Festkörperphysik Aufgaben und Lösungen
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München
Oldenbourg
2014
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VORWORT V
1 KRISTALLSTRUKTUR 1
AL.L TETRAEDERWINKEL 1
AI.2 DIE MILLERSCHEN INDIZES 2
AI.3 DIE HCP-STRUKTUR 3
AI.4 BRAVAIS-GITTER 3
A1.5 KUPFER-SAUERSTOFF-EBENEN 5
AI.6 ZWEIDIMENSIONALES GITTER 6
AI.7 DAS DIAMANTGITTER 8
A1.8 DIE SC-, BCC-,
FCC-UND HCP-STRUKTUR 9
2 STRUKTURANALYSE MIT BEUGUNGSMETHODEN 13
A2.1 REZIPROKES GITTER EINES HEXAGONALEN RAUMGITTERS 13
A2.2 STRUKTURANALYSE VON KUPFER 15
A2.3 EBENEN UND VEKTOREN IM RAUM- BZW. REZIPROKEN GITTER 16
A2.4 VOLUMEN DER BRILLOUIN-ZONE 17
A2.5 PULVERDIFFRAKTOMETRIE 18
A2.6 BEGRENZUNGSFILTER FUER NEUTRONEN 19
A2.7 EIN DEBYE-SCHERRER EXPERIMENT 20
A2.8 BEUGUNGSEFFEKTE AN EINEM
EINDIMENSIONALEN GITTER 24
A2.9 STRUKTURFAKTOR VON DIAMANT 28
A2.10 STRUKTURFAKTOR VON CSCL UND CSL 32
A2.11 ATOMFORMFAKTOR VON ATOMAREM WASSERSTOFF 33
A2.12 FORMFAKTOR VON FULLERENEN 35
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VIII
INHALTSVERZEICHNIS
3 BINDUNGSKRAEFTE IN FESTKOERPERN 39
A3.1 BINDUNGSTYPEN 39
A3.2 BINDUNGSENERGIEN EINES NEONKRISTALLS MIT BCC-, HCP- UND
FCC-STRUKTUR 40
A3.3 IONENKRISTALL AUS IDENTISCHEN ATOMEN 43
A3.4 EINDIMENSIONALER IONENKRISTALL 44
A3.5 5P
2
-HYBRIDISIERUNG 47
A3.6 ZWEIATOMIGE MOLEKUELE 50
4 ELASTISCHE EIGENSCHAFTEN VON FESTKOERPERN 53
A4.1 ELASTIZITAETSTENSOR UND POISSON-ZAHL 53
A4.2 SCHWINGUNGEN IN EINEM ALUMINIUM-ZYLINDER 57
A4.3 ELASTISCHE WELLEN IN [111]-RICHTUNG EINES KUBISCHEN KRISTALLS 63
5 DYNAMIK DES KRISTALLGITTERS 69
A5.1 LINEARE KETTE AUS GLEICHEN ATOMEN 69
A5.2 WELLENGLEICHUNG IM KONTINUUM 70
A5.3 LINEARE KETTE AUS
ZWEIATOMIGEN MOLEKUELEN 74
A5.4 LINEARE KETTE MIT UEBERNAECHSTER NACHBARWECHSELWIRKUNG 76 .
