Tabelle: Kristalle - Übesicht und Klassifikation

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1 Tabelle: Kristalle - Übesicht und Klassifikation Kristall- / Bindungstypen A-A Beispiele A-B Wechselwirkung (attraktive Terme) attraktives Potential E bin (ev) R 0 (Å) T schm (K) 1) Edelgaskristall, Molekülkristall Van-der-Waals-Kristall Ar, Ne (Edelgase) CH 4 Diplo-Dipol-WW (induzierte Dipole) ~ 1/r Ne: 3.13 Xe: 4.35 Ne: 24 Xe: 161 2) Wasserstoffbrücken Eis: H 2 O Diplo-Dipol-WW (permanente Dipole) ~ 1/r ) Ionenkristall Salze: NaCl Coulomb-WW (direkte Terme dominieren): vollständiger e Transfer von A zu B ~ 1/r 5-10 NaCl: 5.62 NaCl: ) Valenzkristall Kovalente Bingung homöopolar: Si Diamant Graphen heteropolar: SiGe GaAs Coulomb-WW (direkte + Austauschterme): partieller e Transfer; (A und A bzw. A und B teilen sich die Valenzelektronen) ~ 1/r 5-10 Si: 5.43 GaAs: 5.65 GaAs: ) Metallische Bindung Na, Li (Alkali-) W Legierungen CuSn (Bronze)... Coulomb-WW (direkte + Austauschterme): vollständige e-delokalisierung Valenzelekronen bilden Wolke abgeschirmtes Coulomb- Potential (Jellium-Modell) 1-2 W: 10 W: 3.16 Na: 371 CuSn: W: 3695

2 Konturlinien der Elektronendichteverteilung in NaCl Abbildungen: S. Hunklinger, Festkörperphysik, Oldenbourg Verlag

3 Dichteverteilung der Valenzelektronen in Germanium Abbildungen: S. Hunklinger, Festkörperphysik, Oldenbourg Verlag

4 kovalente Bindung: symmetrische / antisymmetrische Wellenfunktionen im H 2 -Molekül Abbildungen: S. Hunklinger, Festkörperphysik, Oldenbourg Verlag

5 Hybridisierung sp 2 : s + p y sp 3 Abbildungen: S. Hunklinger, Festkörperphysik, Oldenbourg Verlag

6 Kohlenstoff-Isomere (Isomere: chemische Verbindungen mit gleicher Summenformel und Molekülmasse) 2005: graphene Tabelle: R. Saito, G. Dresselhaus, M. Dresselhaus, Physical Properties of Carbon Nanotubes, 1998

7 Kohlenstoff-Isomere Graphit (a) und C 60 -Molekül (b) Abbildungen: S. Hunklinger, Festkörperphysik, Oldenbourg Verlag

8 Kristallsysteme (7) Abbildungen: S. Hunklinger, Festkörperphysik, Oldenbourg Verlag

9 primitive Bravais-Gitter (6) ununterscheidbar Abbildungen: S. Hunklinger, Festkörperphysik, Oldenbourg Verlag

10 weitere Bravais-Gitter durch Hinzunahme von weiteren Gitterpunkten Abbildungen: S. Hunklinger, Festkörperphysik, Oldenbourg Verlag

11 Beispiel für kubische Einheitszellen sc bcc fcc Quelle:

12 Ergebnis: alle Bravais-Gitter (14) Abbildungen: S. Hunklinger, Festkörperphysik, Oldenbourg Verlag

13 Beispiele: Diamant- und Zinkblendestruktur Diamantstruktur: C, Si, Ge As C Ga C Zinkblendestruktur (ZnS): GaAs, InP S. Hunklinger, Festkörperphysik, Oldenbourg Verlag

14 reale Kristalle: Kristalldefekte Volumendefekte: Stufenversetzungen, Schraubenversetzungen... S. Hunklinger, Festkörperphysik, Oldenbourg Verlag

15 reale Kristalle: Kristalldefekte Liniendefekte: Korngrenzen... S. Hunklinger, Festkörperphysik, Oldenbourg Verlag

16 reale Kristalle: Kristalldefekte Punktdefekte, Fehlstellen, Fremdatome... S. Hunklinger, Festkörperphysik, Oldenbourg Verlag

17 Punktdefekte

18 Punktdefekte berühmter Repräsentant: NV (nitrogen-vacancy) center in diamond: solid-state artificial atom

19 Direkte Abbildungsmethoden: TEM transmission electron microscopy Beschleunigungsspannungen: kv Auflösungsgrenze: ~ 0.05 nm

20 Direkte Abbildungsmethoden: TEM transmission electron microscopy University of Sheffield Walter-Schottky-Institut, TUM München

21 Direkte Abbildungsmethoden: TEM transmission electron microscopy Yan, Chuanmiao et al Synthesis of Aqueous CdTe/CdS/ZnS Core/shell/shell Quantum Dots by a Chemical Aerosol Flow Method Nanoscale Research Letters Vol. 5 Issue 1 (2010)

22 Direkte Abbildungsmethoden: TEM transmission electron microscopy graphene_hole.mov Graphene at the Edge: Stability and Dynamics, Ç. Ö. Girit et al, Science 323, 5922, (2009) Courtesy Zettl Research Group, Lawrence Berkeley National Laboratory and University of California at Berkeley.

23 Rastertunnelmikroskop (Scanning Tunneling Microscope, STM) Prinzip: Gerd Binnig und Heinrich Rohrer (Nobelpreis 1986) Zwischen der STM-Spitze und der Probe liegt eine Spannung U T an, sodass ein Tunnelstrom I T fließt. I ist abhängig vom Abstand s zwischen Probenoberflche und STM-Spitze und soll während der Messung konstant bleiben (I). Trifft die Spitze während des Scans auf eine Oberflächenerhebung, wird s kleiner und I T nimmt zu (II). Ein Regelkreis R gibt daraufhin eine Piezospannung U P aus, die den Piezo, an dem die STM-Spitze befestigt ist, soweit von der Probenoberfläche zurückzieht, bis der Tunnelstrom wieder seinen Sollwert erreicht hat (III). Die Piezospannung ist ein Maß für die Höhe der Unebenheit der Oberfläche. NanoMat, KIT-Karlsruher Institut für Technologie

24 Direkte Abbildungsmethoden: STM scanning tunneling microscopy graphite Si (111) Au (111) herringbone (Fischgrätenmuster) Swiss Nanoscience Institute SNI, Uni Basel carbon nanotube NIST

25 Direkte Abbildungsmethoden: AFM atomic force microscopy Prinzip: graphite image:

26 Elektronen im idealen Kristall: e-

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