Springer-Lehrbuch. Festkörperphysik. Einführung in die Grundlagen. von Harald Ibach, Hans Lüth. Neuausgabe

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1 Springer-Lehrbuch Festkörperphysik Einführung in die Grundlagen von Harald Ibach, Hans Lüth Neuausgabe Festkörperphysik Ibach / Lüth schnell und portofrei erhältlich bei beck-shop.de DIE FACHBUCHHANDLUNG Thematische Gliederung: Halbleiter- und Supraleiterphysik Springer 2002 Verlag C.H. Beck im Internet: ISBN

2 Harald Ibach Hans Lüth Festkörperphysik Einführung in die Grundlagen Sechste Auflage mit 263 Abbildungen, 17 Tafeln und 100 Übungen 13

3 Professor Dr. Harald Ibach Institut für Schichten und Grenzflächen Forschungszentrum Jülich GmbH, Jülich und Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, Deutschland Professor Dr. Hans Lüth Institut für Schichten und Grenzflächen Forschungszentrum Jülich GmbH, Jülich und Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, Deutschland ISBN Auflage Springer-Verlag Berlin Heidelberg New York ISBN Auflage Springer-Verlag Berlin Heidelberg New York Die Deutsche Bibliothek - CIP-Einheitsaufnahme Ibach, Harald: Festkörperphysik : Einführung in die Grundlagen / Harald Ibach ; Hans Lüth Aufl. - Berlin;Heidelberg;NewYork;Barcelona;Hongkong;London;Mailand;Paris;Tokio:Springer,2002 (Springer-Lehrbuch) ISBN Dieses Werk ist urheberrechtlich geschützt. Die dadurch begründeten Rechte, insbesondere die der Übersetzung, des Nachdrucks, des Vortrags, der Entnahme von Abbildungen und Tabellen, der Funksendung, der Mikroverfilmung oder der Vervielfältigung auf anderen Wegen und der Speicherung in Datenverarbeitungsanlagen, bleiben, auch bei nur auszugsweiser Verwertung, vorbehalten. Eine Vervielfältigung dieses Werkes oder von Teilen dieses Werkes ist auch im Einzelfall nur in den Grenzen der gesetzlichen Bestimmungen des Urheberrechtsgesetzes der Bundesrepublik Deutschland vom 9. September 1965 in der jeweils geltenden Fassung zulässig. Sie ist grundsätzlich vergütungspflichtig. Zuwiderhandlungen unterliegen den Strafbestimmungen des Urheberrechtsgesetzes. Springer-Verlag Berlin Heidelberg New York ein Unternehmen der BertelsmannSpringer Science+Business Media GmbH Springer-Verlag Berlin Heidelberg 1981, 1988, 1990, 1995, 1999, 2002 PrintedinGermany Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen usw. in diesem Werk berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, daß solche Namen im Sinne der Warenzeichen- und Markenschutz-Gesetzgebung als frei zu betrachten wären und daher von jedermann benutzt werden dürften. Satz:K+VFotosatz,Beerfelden Einbandgestaltung: design & production GmbH, Heidelberg Gedruckt auf säurefreiem Papier SPIN: /3141/ba

4 Inhaltsverzeichnis 1. Die chemische Bindung in Festkörpern Das Periodensystem Kovalente Bindung Die Ionenbindung Metallische Bindung Die Wasserstoffbrückenbindung Die Van der Waals-Bindung Übungen Die Struktur von Festkörpern Translationsgitter Punktsymmetrien Die 32 Kristallklassen (Punktgruppen) Die Bedeutung der Symmetrie Einfache Kristallstrukturen Phasendiagramme von Legierungen Defekte in Festkörpern Übungen Die Beugung an periodischen Strukturen Die allgemeine Beugungstheorie Periodische Strukturen und reziprokes Gitter Die Streubedingung bei periodischen Strukturen Die Braggsche Deutung der Beugungsbedingung Die Brillouinschen Zonen Der Strukturfaktor Methoden der Strukturanalyse Übungen Tafel I: Beugungsexperimente mit verschiedenen Teilchen Tafel II: Röntgeninterferometer und Röntgentopographie Dynamik von Atomen in Kristallen Das Potential Die Bewegungsgleichungen Die lineare zweiatomige Kette Streuung an zeitlich veränderlichen Strukturen Phononenspektroskopie Elastisches Verhalten von Kristallen Übungen Tafel III: Raman-Spektroskopie...107

