Grundriß der Festkörperphysik

1. Kristalle und Kristallgitter.- 1.1. Kristallsysteme.- 1.2. Das Gesetz der rationalen Indizes.- 1.3. Das Kristallgitter.- 1.3.1. Die primitive Elementarzelle.- 1.3.2. Die Bravais-Gitter.- 1.3.3. Wigner-Seitz-Zellen.- 1.3.4. Netzebenen.- 1.3.5. Praktisch wichtige Gittertypen.- 1.4. Die Ermittlung der Kristallstruktur.- 1.4.1. Die Beugung von Röntgenstrahlen am Kristallgitter.- 1.4.2. Die Braggsche Bedingung.- 1.4.3. Experimentelle Verfahren der Röntgenbeugung.- 1.4.4. Die Beugung von Neutronen am Kristallgitter.- 1.5. Das reziproke Gitter.- 1.5.1. Der Wellenzahlvektor.- 1.5.2. Reziproke Vektoren.- 1.5.3. Der reziproke Gittervektor.- 1.5.4. Reziproke Gitter.- 1.6. Brillouin-Zonen.- 2. Die Bindungskräfte im Festkörper.- 2.1. Die Bindungsenergie.- 2.2. Bindungsarten.- 2.2.1. Die Kristalle der Edelgase.- 2.2.2. Die Ionenkristalle.- 2.2.3. Kristalle mit Atombindung.- 2.2.4. Die Kristalle der Metalle.- 3. Gitterfehler.- 3.1. Kristallite und Korngrenzen.- 3.2. Arten der Gitterfehler.- 3.3. Einzelne Fehlstellen.- 3.3.1. Leerstellen und Zwischengitterplätze.- 3.3.2. Zur Entstehung der Leerstellen.- 3.3.3. Die Ionenleitung.- 3.3.4. Fremdstörstellen.- 3.3.5. Farbzentren.- 3.4. Linienhafte Fehlordnungen.- 3.4.1. Stufenversetzung.- 3.4.2. Schraubenversetzung.- 3.5. Flächenhafte Fehlordnungen.- 3.5.1. Stapelfehler.- 3.5.2. Kleinwinkelkorngrenzen.- 3.6. Sichtbarmachung von Gitterfehlern.- 3.6.1. Ätzgrübchen.- 3.6.2. Oberflächendekoration.- 3.6.3. Röntgentopografie.- 3.6.4. Elektronenmikroskopischer Beugungskontrast.- 3.6.5. Spannungsoptischer Kontrast.- 4. Mechanische Eigenschaften der Festkörper.- 4.1. Elastische Eigenschaften.- 4.1.1. Das Hookesche Gesetz.- 4.1.2. Poissonsche Zahl und Schallgeschwindigkeit.- 4.1.3. Elastizität von Einkristallen.- 4.2. Plastische Eigenschaften.- 4.2.1. Deformation durch Schubspannung.- 4.2.2. Schubfestigkeit fester Körper.- 4.2.3. Die Verfestigungskurve polykristalliner Festkörper.- 4.3. Plastische Verformung von Einkristallen.- 4.3.1. Entstehung von Gleitpaketen.- 4.3.2. Gleitung und Versetzung.- 4.4. Verformbarkeit und Versetzungsdichte.- 4.5. Verfestigung und Versetzungen.- 4.6. Reißfestigkeit und Bindungsenergie.- 5. Gitterschwingungen und Phononen.- 5.1. Die Entstehung von Gitterschwingungen.- 5.2. Das Spektrum der Gitterschwingungen.- 5.3. Die maximale Eigenfrequenz eines Gitterbausteins..- 5.4. Phononen.- 5.4.1. Phononen als Teilchen.- 5.4.2. Arten der Phononen.- 5.5. Phononenspektren.- 5.5.1. Die Dispersionsrelation im Kristall.- 5.5.2. Die Geschwindigkeit der Phononen.- 5.6. Thermische Phononen.- 5.7. Wechselwirkungen der Phononen mit anderen Teilchen.- 5.7.1. Absorption und Streuung von Licht.- 5.7.2. Stöße zwischen Photonen und Phononen.- 5.7.3. Die Brillouin-Streuung.- 5.7.4. Streuung von Neutronen an Phononen.- 6. Thermische Eigenschaften der Festkörper.- 6.1. Die spezifische Wärmekapazität.- 6.2. Charakteristische und Debye-Temperatur.- 6.3. Die Wärmeleitung im Festkörper.- 6.3.1. Streuprozesse zwischen Phononen.- 6.3.2. Die Wärmeleitfähigkeit.- 7. Die Metalle als Stromleiter.- 7.1. Die klassische Elektronentheorie.- 7.1.1. Die Dichte des Elektronengases.- 7.1.2. Die mittlere thermische Geschwindigkeit der Elektronen.- 7.1.3. Driftgeschwindigkeit und Ohmsches Gesetz.- 7.1.4. Die Loulesche Wärme.