Physik 4: Skalen und Strukturen
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- Paul Salzmann
- vor 6 Jahren
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Transkript
1 Physik 4: Skalen und Strukturen Kapitel : Festkörperphysik.1 Aggregatszustände. Kristallstrukturen.3 Chemische Bindung.4 Gitterschwingungen.5 Elektronen im Festkörper
2 Phasendiagramm von CO Klassisches Diagramm! Logarithmische Achse! Tripelpunkt: fest, flüssig, gasförmig gleichzeitig Kritischer Punkt: Keine Flüssigkeit mehr
3 Phasendiagramm von CO Phasendiagramm ist drei-dimensional! Druck-Volumen-Temperatur Kritischer Punkt Tripelpunkt wird zur Tripellinie (p=const)
4 Verschiedene Phasen des Kohlenstoffs Graphit Diamant
5 Kohlenstoffnanoröhrchen & Fullerene Kohlenstoff ist chemisch und physikalisch vielseitig! Nanoröhrchen C-60 Fulleren
6 Schwefel: mehrere Phasen α β Phasen haben unterschiedliche Physikalische Eigenschaften (Viskosität, Farbe )
7 N-zählige Symmetrie 1-zählig 18-zählig
8 kompliziertere Symmetrien
9 5-fach Symmetrie 5-fache Symmetrien kann Boden prinzipiell nicht restlos mit identischen Parkettsteinen bedecken Penrose: Symmeetriebild wiederholt sich jedoch hierarchisch!
10 Gitterformen Triklin: a b c α β γ Monoklin: a b c α=γ=90 β Rombisch: a b c α=γ=β= 90
11 Bravais Gitter triklin monoklin rhombisch hexagonal tetragonal trigonal kubisch Flächenzentriert raumzentriert basiszentriert primitv
12 Beispiele für Kristallformen triklin monoklin rombisch hexagonal trigonal kubisch
13 Kristallstruktur von Steinsalz (NaCl)
14 Miller sche Indices
15 Dichteste Kugelpackung kubisch dichteste Kugelpackung hexagonal dichteste Kugelpackung ccp hcp
16 . hexagonal dichteste Packung erste Ebene zweite Ebene Beginn dritte Ebene Zwei Varianten der dritten Ebene: Passungsfehler. ABABAB... ABCABC. (fcc) (hcp)
17 NaCl -Struktur kubisch flächenzentriert ( fcc ) CL - Na + primitive Elementarzelle
18 Caesium-Chlorid kubisch raumzentriert ( bcc ) Cs + Cl -
19 Diamant-Struktur
20 Graphit-Struktur gegeneinander leicht verschiebbare Ebenen (Schmierung!, Bleistift!) elektrisch leitfähig
21 .weitere Kohlenstoffbindungen a) Diamant b) Graphit d-f) Fullerene (C60,C540,C70) g) amorpher C h) Nanoröhrchen
22 Gitter-Fehlstellen
23 Schottky-Fehlstelle Schottky-Fehlstellen
24 Gitterversetzungen kommen in der Natur nicht sehr häufig vor
25 Bragg-Streuung (monochromatisch)
26 Verdeutlichung der Bragg-Streuung
27 Laue Beugung Myoglobin-Einkristall
28 Röntgenbeugung Kupfer / Gold (Laue)
29 Röntgenbeugung Gelbgold (Laue) Kupfer-Gold-Legierung
30 Brillouin Zone / Wigner-Seitz-Zelle
31 Brillouin Zone / Wigner-Seitz-Zelle -dimensional 3-dimensional
32 Kovalente Molekülbindungen Ladungsdichteverteilungen: CH 4 NH 3 H O H Rot: negativer Ladungsüberschuss Blau: positiver Ladungsüberschuss
33 Kovalente Bindung H und H +
34 Kovalente Bindung H O Elektronendichte
35 NaCl Molekül
36 Ionenbindung am Beispiel von NaCl NaCl (Elektronendichte hat wenig Überlapp!)
37 Lennard-Jones Potenzial
38 Übergänge zwischen Verbindungen
39 Valenzbindung Nichtmetalle haben 4 oder mehr Außenelektronen: Typisch: Hart, zerbrechlich, transparent, gute Isolatoren
40 Ionische Bindung Bindung zwischen Metallen (1-3 VE) und Nichtmetallen (5-7 VE): Typisch: Hart (Atome verutschen nicht) Gute Isolatoren(keine freie Elektronen, falls nichtgelöst) transparent (Elektronen bewegen sichnicht, kaum WW mitlicht) Zerbrechlich und hoher Schmelzpunkt, da Bindung stark
41 Metallische Bindung (Aluminium) Metalle haben nur 1-3 Außenelektronen: Al 3+ Die drei Valenzelektronen tragen zur Elektronenwolke bei Typisch: elektrische/thermisch leitfähig, wegen freier Elektronen undurchsichtig
42 Wasserstoffbrückenbindung
43 Van der Waals Kraft
44 Gitterschwingungen Gitterschwingung akustisches Phonon
45 Dispersionsrelationen ein-atomig zwei-atomig
46 Dispersionsrelationen longitudinal optisch transversal optisch longitudinal akustisch transversal akustisch
47 Berechnete Dispersionsrelation: kann kompliziert sein
48 Raman-Verschiebung 4 f (, λ, N = pv ) RT σ Schwacher Effekt! Wähle kurze Wellenlänge!
49 Raman-Signal Bunsenbrenner
50 Drei-Achsenspektrometer
51 Drei-Achsenspektrometer
52 Bandlücken Linker Ast: Richtung Rechter Ast: Richtung abhängig vom chemischen Aufbau und von Kristallrichtung
53 Bändermodell Beispiel Leiter (Magnesium)
54 Bändermodell genauer
55 Fermi-Dirac Verteilung
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