Elektronen im Kristall

Rudolf Herrmann

ISBN 10: 3709185211 / ISBN 13: 9783709185216

Editore: Springer, Springer, 2012

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Druck auf Anfrage Neuware - Printed after ordering - Die schnelle Entwicklung, die die Festkorperphysik in den letzten Jahrzehnten genom men hat, ist vor allem auf die stark gestiegene und noch immer steigende Bedeutung ihrer Ergebnisse fUr wesentliche Bereiche der Technik zuriickzufUhren. So hat die Halbleiterphysik besonders die Entwicklung der Elektronik beeinfluBt, wahrend die Metallphysik vorwiegend der Technologie der Werkstoffe und damit der gesamten modernen Werkstofforschung Impulse gab. Aus der Technik heraus resultierten an dererseits immer wieder neue und interessante festkorperphysikalische Fragestellun gen, insbesondere auch zur Festkorpertheorie. Aus diesen Griinden sind die Grund lagen der Festkorperphysik zu einem festen Bestandteil in der Ausbildung unserer Physikstudenten geworden. Schon bald nach der allgemeinen Formulierung der Quantenmechanik legten A. SOMMERFELD und H. BETHE im Handbuch der Physik XXIVj2 (1928) eine erste ge schlossene Theorie des festen Korperl' vor. Inzwischen haben die auf der Einteilchen Naherung basierenden festkorpertheoretischen Modellvorstellungen eine gewisse Abrundung erfahren. Dabei hat sich herausgestellt, daB die Einteilchen-Konzeption trotz ihrer groben Naherungen viele Festkorpereigenschaften und -phanomene (vor aHem metallphysikalische) recht gut beschreibt. Infolge der Herstellung immer perfekterer Festkorper sowie der Vervollkommnung der experimentellen Technik und der damit verbundenen Realisierbarkeit extremer Bedingungen wie tiefer Temperaturen, starker Magnetfelder und hoher Drucke konnte die experimentelle Festkorperphysik in ihrer Entwicklung schnell voranschreiten. Von besonderer Bedeutung ist die Erzeugung tiefer Temperaturen, weil eine ganze Reihe von Erscheinungen, die fUr die KUi,rung elektronischer Eigenschaften von Fest korpern wesentlich sind, nur unter diesen Bedingungen beobachtet werden konnen.

Codice articolo 9783709185216

Dati bibliografici

• Titolo: Elektronen im Kristall
• Editore: Springer, Springer
• Data di pubblicazione: 2012
• Lingua: Tedesco
• ISBN 10: 3709185211
• ISBN 13: 9783709185216
• Rilegatura: Taschenbuch
• Condizione: Neu
• Dimensioni: 244 L x 170 A x 24 P (millimetri) 244 millimetri di larghezza per 170 millimetri di altezza per 24 millimetri di profondità
• Peso: 748 grammi

Descrizione articolo

Riassunto

Die schnelle Entwicklung, die die Festkorperphysik in den letzten Jahrzehnten genom­ men hat, ist vor allem auf die stark gestiegene und noch immer steigende Bedeutung ihrer Ergebnisse fUr wesentliche Bereiche der Technik zuriickzufUhren. So hat die Halbleiterphysik besonders die Entwicklung der Elektronik beeinfluBt, wahrend die Metallphysik vorwiegend der Technologie der Werkstoffe und damit der gesamten modernen Werkstofforschung Impulse gab. Aus der Technik heraus resultierten an­ dererseits immer wieder neue und interessante festkorperphysikalische Fragestellun­ gen, insbesondere auch zur Festkorpertheorie. Aus diesen Griinden sind die Grund­ lagen der Festkorperphysik zu einem festen Bestandteil in der Ausbildung unserer Physikstudenten geworden. Schon bald nach der allgemeinen Formulierung der Quantenmechanik legten A. SOMMERFELD und H. BETHE im Handbuch der Physik XXIVj2 (1928) eine erste ge­ schlossene Theorie des festen Korperl' vor. Inzwischen haben die auf der Einteilchen­ Naherung basierenden festkorpertheoretischen Modellvorstellungen eine gewisse Abrundung erfahren. Dabei hat sich herausgestellt, daB die Einteilchen-Konzeption trotz ihrer groben Naherungen viele Festkorpereigenschaften und -phanomene (vor aHem metallphysikalische) recht gut beschreibt. Infolge der Herstellung immer perfekterer Festkorper sowie der Vervollkommnung der experimentellen Technik und der damit verbundenen Realisierbarkeit extremer Bedingungen wie tiefer Temperaturen, starker Magnetfelder und hoher Drucke konnte die experimentelle Festkorperphysik in ihrer Entwicklung schnell voranschreiten. Von besonderer Bedeutung ist die Erzeugung tiefer Temperaturen, weil eine ganze Reihe von Erscheinungen, die fUr die KUi,rung elektronischer Eigenschaften von Fest­ korpern wesentlich sind, nur unter diesen Bedingungen beobachtet werden konnen.