A5.5 ULTRASCHALLEXPERIMENT 79
A5.6 MASSENDEFEKT IN LINEARER ATOMKETTE 81
A5.7 ZUSTANDSDICHTE DER PHONONEN EINER EINDIMENSIONALEN KETTE 84
A5.8 SINGULARITAET IN DER ZUSTANDSDICHTE 88
A5.9 KOHN-ANOMALIE 89
6 THERMISCHE EIGENSCHAFTEN DES KRISTALLGITTERS 95
A6.1 MITTLERE THERMISCHE AUSDEHNUNG EINER KRISTALLZELLE 95
A6.2 SPEZIFISCHE WAERMEKAPAZITAET 96
A6.3 NULLPUNKTS-GITTERAUSLENKUNG UND DEHNUNG 99
A6.4 SPEZIFISCHE WAERME
EINES EINDIMENSIONALEN GITTERS
UND EINES
STAPELS AUS ZWEIDIMENSIONALEN SCHICHTEN 102
A6.5 ERZEUGUNG AKUSTISCHER PHONONEN MIT EINEM ULTRASCHALLGEBER 103
INHALTSVERZEICHNIS
IX
7 DAS FREIE
ELEKTRONENGAS 107
A7.1 FERMI-GASE IN
D
DIMENSIONEN 107
A7.2 FERMI-GAS MIT LINEARER DISPERSION 110
A7.3 CHEMISCHES POTENZIAL IN ZWEI DIMENSIONEN 112
A7.4 FERMI-GASE IN DER ASTROPHYSIK 114
A7.5 FLUESSIGES
3
HE ALS FERMI-GAS 117
A7.6 MITTLERE ENERGIE, DRUCK UND KOMPRESSIBILITAET EINES
ZWEIDIMENSIONALEN
FERMI-GASES 119
A7.7 FREQUENZABHAENGIGKEIT DER ELEKTRISCHEN LEITFAEHIGKEIT EINES METALLS
121
A7.8 LEITFAEHIGKEITSTENSOR 126
A7.9 ELEKTRONISCHE SPEZIFISCHE
WAERMEKAPAZITAET VON KUPFER 129
A7.10 LADUNGSTRANSPORT BEI VORHANDENSEIN VON ZWEI LADUNGSTRAEGERSORTEN
130
A7.11 SOMMERFELD-ENTWICKLUNG 135
A7.12 TEMPERATURABHAENGIGKEIT DES CHEMISCHEN POTENZIALS 139
8 ENERGIEBAENDER 141
A8.1 FERMI-FLAECHEN UND BRILLOUIN-ZONEN 141
A8.2 EBENES QUADRATISCHES GITTER 142
A8.3 REDUZIERTES ZONENSCHEMA 145
A8.4 ZWEIDIMENSIONALES SYSTEM STARK
GEBUNDENER ELEKTRONEN 148
A8.5 DREIDIMENSIONALES SYSTEM STARK
GEBUNDENER ELEKTRONEN 151
A8.6 BANDUEBERLAPPUNG 154
9 DYNAMIK VON KRISTALLELEKTRONEN 155
A9.1 MAXWELL-GLEICHUNGEN 155
A9.2 ELEKTROMAGNETISCHE SKIN-TIEFE IM DRUDE-MODELL 156
A9.3 ELEKTRISCHE UND THERMISCHE LEITFAEHIGKEIT 158
A9.4 LINEARISIERTE BOLTZMANN-TRANSPORTGLEICHUNG 160
A9.5 TEILCHEN-, LADUNGS-, ENERGIE-, ENTROPIE- UND WARMESTROM 161
A9.6 FREIES ELEKTRONENGAS IM MAGNETFELD 164
A9.7 DE HAAS-VAN ALPHEN-EFFEKT 167
A9.8 EXTREMALBAHNEN IM REZIPROKEN RAUM 170
X
INHALTSVERZEICHNIS
10 HALBLEITER 175
ALO.L HALL-EFFEKT UND ELEKTRISCHE LEITFAEHIGKEIT VON HALBLEITERN 175
A10.2 LADUNGSTRAEGERDICHTE VON HALBLEITERN 179
A10.3 P-N UEBERGANG 180
A10.4 SOLARZELLE 184
A10.5 ELEKTRISCHER TRANSPORT UND WAERMETRANSPORT IN METALLEN UND
