Grundriß der Festkörperphysik

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1 Grundriß der Festkörperphysik von Studiendirektor HELMUT LINDNER Mittweida \ Mit 227 Bildern und 12 Tabellen VEB FACHBUCHVERLAG LEIPZIG

2 / 1. Kristalle und Kristallgitter Kristallsysteme _ Das Gesetz der rationalen Indizes , Das Kristallgitter Die primitive Elementarzelle, Die BRAVAis-Gitter...' ' WiGNER-SEiTZ-Zellen ' Netzebenen.!.< '.' Praktisch wichtige Gittertypen Die Ermittlung der Kristallstruktur Die Beugung von Röntgenstrahlen am Kristallgitter Die BRAGGsche Bedingung Experimentelle Verfahren der Röntgenbeugung Die Beugung von Neutronen am Kristallgitter Das reziproke Gitter., Der Wellenzahlvektor Reziproke Vektoren " Der reziproke Gittervektor Reziproke Gitter BRILLOÜIN-Zonen Die Bindungskräfte im Festkörper > Die Bindungsenergie, ' Bindungsarten Die Kristalle der Edelgase Die Ionenkristalle Kristalle mit Atombindung Die Kristalle der Metalle.*...-.,.. : Gitterfehler, Kristallite und Korngrenzen '......^ Arten der Gitterfehler x.\, Einzelne Fehlstellen.'v-, \... "

3 Inhaltsverzeichnis Absorption und Streuung von Licht Stöße zwischen Photonen und Phononen Die BRiLLOUiN-Streuung Streuung von Neutronen an Phononen Thermische Eigenschaften der Festkörper , Die spezifische Wärmekapazität Charakteristische und DEBYE-Temperatur Die Wärmeleitung im Festkörper Streuprpzesse zwischen Phononen..., Die Wärmeleitfähigkeit Die Metalle als Stromleiter Die klassische Elektronentheorie Die Dichte des Elektronengases Die mittlere thermische Geschwindigkeit der Elektronen Driftgeschwindigkeit und OHMsches Gesetz Die JouLESche Wärme Das WiEDE*MANN-FRANZsche Gesetz Das Versagen der klassischen Elektronentheorie Quantenmechanische Betrachtung des Elektronengases Der fc-raum des freien Elektronengases FERMi-Kugel und Grenzenergie FERMi-Geschwindigkeit und Temperatur Der elektrische Widerstand der Metalle Allgemeines Verhalten Die MATTHlESSENsche Regel Das FERMische Verteilungsgesetz FERMi-Verteilung und Temperatur Die Gasentartung i Die spezifische Wärmekapazität des Elektronengases FERMi-Flächen in Metallen FERMi-Kugeln im reziproken Gitter Der DE-HAAS-vAN-ALPHEN-Effekt Das Bändermodell Die Entstehung von Energiebändern Anordnungen von Energiebändern Die Struktur von Energiebändern Energieverteilung freier Elektronen Die Entstehung von Energielücken Energielücken und BRiLLOUiN-Zonen Bandstruktur und effektive Masse Messung der Beweglichkeit und der effektiven Masse von Ladungsträgern Der HALL-Effekt Die Zyklotronresonanz 100

4 10 \ Inhaltsverzeichnis 9. < Halbleiter Reine (undotierte) Halbleiter ' Arten der Halbleiter ' Herstellung reinsten Materials Die Eigenleitung Die Entstehung der Eigenleitung Elektronen und Löcher. / Die Bandstruktur der Halbleiter Dotierte Halbleiter Entstehung der n-und p-leitung Das Bändermodell des dotierten Halbleiters Die Trägerdichte in Halbleitern.." Anwendung der FERMi-Statistik auf Halbleiter Zustands- und Intrinsicdichte Die Lage des FEEMi-Niveaus Das Massenwirkungsgesetz 114 '9.5. Die Trägerbeweglichkeiten / Die Messung der Driftbeweglichkeit Die pn-kombination Der stromlose pn-übergang Herstellungswege Vorgänge im pn-übergang Die Entstehung der Sperrschicht Der Potentialverlauf Das Bändermodell des pn-überganges Der pn-übergang bei Strojhfluß Polung in Flußrichtung Polung in Sperrichtung " Die Kennlinie des pn-überganges... -» Anwendungen Optische Eigenschaften der Festkörper Die Wirkung elektromagnetischer Strahlen Allgemeiner Überblick Durchlässigkeit und Brechung Die Absorption von y-und Röntgenstrahlen Die Absorption in Metallen Die Absorption in Halbleitern und lonenkristallen Absorptionskanten < Absorption und Elektronendichte ; Direkte und indirekte Übergänge Weitere Wirkungen der Strahlenabsorption Die Fotoleitfähigkeit Fotodioden..., Fotoelemente Lumineszenz Die STOKEssche Regel 133

