0. Historische Entwicklung der Festkörperphysik

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1 0. Historische Entwicklung der Festkörperphysik Materialnutzung Werkzeuge Schmuck Gebrauchsgegenstände Stein-, Bronze- und Eisenzeit [ Ur-und Frühgeschichte FSU ] 1

2 16./17. Jahrhundert Minerale, Metalle, Gläser Systematische Sammlung Zusammenhang Struktur und Elemente Korpuskulare oder atomare Struktur Magnetismus Elastizität Doppelbrechung 2

3 Johannes Keppler ( ) Kristallsymmetrie Idee vom Gitteraufbau Dicht gepackte Kugeln Periodische Anordnungen Schneeflocken [ Wikipedia ] 3

4 18. / 19. Jahrhundert Kontinuumsmodelle Entwicklung der Vorstellung von der Gitterstruktur der Kristalle: - geometrische Kristallografie - Rationalitätsgesetze - Periodizität und atomare Gitterstruktur - Kristallklassen - Raumgruppen 4

5 Auguste Bravais ( ) Studium Paris 1837 Promotion Lyon 1841 Prof. Lyon 1845 Prof. an der École polytechnique Paris 1849/50 im 3-D-Raum nur 14 unabhängige (Bravais)Gitter 5

6 Leonhard Sohncke ( ) Gruppentheoretische Behandlung: Erweiterte 1879 die 14 auf 65 Raumgruppen Karlsruhe Prof. in Jena (1.Direktor des Phys. Inst.) Polarisation, Doppelbrechung Meterologie München 6

7 Arthur Moritz Schoenflies ( ) Promo (Mathe) 1877 Berlin Habil 1884 Göttingen Prof in Göttingen, Königsberg, Frankfurt 1889 Über Gruppen von Transformationen des Raumes in sich (227) Raumgruppen [www-history.mcs.st-andrews.ac.uk ] 7

8 Jewgraf Stepanowitsch Fjodorow ( ) Kristallograph, Mineraloge und Mathematiker St. Petersburg 1890/ bzw. 229 Regelmäßige Systeme Raumgruppen [ Wikipedia ] 8

9 Auf dem Weg zur Modernen Festkörperphysik Röntgenstrukturanalyse Elektronenbeugung Zwischenatomare Bindung Erklärung der Eigenschaften (Wärmekapazität, elektrische Leitung in Metallen und Halbleitern, Magnetismus in Festkörpern) 9

10 Wilhelm Conrad Röntgen ( ) Entdeckung der X-Strahlen (Röntgenstrahlen) 1901 Nobelpreis (das Preisgeld stiftete er der Uni Würzburg) verfasste bewusst keine Patente, um die Entdeckung allen zugänglich zu machen 10

11 Max von Laue ( ) Im Jahr 1912 entdeckte er zusammen mit Friedrich und Knipping die Beugung von Röntgenstrahlen an Kristallen. Damit waren sowohl der Wellencharakter der Röntgenstrahlung als auch die Gitterstruktur der Kristalle nachgewiesen. Für seine Arbeit erhielt von Laue 1914 den Nobelpreis für Physik. [nobelprize.org] 11

12 Sir William Henry Bragg ( ) William Lawrence Bragg ( ) 1915 Nobelpreis für Physik "für ihre Verdienste um die Erforschung der Kristallstrukturen mittels Röntgenstrahlen [nobelprize.org] 12

13 Niederländer Prof. in Zürich, Utrecht, Göttingen, Leipzig, Berlin 1936 Nobelpreis für Chemie Ab 1939 Cornell Uni Ithaca, NY Peter Debye ( ) [ nobelprize.org ] 13

14 Louis-Victor de Broglie ( ) 1929 Nobelpreis für Physik für seine Entdeckung der Wellennatur des Elektrons (Welle-Teilchen-Dualismus) in seiner Dissertation Recherches sur la theorie des Quanta und der daraus resultierenden Theorie der Materiewellen [Wikipedia] 14