HALBLEITERN.. 187
A10.6 QUANTENTROG IN ALAS-GAAS-HETEROSTRUKTUR 188
A10.7 QUANTUM CONFINEMENT UND HALBLEITER-LASER 195
A10.8 MOSFET 196
11 DIELEKTRISCHE EIGENSCHAFTEN 201
ALL.L POLARISIERBARKEIT VON ATOMAREM WASSERSTOFF 201
AI 1.2 MAKROSKOPISCHES ELEKTRISCHES FELD 203
AI 1.3 POLARISATION EINER KUGEL 204
AI 1.4 PLASMAFREQUENZ, ELEKTRISCHE LEITFAEHIGKEIT UND REFLEXIONSVERMOEGEN
VON METALLEN 206
AI 1.5 PLASMAFREQUENZ VON INDIUM-DOTIERTEM ZINKOXID (ITO) 208
AI 1.6 PLASMONEN-SCHWINGUNG EINER METALLISCHEN KUGEL 209
A11.7 AUSBREITUNG
VON POLARISIERTEM LICHT
IN IONISIERTEM
MEDIUM
- MAGNETOOPTIK 211
AI 1.8 LINEARE FERROELEKTRISCHE ANORDNUNG 223
12 MAGNETISMUS 227
AI2.1 FESTKOERPER IM INHOMOGENEN MAGNETFELD 227
A12.2 HUNDSCHE REGELN 228
A12.3 KLASSISCHE DIPOL-DIPOL-WECHSELWIRKUNG 231
A12.4 BRILLOUIN-FUNKTION 233
A12.5 QUANTENMECHANISCHES ZWEINIVEAUSYSTEM 241
AI2.6 PAULISCHE SPIN-SUSZEPTIBILITAET 243
A12.7 CURIE-WEISS-GESETZ 246
AI2.8 FERROMAGNETISMUS DER LEITUNGSELEKTRONEN 248
A12.9 SPEZIFISCHE WAERME
VON MAGNONEN 251
A12.10 SAETTIGUNGSMAGNETISIERUNGVONFERRIMAGNETEN 256
INHALTSVERZEICHNIS
XI
13 SUPRALEITUNG 259
AI3.1 DAUERSTROMEXPERIMENT 259
A13.2 MAGNETISIERUNG EINES
SUPRALEITERS 261
AI3.3 DAS EINDRINGEN EINES MAGNETFELDES
IN EINE DUENNE PLATTE 269
A13.4 SPEZIFISCHE WAERMEKAPAZITAET VON
SUPRALEITERN 270
A13.5 COOPER-PAARE 274
AI3.6 SPIN-SUSZEPTIBILITAET IN BCS-SUPRALEITERN 277
A13.7 STROMDICHTE IN BCS-SUPRALEITERN 279
AI 3.8 ZWEIFLUESSIGKEITSBESCHREIBUNG DER SUPRALEITUNG 282
A13.9 ENERGIEABSENKUNG IM GRUNDZUSTAND EINES SUPRALEITERS 283
A SI-EINHEITEN 287
A.L DIE SI BASISEINHEITEN 287
A.L.L EINIGE VON DEN SI EINHEITEN ABGELEITETE EINHEITEN 288
A.2 VORSAETZE 288
A.3 ABGELEITETE EINHEITEN UND
UMRECHNUNGSFAKTOREN 289
A.3.1 LAENGE, FLAECHE, VOLUMEN 289
A.3.2 MASSE 289
A.3.3 ZEIT, FREQUENZ 290
A.3.4 TEMPERATUR 290
A.3.5 WINKEL 290
A.3.6 KRAFT, DRUCK, VISKOSITAET 290
A.3.7 ENERGIE, LEISTUNG, WAERMEMENGE 291
A.3.8 ELEKTROMAGNETISCHE EINHEITEN 291
B PHYSIKALISCHE KONSTANTEN 293
ABBILDUNGSVERZEICHNIS 297
TABELLENVERZEICHNIS 301
INDEX 303
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| author | Gross, Rudolf 1956- Marx, Achim 1965- Einzel, Dietrich 1950- |
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