Contenuti

1. Statistik der Ladungsträger im Festkörper.- 1.1. Elektronen im Metall.- 1.1.1. Einfache Modellvorstellung für ein Metall.- 1.1.2. Energiezustände eines Gases quasifreier Elektronen.- 1.1.3. Elektronen im Metall bei T = 0 K.- 1.1.4. Elektronen im Metall bei T > 0 K.- 1.1.5. Beitrag der Elektronen zur Wärmekapazität eines Metalls.- 1.2. Halbmetalle.- 1.3. Statistik der Ladungsträger im Halbleiter.- 1.3.1. Modellvorstellung für einen Halbleiter.- 1.3.2. Kriterium für die Anwendbarkeit der klassischen Statistik beim Halbleiter.- 1.3.3. Eigenhalbleiter.- 1.3.4. Störstellenhalbleiter.- 2. Gitterschwingungen und Phononen.- 2.1. Gitterschwingungen.- 2.1.1. Charakterisierung der Gitterschwingungen.- 2.1.2. Das Schwingungsspektrum des eindimensionalen Gitters einer einzigen Atomsorte.- 2.1.3. Das Schwingungsspektrum des eindimensionalen Gitters zweier Atomsorten.- 2.1.4. Das Schwingungsspektrum des dreidimensionalen Gitters.- 2.2. Phononen.- 2.2.1. Quantisierung der Gitterschwingungen.- 2.2.2. Eigenschaften der Phononen.- 2.3. Berechnung des Gitterbeitrages zur Wärmekapazität von Festkörpern.- 2.3.1. Klassische Theorie der Wärmekapazität.- 2.3.2. Das Einstein-Modell.- 2.3.3. Das Debye-Modell.- 3. Kristallstruktur und Gitter.- 3.1. Grundbegriffe für die Beschreibung der Kristallstruktur.- 3.2. Die sieben Kristallsysteme und ihre vierzehn Bravais-Gitter.- 3.3. Behandlung praktisch wichtiger Bravais-Gitter und Kristallstrukturen.- 3.3.1. Das einfache kubische Gitter (sc).- 3.3.2. Das kubisch-raumzentrierte Gitter (krz).- 3.3.3. Das kubisch-flächenzentrierte Gitter (kfz).- 3.3.4. Das hexagonale Gitter.- 3.3.5. Einige konkrete Kristallstrukturen.- 3.4. Das reziproke Gitter.- 3.4.1. Definition und Eigenschaften des reziproken Gitters.- 3.4.2. Das reziproke Gitter eines einfachen kubischen Gitters.- 3.4.3. Das reziproke Gitter eines kubisch-raumzentrierten Gitters.- 3.4.4. Das reziproke Gitter eines kubisch-flächenzentrierten Gitters.- 3.4.5. Das reziproke Gitter eines hexagonalen Gitters.- 3.5. Charakterisierung von Ebenen und Richtungen im Kristall.- 3.6. Brillouin-Zonen.- 3.6.1. Definition und Eigenschaften der Brillouin-Zonen.- 3.6.2. Brillouin-Zone eines einfachen kubischen Gitters.- 3.6.3. Brillouin-Zone eines kubisch-raumzentrierten Gitters.- 3.6.4. Brillouin-Zone eines kubisch-flächenzentrierten Gitters.- 3.6.5. Brillouin-Zone eines hexagonalen Gitters.- 3.7. Laue-Interferenzbedingungen und Bragg-Reflexion.- 4. Elektronen im Gitter.- 4.1. Die. Schrödinger-Gleichung der Kristallelektronen.- 4.1.1. Das Vielteilchen-Problem.- 4.1.2. Das Bloch-Theorem.- 4.1.3. Das effektive Potential.- 4.1.4. Der endliche Kristall.- 4.2. Grundgedanken zur Bandstrukturberechnung.- 4.2.1. Näherung freier Elektronen.- 4.2.2. Näherung nahezu freier Elektronen (schwache Bindung).- 4.2.3. Näherung stark gebundener Elektronen (starke Bindung).- 4.3. Die Fermi-Fläche.- 4.3.1. Allgemeine Bemerkungen zur Fermi-Fläche.- 4.3.2. Harrison-Methode zur Konstruktion der Fermi-Fläche.- 4.4. Ergebnisse realer Bandstrukturberechnungen.- 4.4.1. Überblick über Festkörpertypen.- 4.4.2. Fermi-Flächen einiger Metalle.- 4.4.3. Bindungsverhältnisse und Bandstruktur von Halbleitern.- 5. Grundbeziehungen der Dynamik der Kristallelektronen (Quasiklassische Beschreibung).