15 [A. Hemmerich ] 15

16 Brillouin-Zone, Léon Nicolas Brillouin ( ) Brillouin-Streuung, WKB-Näherung [scienceworld.wolfram.com ] 16

17 Neutronenstreuung und -spektroskopie Nobelpreis 1994 Bertram N. Brockhouse ( ) Clifford G. Shull ( ) 17

18 Johannes Diderik van der Waals Lehrer, Schuldirektor dann Studium ohne Abi! Prof. Uni Amsterdam 1910 den Nobelpreis "für die Zustandsgleichung der Gase und Flüssigkeiten (Van-der-Waals-Gleichung) ( ) 18

19 1915 Dynamik der Kristallgitter Göttingen, Berlin Frankfurt Göttingen ( ) Exil in U.K. bis Nobelpreis für Max Born ( ) Kopenhagener Deutung 19

20 Georg Simon Ohm ( ) ab 1813 Lehrer Ab 1833 Prof. in Nürnberg später in München [Wikipedia] 20

21 Michael Faraday ( ) Elektromagnetismus Leitung von Elektrizität in Ionenkristallen [Wikipedia] 21

22 Philipp Lenard ( ) Atom- und Festkörperphysiker Uni Heidelberg (bei H. Quincke und R. Bunsen) 1889 Leuchtmechanismen der Lenard-Phosphore (angeregte Elektronen) ab 1891 Bonn (mit Heinrich Hertz) ab 1898 Uni Kiel: Lichtelektrischer Effekt, Kathodenstrahlen (1905 Nobelpreis!), Ionisierung von Luft durch UV (Lenard-Effekt) Uni Heidelberg (Radiologisches Institut) ab 1922 sogenannte Deutsche Physik (dazu Lehrbuch 1936) mit Johannes Stark (Nobelpreis 1919 für den Stark- Effekt) [Wikipedia] 22

23 Karl Baedecker ( ) Sohn des Herausgebers der Reiseführer F. Baedecker a.o. Prof. für Physik in Jena ! Die elektrischen Erscheinungen in metallischen Leitern Ab 1908 Metallschichten nach Reaktion mit Dämpfen, z.b. CuI ( Entdecker der Dotierung!) [Hartung] 23

24 H. Kamerlingh Onnes 1911 Supraleitung 24

25 Albert Einstein ( ) In Ulm geb Schweizer Staatsbürgerschaft 1921 Nobelpreis (Lichtelektrischer Effekt) Emigierte 1932 in die USA (Prof. in Princeton) [Wikipedia] 25

26 Robert Wichard Pohl ( ) Seit 1920 Uni Göttingen 1925 künstliche Alkalihalogenidkristalle 1931 Farbzentren 1938 Halbleiterverstärker 26

27 Paul Karl Ludwig Drude Leipzig, Giessen, Berlin [Wikipedia] 27

28 Hendrik Antoon Lorentz Elektron als Träger der Ladung Lorentzkraft Nobelpreis 1902 mit P. Zeeman Gemälde von Menso Kamerlingh Onnes [Wikipedia] 28

29 Sir Joseph John Thomson ( ) 1897 Entdeckung des Elektrons Nobelpreis 1906 [Wikipedia] 29

30 Mathematiker und Theoretischer Physiker Prof. in Clausthal, Aachen, München Schüler: Heisenberg, Pauli, Debye u.a. Sommerfeldkonstante Sommerfeld-Metall (freies Elektronengas) Arnold Sommerfeld ( ) [Wikipedia] 30

31 Wolfgang Pauli ( ) Studium in München bei A. Sommerfeld; Assistent bei M.Born Pauli-Prinzip 1925 Prof. in Hamburg, ETH, Ab 1935 USA (Princeton) Ph-Nobelpreis 1945 [ nobelprize.org ] 31

