Festkörperspektroskopie

1. Einleitung.- 2. Grundlagen der Festkörperphysik.- 2.1 Kristalline Festkörper.- 2.2 Quantenmechanik freier Elektronen.- 2.3 Elektronen im periodischen Potential.- 2.4 Halbleiter.- 2.4.1 Elektronen und Löcher.- 2.4.2 Der pn-Übergang.- 2.5 Tight-Binding und LCAO-Wellenfunktionen.- 2.6 Der metallische Zustand.- 2.6.1 Freie-Elektronen-Metalle.- 2.6.2 Fermi-Oberflächen.- 2.7 Phononen.- Übungsaufgaben.- 3. Elektromagnetische Strahlung.- Übungsaufgabe.- 4. Strahlenquellen in sichtbaren und unmittelbar angrenzenden Spektralbereichen.- 4.1 Klassische Lichtquellen.- 4.2 Form und Breite von Spektrallinien.- 4.3 Laser als Strahlungsquellen.- 4.3.1 Erzeugung und Eigenschaften von Laserstrahlung.- 4.3.2 Gepulste Laser.- 4.3.3 Durchstimmbare Laser.- Übungsaufgaben.- 5. Lichtdetektoren.- 5.1 Photographische Filme.- 5.2 Photomultiplier.- 5.3 Photoelektrische Detektoren.- 5.3.1 Grundlagen der photoelektrischen Detektoren.- 5.3.2 Photoleitungsdetektoren.- 5.3.3 Photodioden.- Übungsaufgaben.- 6. Spektrale Zerlegung des Lichtes.- 6.1 Optische Filter.- 6.2 Monochromatoren und Spektrometer.- 6.2.1 Kenngrößen von Monochromatoren.- 6.2.2 Prismenmonochromator.- 6.2.3 Gittermonochromator.- 6.3 Interferometer.- 6.3.1 Vielstrahlinterferenz an einer planparallelen Platte.- 6.3.2 Das Fabry-Perot-Interferometer.- Übungsaufgaben.- 7. Die dielektrische Funktion.- 7.1 Optische Konstanten und die Kramers-Kronig-Relation.- 7.2 Die Kramers-Heisenberg dielektrische Funktion.- 7.3 Die dielektrische Funktion von Festkörpern mit freien Ladungsträgern.- 7.3.1 Dielektrische Funktion des freien Elektronengases.- 7.3.2 Einfluß des Wellenvektors und dielektrische Funktionen komplexer Systeme.- 7.4 Experimentelle Bestimmung der dielektrischen Funktion (Ellipsometrie).- Übungsaufgaben.- 8. Spektroskopie in sichtbaren und unmittelbar angrenzenden Spektralbereichen.- 8.1 Optische Absorption.- 8.1.1 Elektronische Übergangswahrscheinlichkeit.- 8.1.2 Band-Band Absorption.- 8.1.3 Absorption aus Störstellen.- 8.2 Lumineszenz.- 8.2.1 Lumineszenz in Halbleitern.- 8.2.2 Lumineszenz aus Punktdefekten in Isolatoren.- Übungsaufgaben.- 9. Symmetrieeigenschaften und Auswahlregeln in Kristallen.- 9.1 Symmetrie von Molekülen und Kristallen.- 9.2 Darstellung von Gruppen.- 9.3 Klassifizierung von Schwingungen.- 9.4 Unendlich ausgedehnte periodische Punktanordnungen und Raumgruppen.- 9.5 Quantenmechanische Auswahlregeln.- Übungsaufgaben.- 10. Lichtstreuung.- 10.1 Experimenteller Aufbau von Streulichtexperimenten.- 10.2 Raman-Spektroskopie.- 10.2.1 Grundlagen der Raman-Streuung.- 10.2.2 Klassische Berechnung der Streuintensität und Raman-Tensor.- 10.2.3 Longitudinale und transversale optische Moden und Polaritonen.- 10.2.4 Quantenmechanische Theorie der Raman-Streuung.- 10.2.5 Temperaturabhängigkeit der Raman-Streuung.