- 7.1.5. Das Wiedemann-Franzsche Gesetz.- 7.1.6. Das Versagen der klassischen Elektronentheorie.- 7.2. Quantenmechanische Betrachtung des Elektronengases.- 7.2.1. Der k-Raum des freien Elektronengases.- 7.2.2. Fermi-Kugel und Grenzenergie.- 7.2.3. Fermi-Geschwindigkeit und Temperatur.- 7.2.4. Der elektrische Widerstand der Metalle.- 7.2.4.1. Allgemeines Verhalten.- 7.2.4.2. Die Matthiessensche Regel.- 7.2.5. Das Fermische Verteilungsgesetz.- 7.2.6. Fermi-Verteilung und Temperatur.- 7.2.7. Die Gasentartung.- 7.3. Die spezifische Wärmekapazität des Elektronengases.- 7.4. Fermi-Flächen in Metallen.- 7.4.1. Fermi-Kugeln im reziproken Gitter.- 7.4.2. Der De-Haas-van-Alphen-Effekt.- 8. Das Bändermodell.- 8.1. Die Entstehung von Energiebändern.- 8.2. Anordnungen von Energiebändern.- 8.3. Die Struktur von Energiebändern.- 8.3.1. Energieverteilung freier Elektronen.- 8.3.2. Die Entstehung von Energielücken.- 8.3.3. Energielücken und Brillouin-Zonen.- 8.3.4. Bandstruktur und effektive Masse.- 8.4. Messung der Beweglichkeit und der effektiven Masse von Ladungsträgern.- 8.4.1. Der Hall-Effekt.- 8.4.2. Die Zyklotronresonanz.- 9. Halbleiter.- 9.1. Reine (undotierte) Halbleiter.- 9.1.1. Arten der Halbleiter.- 9.1.2. Herstellung reinsten Materials.- 9.1.3. Die Eigenleitung...- 9.1.3.1. Die Entstehung der Eigenleitung.- 9.1.3.2. Elektronen und Löcher.- 9.1.3.3. Die Bandstruktur der Halbleiter.- 9.2. Dotierte Halbleiter.- 9.2.1. Entstehung der n-und p-Leitung..- 9.2.2. Das Bändermodell des dotierten Halbleiters.- 9.3. Die Trägerdichte in Halbleitern.- 9.3.1. Anwendung der Fermi-Statistik auf Halbleiter.- 9.3.2. Zustands- und Intrinsicdichte.- 9.3.3. Die Lage des Fermi-Niveaus.- 9.4. Das Massenwirkungsgesetz.- 9.5. Die Trägerbeweglichkeiten.- 9.6. Die Messung der Driftbeweglichkeit.- 9.7. Die pn-Kombination.- 9.7.1. Der stromlose pn-Übergang.- 9.7.1.1. Herstellungswege.- 9.7.1.2. Vorgänge im pn-Übergang.- 9.7.1.3. Die Entstehung der Sperrschicht.- 9.7.1.4. Der Potentialverlauf.- 9.7.1.5. Das Bändermodell des pn-Überganges.- 9.7.2. Der pn-Übergang bei Stromfluß.- 9.7.2.1. Polung in Flußrichtung.- 9.7.2.2. Polung in Sperrichtung.- 9.7.2.3. Die Kennlinie des pn-Überganges.- 9.7.3. Anwendungen.- 10. Optische Eigenschaften der Festkörper.- 10.1. Die Wirkung elektromagnetischer Strahlen.- 10.1.1. Allgemeiner Überblick.- 10.1.2. Durchlässigkeit und Brechung.- 10.1.3. Die Absorption von ?-und Röntgenstrahlen.- 10.2. Die Absorption in Metallen.- 10.3. Die Absorption in Halbleitern und Ionenkristallen.- 10.3.1. Absorptionskanten.- 10.3.2. Absorption und Elektronendichte.- 10.3.3. Direkte und indirekte Übergänge.- 10.4. Weitere Wirkungen der Strahlenabsorption.- 10.4.1. Die Fotoleitfähigkeit.- 10.4.2. Fotodioden.- 10.4.3. Fotoelemente.- 10.5. Lumineszenz….- 10.5.1. Die Stokessche Regel.- 10.5.2. Arten der Lumineszenz in Festkörpern.- 10.5.3. Injektionslichtquellen (Leuchtdioden).- 10.5.4. Leuchtkondensatoren.- 10.6. Exzitonen.- 11. Die Supraleitung.- 11.1. Supraleiter I. Art.- 11.1.1. Sprungtemperatur und Dauerstrom.- 11.1.2. Magnetfeld und Supraleitung.- 11.2. Elektronentheoretische Deutung der Supraleitung.- 11.2.1. Erste Anhaltspunkte.- 11.2.2. Cooper-Paare.- 11.2.3. Die Energielücke.- 11.2.4. Die Messung der Energielücke.- 11.3. Der Suprastrom als Quantenerscheinung.- 11.3.1. Das Flußquant.- 11.3.2. Messung des Flußquants.