5 XII Inhaltsverzeichnis 5. Thermische Eigenschaften Die Zustandsdichte Thermische Energie eines harmonischen Oszillators Spezifische Wärme Anharmonische Effekte Thermische Ausdehnung Wärmeleitung durch Phononen Übungen Tafel IV: Experimente bei tiefen Temperaturen Freie Elektronen im Festkörper Das freie Elektronengas im Potentialkasten Das Fermi-Gas bei T=0K Fermi-Statistik Spezifische Wärme der Metallelektronen Elektrostatische Abschirmung in einem Fermi-Gas Mott-Übergang Glühemission aus Metallen Übungen Elektronische Bänder in Festkörpern Allgemeine Symmetrieeigenschaften Näherung des quasifreien Elektrons Näherung vom stark gebundenen Elektron her Beispiele von Bandstrukturen Zustandsdichten Zustandsdichte nichtkristalliner Festkörper Übungen Tafel V: Photoemissionsspektroskopie Magnetismus Dia- und Paramagnetismus Austauschwechselwirkung Austauschwechselwirkung zwischen freien Elektronen Das Bandmodell für den Ferromagnetismus Das Temperaturverhalten eines Ferromagneten im Bandmodell Ferromagnetische Kopplung bei lokalisierten Elektronen Antiferromagnetismus Spinwellen Übungen Tafel VI: Magnetostatische Spinwellen Tafel VII: Oberflächenmagnetismus Bewegung von Ladungsträgern und Transportphänomene Bewegung von Ladungsträgern in Bändern die effektive Masse Ströme in Bändern und Defektelektronen

6 Inhaltsverzeichnis XIII 9.3 Streuung von Elektronen in Bändern Boltzmann-Gleichung und Relaxationszeit Die elektrische Leitfähigkeit von Metallen Thermoelektrische Effekte Das Wiedemann-Franz-Gesetz Elektrische Leitfähigkeit durch lokalisierte Elektronen. 255 Übungen Tafel VIII: Quantenoszillationen und die Topologie von Fermi-Flächen Supraleitung Einige Grundphänomene der Supraleitung Phänomenologische Beschreibung durch London-Gleichungen Instabilität des Fermi-Sees und Cooper-Paare Der BCS-Grundzustand Das Anregungsspektrum des Supraleiters Konsequenzen der BCS-Theorie und Vergleich mit experimentellen Befunden Suprastrom und kritischer Strom Kohärenz des BCS-Grundzustandes und Meissner-Ochsenfeld-Effekt Quantisierung des magnetischen Flusses Supraleiter 2. Art Neuartige Hochtemperatur -Supraleiter Übungen Tafel IX: Einelektronen-Tunneln an Supraleitern Tafel X: Cooper-Paar-Tunneln Josephson-Effekte Dielektrische Eigenschaften der Materie Die dielektrische Funktion Absorption elektromagnetischer Strahlung Die dielektrische Funktion für harmonische Oszillatoren Longitudinale und transversale Eigenschwingungen Oberflächenwellen eines Dielektrikums Das Reflexionsvermögen des dielektrischen Halbraums Das lokale Feld Polarisationskatastrophe und Ferroelektrika Das freie Elektronengas Interband-Übergänge Exzitonen Dielektrische Energieverluste von Elektronen Übungen Tafel XI: Spektroskopie mit Photonen und Elektronen Tafel XII: Infrarot-Spektroskopie Tafel XIII: Die Methode der frustrierten Totalreflexion Halbleiter Daten einiger wichtiger Halbleiter...382

7 XIV Inhaltsverzeichnis 12.2 Ladungsträgerdichte im intrinsischen Halbleiter Dotierung von Halbleitern Ladungsträgerdichte in dotierten Halbleitern Leitfähigkeit von Halbleitern Der p-n-übergang und der Metall/Halbleiter-Schottky-Kontakt Halbleiterheterostrukturen und Übergitter Wichtige Halbleiterbauelemente Übungen Tafel XIV: Hall-Effekt Tafel XV: Zyklotron-Resonanz bei Halbleitern Tafel XVI: Shubnikov-de Haas-Oszillationen und Quanten-Hall-Effekt Tafel XVII: Halbleiterepitaxie Literaturverzeichnis Sachverzeichnis Periodensystem der Elemente (Vordere Einbandrückseite) Konstanten und Äquivalentwerte (Hintere Einbandrückseite)