- 10.2.6 Raman-Streuung an ungeordneten Systemen.- 10.2.7 Resonanz-Raman-Streuung und elektronische Raman-Streuung.- 10.3 Brillouin-Streuung und Rayleigh-Streuung.- 10.3.1 Grundlagen der Brillouin-Streuung.- 10.3.2 Experimentelle Ergebnisse der Brillouin-Streuung.- Übungsaufgaben.- 11. Infrarotspektroskopie.- 11.1 Strahlenquellen, optische Komponenten und Detektoren im Infrarot.- 11.2 Dispersive Infrarotspektroskopie.- 11.3 Fourier-Spektroskopie.- 11.4 Beispiele aus der Festkörperphysik.- 11.4.1 Untersuchungen an Molekülen und an vielkristallinen Materialien.- 11.4.2 Infrarotabsorption und Reflexion an Kristallen.- 11.4.3 Abgeschwächte Totalreflexion.- 11.4.4 Untersuchungen an Halbleitern.- 11.4.5 Eigenschaften von Metallen im IR.- Übungsaufgaben.- 12. Spinresonanzspektroskopie.- 12.1 Magnetische Momente von Atomen und Kernen in Kristallen.- 12.2 Kinematische Beschreibung der Spinresonanz.- 12.2.1 Resonanzabsorption.- 12.2.2 Induktion in eine Sensorspule.- 12.3 Lösungen der Bloch-Gleichungen für die Resonanzabsorption.- 12.4 Elektronenspinresonanz.- 12.5 Kernspinresonanz.- 12.6 Kernquadrupolresonanz.- 12.7 Doppelresonanzexperimente: Dynamische Kernpolarisation (DNP) und Elektron-Kernspin Doppelresonanz (ENDOR).- 12.7.1 Dynamische Kernpolarisation.- 12.7.2 Elektron-Kernspin Doppelresonanz (ENDOR).- Übungsaufgaben.- 13. Ultraviolett— und Röntgenspektroskopie.- 13.1 Röntgen-Strahlung.- 13.2 Synchrotronstrahlung.- 13.3 Spektrometer und Detektoren.- 13.4 Photoelektronenspektroskopie (XPS, UPS, ESCA, AUGER).- 13.5 Feinstruktur-Röntgen-Strahlabsorption (EXAFS).- übungsaufgabe.- 14. Spektroskopie mit ?-Strahlen.- 14.1 Mössbauer-Spektroskopie.- 14.1.1 Grundlagen der Mössbauer-Spektroskopie.- 14.1.2 Strahlenquellen und Detektoren.- 14.1.3 Ergebnisse der Mössbauer-Spektroskopie.- 14.2 Gestörte Winkelkorrelation.- 14.2.1 Grundlagen der gestörten Winkelkorrelation.- 14.2.2 Ergebnisse von Untersuchungen mit gestörter Winkelkorrelation.- Übungsaufgabe.- 15. Spektroskopie mit geladenen Teilchen.- 15.1 Elektronen-Energieverlustspektroskopie.- 15.1.1 Elektronen-Energieverlust in Festkörpern.- 15.1.2 Elektronen-Energieverlustspektrometer.- 15.1.3 Experimentelle Ergebnisse.- 15.2 Spektroskopie mit Positronenvernichtung.- 15.2.1 Positronen im Festkörper.- 15.2.2 Positronenquellen und Spektrometer.- 15.2.3 Experimentelle Ergebnisse der Spektroskopie mit Positronenvernichtung.- 15.3 ?-Meson Spektroskopie.- 15.3.1 ?-Mesonen und ?-Meson-Spin-Rotation.- 15.3.2 Einfluß interner Felder.- 15.3.3 Experimentelle Ergebnisse.- 15.4 Tunnelspektroskopie.- 15.4.1 Der Tunneleffekt im Festkörper.- 15.4.2 Die Tunneldiode.- 15.4.3 Spektroskopie der Zustandsdichte im supraleitenden Zustand.- Übungsaufgaben.- 16. Neutronenstreuung.- 16.1 Elastische Neutronenstreuung.- 16.2 Inelastische Neutronenstreuung.- Literatur.