- 11.3.3. Der Josephson-Effekt.- 11.3.3.1. Der Josephson-Gleichstrom.- 11.3.3.2. Der Josephson-Wechselstrom.- 11.4. Supraleiter II. Art.- 11.4.1. Kritische Größen.- 11.4.2. Flußschläuche.- 11.4.3. Harte Supraleiter..- 12. Magnetische Eigenschaften der Festkörper.- 12.1. Magnetische Grundeigenschaften und Grundgrößen.- 12.1.1. Grundgrößen des magnetischen Feldes.- 12.1.2. Allgemeines Verhalten der Stoffe im Magnetfeld.- 12.2. Der atomare Ursprung des Magnetismus.- 12.2.1. Das magnetische Bahn-und Spinmoment.- 12.2.2. Dia- und paramagnetische Festkörper.- 12.2.3. Der Paramagnetismus der Metalle.- 12.3. Struktureller Magnetismus.- 12.3.1. Spinstrukturen.- 12.3.2. Spinstruktur und Atombau.- 12.3.3. Die Austauschenergie.- 12.4. Der Ferromagnetismus.- 12.4.1. Die Magnetisierungskurve.- 12.4.2. Ferromagnetismus und Temperatur.- 12.4.3. Domänen.- 12.4.4. Die Bloch-Wände und ihre Verschiebung.- 12.5. Der Antiferromagnetismus.- 12.6. Der Ferrimagnetismus.- 12.6.1. Allgemeine Eigenschaften ferrimagnetischer Stoffe.- 12.6.2. Zylinderdomänen in dünnen Schichten.- 12.6.3. Bewegung und Detektion von Zylinderdomänen.- 13. Die dielektrischen Eigenschaften der Festkörper.- 13.1. Das elektrische Feld im Festkörper.- 13.1.1. Die Feldgrößen.- 13.1.2. Die Entelektrisierung.- 13.2. Atomare Ursachen der Polarisation.- 13.2.1. Die permanente Polarisation.- 13.2.2. Die Verschiebungspolarisation.- 13.2.3. Die Orientierungspolarisation.- 13.2.4. Polarisierbarkeit und Dielektrizitätszahl.- 13.3. Ferroelektrische Erscheinungen.- 13.3.1. Ferroelektrische Dielektrika.- 13.3.2. Die Sättigungspolarisation.- 13.3.3. Ferroelektrizität und Temperatur..- 13.3.4. Ferroelektrische Hysteresis und Domänen.- 13.3.5. Antiferroelektrische Kristalle.- 13.4. Die Piezoelektrizität.- 13.4.1. Piezoelektrizität und Druckspannung.- 13.4.2. Atomare Ursache der Piezoelektrizität.- 13.4.3. Ferroelektrische Keramiken.- 13.4.4. Der inverse piezoelektrische Effekt.- 13.4.5. Wirkungsgrad und Anwendungen des piezoelektrischen Effektes.- 14. Atomphysikalische Grundlagen.- 14.1. Anzahl, Masse und Raumbeanspruchung der Atome.- 14.2. Ergebnisse der klassischen Wärmetheorie.- 14.3. Das Maxwell-Boltzmannsche Verteilungsgesetz.- 14.4. Wellen und Teilchen.- 14.4.1. Energiequanten.- 14.4.2. Energie und Impuls von Teilchen und Strahlungsquanten.- 14.4.3. Der Dualismus Welle-Teilchen.- 14.5. Das Bohrsche Atommodell.- 14.5.1. Die Bestandteile des Atoms.- 14.5.1.1. Der Atomkern.- 14.5.1.2. Die Atomhülle.- 14.5.2. Die Bohrschen Postulate.- 14.5.3. Das Wasserstoffatom.- 14.5.3.1. Der Atomradius.- 14.5.3.2. Die Energie des kreisenden Elektrons.- 14.5.3.3. Anregung und Serienformeln.- 14.5.3.4. Ionisierung.- 14.5.4. Die weiteren Quantenzahlen.- 14.5.4.1. Die Hauptquantenzahl n.- 14.5.4.2. Die Nebenquantenzahl l.- 14.5.4.3. Die magnetische Quantenzahl m.- 14.5.4.4. Die Spinquantenzahl s.- 14.5.5. Der Aufbau der größeren Atome.- 14.5.5.1. Das Pauli-Prinzip.- 14.5.5.2. Schalenbau und Periodensystem.- 14.6. Das Orbitalmodell.- 14.6.1. Die Weiterführung der Quantentheorie.- 14.6.2. Die physikalische Bedeutung der Wellenfunktion.- 14.6.3. Beispiele für Orbitalmodelle.- Anhang: Tabelle 11. Eigenschaften fester Körper.- Tabelle 12. Eigenschaften von Halbleitern.- Literatur- und Quellenverzeichnis.- Bildquellenverzeichnis.- Sachwortverzeichnis..