plasmaschwingungen.- 5.3.1 Einfaches Modell für Plasmaschwingungen.- 5.3.2 Energieverlustfunktion.- 5.3.3 Plasmafrequenz einiger Metalle.- Lösungen zu Abschnitt 5.1.- Lösungen zu Abschnitt 5.2.- Lösungen zu Abschnitt 5.3.- 6. Magnetismus.- 6.1 Diamagnetismus.- 6.1.1 Diamagnetismus ionischer Verbindungen.- 6.2 Paramagnetismus lokalisierter magnetischer Momente.- 6.2.1 Zweizustandssystem.- 6.2.2 Brillouinfunktion.- 6.2.3 Hundsche Regeln.- 6.2.4 Magnetische Momente von 4f-Ionen.- 6.2.5 Spinmagnetismus von Ubergangsmetallionen.- 6.2.6 Magnetische Suszeptibilität von Magnesiumtitanat.- 6.3 Elektrisches Kristallfeld.- 6.3.1 Reellwertige Lösungen der Schrödingergleichung.- 6.3.2 Kristallfeldaufspaltung von Energieniveaus.- 6.4 Magnetismus delokalisierter Elektronen.- 6.4.1 Magnetische Suszeptibilität von Kupfer und Aluminium.- 6.5 Kooperative magnetische Erscheinungen.- 6.5.1 Klassische Dipol-Dipol-Wechselwirkung.- 6.5.2 Curie-Weiss-Gesetz.- 6.5.3 Makroskopisches magnetisches Feld.- 6.5.4 Molekularfeldnäherung des Ferromagnetismus.- 6.5.5 Klassifizierung von Ferromagneten.- Lösungen zu Abschnitt 6.1.- Lösungen zu Abschnitt 6.2.- Lösungen zu Abschnitt 6.3.- Lösungen zu Abschnitt 6.4.- Lösungen zu Abschnitt 6.5.- 7. Supraleitung.- 7.1 Supraleiter im magnetischen Feld.- …