- 5.1. Der Tensor der reziproken effektiven Masse.- 5.2. Bewegung der Kristallelektronen unter dem Einfluß der Lorentz-Kraft.- 5.2.1. Bewegungsgleichungen.- 5.2.2. Charakterisierung der Zyklotronbahnen.- 5.3. Die effektive Zyklotronmasse.- 6. Die elektrische Leitfähigkeit.- 6.1. Das Ohmsche Gesetz.- 6.2. Die kinetische Boltzmann-Gleichung.- 6.3. Die elektrische Leitfähigkeit in Metallen.- 6.3.1. Berechnung des Leitfähigkeitstensors.- 6.3.2. Einfluß des Energiespektrums auf die elektrische Leitfähigkeit.- 6.3.3. Temperaturabhängigkeit der elektrischen Leitfähigkeit.- 6.4. Galvanomagnetische Effekte in Metallen.- 6.4.1. Berechnung des Leitfähigkeitstensors.- 6.4.2. Magnetowiderstand.- 6.4.3. Hall-Effekt.- 6.5. Die elektrische Leitfähigkeit in Halbleitern.- 6.5.1. Berechnung des Leitfähigkeitstensors.- 6.5.2. Temperaturabhängigkeit der elektrischen Leitfähigkeit.- 6.6. Galvanomagnetische Effekte in Halbleitern.- 6.6.1. Berechnung des Leitfähigkeitstensors.- 6.6.2. Magnetowiderstand.- 6.6.3. Hall-Effekt.- 7. Ladungsträger im homogenen Magnetfeld (Quantenmechanische Beschreibung).- 7.1. Landau-Quantisierung.- 7.1.1. Landau-Quantisierung in Metallen.- 7.1.2. Landau-Quantisierung in Halbleitern.- 7.2. Die Zustandsdiehte.- 7.3. Schubnikow-de-Haas-Effekt.- 7.3.1. Vorbetrachtungen.- 7.3.2. Oszillationen des transversalen Magnetowiderstandes.- 7.3.3. Oszillationen des longitudinalen Magnetowiderstandes.- 7.4. De-Haas-van-Alphen-Effekt.- 8. Verhalten der Festkörper unter dem Einfluß eines elektromagnetischen Wechselfeldes.- 8.1. Ausbreitung elektromagnetischer Wellen in homogenen isotropen Festkörpern.- 8.1.1. Wellengleichungen.- 8.1.2. Ausbreitung elektromagnetischer Wellen in idealen Isolatoren.- 8.1.3. Ausbreitung elektromagnetischer Wellen in Leitern.- 8.2. Reflexion und Absorption.- 8.2.1. Reflexion.- 8.2.2. Absorption.- 8.3. Wechselwirkung elektromagnetischer Strahlung mit den Elektronen des Festkörpers (Mikroskopisches Bild von Dispersion und Absorption).- 8.3.1. Wechselwirkung der Strahlung mit gebundenen Elektronen.- 8.3.2. Wechselwirkung der Strahlung mit quasifreien Elektronen.- 8.4. Skineffekt in Metallen.- 8.4.1. Vorbetrachtungen.- 8.4.2. Die Oberflächenimpedanz.- 8.4.3. Normaler Skineffekt.- 8.4.4. Anomaler Skineffekt.- 9. Hochfrequenzphänomene von Festkörpern im äußeren (statischen) Magnetfeld.- 9.1. Zyklotronresonanz.- 9.1.1. Wesen der Zyklotronresonanz.- 9.1.2. Diamagnetische Resonanz (in Halbleitern).- 9.1.3. Asbel-Kaner-Zyklotronresonanz (in Metallen).- 9.2. Magnetische Oberflächenzustände.- 9.3. Anomales Eindringen eines hochfrequenten elektromagnetischen Feldes in ein Metall.- 9.4. Größeneffekte.- 10. Das Festkörperplasma.- 10.1. Allgemeine Eigenschaften des Festkörperplasmas.- 10.2. Festkörperplasma im Magnetfeld.- 10.2.1. Isotropes Festkörperplasma im Magnetfeld.- 10.2.2. Anisotropes Festkörperplasma im Magnetfeld.- 10.3. Ausbreitung elektromagnetischer Wellen im Festkörperplasma.- 10.3.1. Der Dielektrizitätstensor.- 10.3.2. Dispersionsbeziehungen.- 10.3.3. Helikonwellen.- 10.3.4. Alfvénsche Wellen.- 10.3.5. Landau- und Zyklotrondämpfung.- 10.4. Resonanzen und Anomalien im Festkörperplasma.- Physikalische Konstanten.- Einheiten einiger physikalischer Größen.