32 Satyendranath Bose Bengalisch: স তন থবস, Satyendranāth Basu ( ) Indischer Physiker Bose-Einstein-Statistik Bose-Einstein-Kondensat Bosonen (Bezeichnung nach Paul Dirac) [ ] 32

33 Enrico Fermi ( ) Fermionen Fermi-Dirac-Statistik Fermiflächen u.a Nobelpreis Physik (Neutronenbeschuss etc.) Ab 1938 USA Manhattan-Projekt... [ nobelprize.org ] 33

34 Paul A.M. Dirac ( ) 1925 Poissonklammern 1926 Transformationstheorie 1928 Dirac-Gl. Begriff Boson Fermi-Dirac-Statistik Magnetischer Monopol 1933 Nobelpreis [ nobelprize.org ] 34

35 Anwendung der Quantenmechanik in der Festkörperphysik ab 1928 Schrödinger-Gleichung Eindimensionales periodisches Potential Austausch-Wechselwirkung bei kovalenter Bindung Theorien für Ferro-, Dia- und Antiferromagnetismus Innerhalb von ca. 5 Jahren entstand Moderne Festkörperphysik (erst seit Mitte der 50er Jahre so bezeichnet) 35

36 Erwin Schrödinger 1920 in Jena! 1933 Nobelpreis (zusammen mit P. Dirac) [ ] 36

37 Studium bei A. Sommerfeld Assistent bei M. Born 1927 Prof. Leipzig 1932 Nobelpreis (Wasserstoffspektrum) Unschärferelation KWI Berlin Uranprojekt ab 1946 MPI Göttingen und München Werner Heisenberg ( ) [ Wikipedia ] 37

38 Felix Bloch ( ) Studium ETH Leipzig (Heisenberg) Bandstruktur (Bloch-Theorem) 1929 Assistent Pauli (ETH) Stanford Manhattan project Ferromagnetismus (B.-Wand) 1952 Nobelpreis (NMR) [nobelprize.org ] 38

39 Lew Landau ( ) 1929 Forschungsstudium bei Heisenberg, Pauli, Ehrenfest, Born 1932 PTI Kharkov 1937 PI Moskau (Kapitza) 1938 interniert (Stalin) 1962 Nobelpreis (Festkörpertheorie, Flüssighelium) Landau-Niveaus Superfluidität [nobelprize.org ] 39

40 William B. Shockley ( ) 1932 Abschluss Caltec 1936 Promo am MIT (Slater) Bell Telephone Labs 1947 Transistoreffekt 1955 Beckman Instruments 1956 Nobelpreis (Transistor) 1963 Prof. in Stanford 1963 Dysgetics (IQ<100) [ Wikipedia ] 40

41 John Bardeen ( ) 1938 Promo bei Wigner Privatdozent WW II Navy Lab Washington Bell Labs 1947 Transistoreffekt 1956 und 1972 Nobelpreis! 1962 Leuchtdiode 1956 BCS-Theorie Illinois [ Wikipedia ] 41

42 1948 Erster Transistor Bell Labs 42

43 [ A. Carrington] 43

44 Leo Esaki Ivar Giaever Brian David Josephson [nobelprize.org ] 44

45 Gerd Binnig Heinrich Rohrer Nobelpreis 1986 für Rastertunnelmikroskop [nobelprize.org ] 45

46 [ A. Carrington ] 46

47 2003: A.A. Abrikosov, V. L. Ginzburg, A. J. Leggett 47

48 Physiknobelpreis 2007 Peter Grünberg & Albert Fert [nobelprize.org ] 48

49 Physiknobelpreis 2010 Andre Geim & Konstantin Novoselov [nobelprize.org ] 49

50 Chemie-Nobelpreis 2011 Dan Shechtman - Quasikristalle 50

51 Nobelpreis Physik 2014: Blaue LED Isamu Akasaki, Hiroshi Amano und Shuji Nakamura [Physik-Journal] 51