5 Inhalts verze ichnis Arten der Lumineszenz in Festkörpern. ' Injektionslichtquellen (Leuchtdioden) Leuchtkondensatoren Exzitonen Die Supraleitung Supraleiter I. Art Sprungtemperatur und Dauerstrom Magnetfeld und Supraleitung Elektronentheoretische Deutung det Supraleitung Erste Anhaltspunkte, CooPEK-Paare Die Energielücke Die Messung der Energielüeke...' Der Suprastrom als Quantenerscheinung Das Flußquant Messung des Flußquants... *-'...'..... * Der JosEPHSON-Effekt Der JosEPHSON-Gleichstrom Der JosEPHSON-Wechselstrom Supraleiter IL Art Kritische Größen Flußschläuche Harte Supraleiter Magnetische Eigenschaften der Festkörper Magnetische Grundeigenschaften und Grundgrößen Grundgrößen des magnetischen Feldes Allgemeines Verhalten der Stoffe im Magnetfeld Der,atomare Ursprung des Magnetismus Das magnetische Bahn-und Spinmoment Dia-und paramagnetische Festkörper Der Paramagnetismus der Metalle Struktureller Magnetismus Spinstrukturen Spinstruktur und Atombau -',...,-. >,-,' Die Austauschenergie Der Ferromagnetismus Die Magnetisierungskurve Ferromagnetismus und Temperatur Domäneri Die BLOCH-Wände und ihre Verschiebung Der Antiferromagnetismus Der Ferrimagnetismus Allgemeine Eigenschaften ferrimagnetischer Stoffe

6 12 Inhaltsverzeichnis Zylinderdomänen in dünnen Schichten ; Bewegung und Detektion von Zylinderdomänen Die dielektrischen Eigenschaften der Festkörper Das elektrische Feld im Festkörper Die Feldgrößen...".' Die Entelektrisierung.... '...., Atomare Ursachen der Polarisation Die permanente Polarisation Die Verschiebungspolarisation Die Orientierungspolarisation ' Polarisierbarkeit und Dielektrizitätszahl..... " Ferroelektrische Erscheinungen ; Ferroelektrische Dielektrika Die Sättigungspolarisation Ferroelektrizität und Temperatur Ferroelektrische Hysteresis und Domänen Antiferroelektrische Kristalle. ' Die Piezoelektrizität. ' Piezoelektrizität und Druckspannung Atomare Ursache der Piezoelektrizität Ferroelektrische Keramiken Der inverse piezoelektrische Effekt Wirkungsgrad und Anwendungen des piezoelektrischen Effektes Atomphysikalische Grundlagen Anzahl, Masse und Raumbeanspruchung der Atome Ergebnisse der klassischen Wärmetheorie..... ' Das MAxwELL-BoLTZMANNsche Verteilungsgesetz Wellen und Teilchen Energiequanten Energie und Impuls von Teilchen und Strahlungsquanten Der Dualismus Welle-Teilchen Das BoHRsche Atommodell Die Bestandteile des Atoms Der Atomkern Die Atomhülle Die BoHRschen Postulate Das Wasserstoffatom Der Atomradius Die Energie des kreisenden Elektrons Anregung und Serienformeln Ionisierung Die weiteren Quantenzahlen Die Hauptquantenzahl n Die Nebenquantenzahl l Die magnetische Quantenzahl m 191

7 Inhaltsverzeichnis Die Spinquantenzahl s Der Aufbau der größeren Atome Das PAULi-Prinzip Schalenbau und Periodensystem Das Orbitalmodell Die Weiterführung der Quantentheorie Die physikalische Bedeutung der Wellenfunktion Beispiele für Orbitalmodelle 194 Anhang: Tabelle 11. Eigenschaften fester Körper.196 Tabelle 12. Eigenschaften von Halbleitern..' 202 Literatur- und Quellenverzeichnis. 203 Bildquellenverzeichnis 204 Sachwortverzeichnis 205