Aufgaben zur Festkörperphysik: Anwendungen in Physik und Technik mit Lösungen

1 Kristallstrukturen.- 1.1 Geometrie.- Harte-Kugel-Modelle von Gitterformen.- Strukturelemente am zweidimensionalen Gitter.- Abstand zwischen Gitteratomen in Natriumchlorid.- Bravais-Gitter.- Elementarzelle und Einheitszelle der kubischen Gitter.- Reziprokes Gitter eines zweidimensionalen Gitters.- Reziprokes Gitter einer fcc-Struktur.- 1.2 Strukturanalyse.- Wellenlängen bei Strukturanalysen.- Bragg-Reflexion an Kristallen.- Strukturbedingungen für fcc- und bcc-Reflexmuster.- Erlaubte Reflexe bei Diamant.- Reflexe an Mischkristallen.- Neutronenbeschuss von Aluminium.- Debye-Scherrer-Untersuchungen.- Ewald-Konstruktion.- 1.3 Bindungsverhältnisse.- Lennard-Jones-Potential.- Madelungkonstante zwei- und dreidimensionaler Gitter.- Federmodell eines linearen Kristalls.- Born-Mayer-Potential und Kompressionsmodul für Steinsalz.- Temperaturabhängigkeit der Gitterkonstanten.- Bindungsformanalyse aus Energiebilanz.- 2 Gitterschwingungen.- 2.1 Dynamische Eigenschaften des Gitters.- Dispersionsrelation für ein lineares Gitter verschiedener Massen.- Ebenes quadratisches Gitter.- Phononenspektrum für lineares Gitter identischer Atome.- Lineare Ketten mit unterschiedlichen Massenverhältnissen.- Phononenspektrum eines Kreisgitters.- Zustandsdichte für Phononen in ein, zwei und drei Dimensionen.- Bose-Einstein-Statistik für Phononen.- Brillouin-Streuung zur Ermittlung der Schallgeschwindigkeit.- Brillouin-Streuung in Quarz.- 2.2 Thermische Eigenschaften des Kristallgitters.- Innere Energie und spezifische Wärme der Grundgittertypen.- Wärmekapazität bei Graphit.- Klassische Theorie der Wärmekapazität.- Thermische Energie von Kohlenstoff klassisch und im Einstein-Modell.- Beitrag der optischen Phononen zur Wärmekapazität.- 3 Elektronen im Festkörper.- 3.1 Freies Elektronengas.- Freie Elektronen in Silber.- Superfluides Helium (3He).- Fermi-Fläche für ein freies Elektronengas I.- Fermi-Fläche für ein freies Elektronengas II.- Zustandsdichte eines freien Elektronengases.- Mittlere Energie von Elektronen im freien Elektronengas.- 3.2 Thermische und elektrische Eigenschaften.- Spezifische Wärme des Elektronengases.- Experimentelle Materialbestimmung.- Reinheitsgrad eines Kristalls.- Hall-Konstante von Kupfer.- Wiedemann-Franzsches Gesetz.- 4 Halbleiter.- 4.1 Eigenleitung.- Herstellung intrinsischer Halbleiter.- Innerer Photoeffekt bei Halbleitern.- Temperaturabhängigkeit eines NTC-Widerstandes.- Bandlücke und Fermi-Energie bei reinen Halbleitern.- Temperaturabhängigkeit des spezifischen Widerstandes.- Eigenleitung bei III-V-Verbindungshalbleitern (GaAs).- 4.2 Störstellenleitung.- Störstellenreserve und Störstellenerschöpfung.- Ladungsträgerdichte und Fermi-Niveau bei n-Halbleitern.- Herstellung einer Silicium-Diode.- Breite und Kapazität der Sperrschicht eines pn-Übergangs.- 4.3 Halleffekt.- Bestimmung der Ladungsträgersorte und -konzentration.- Driftgeschwindigkeit der Ladungsträger im Halbleiter.- 5 Dielektrische und magnetische Festkörper, Supraleitung.- 5.1 Dielektrische Festkörper.- Festkörper in Kondensatoren.- Dielektrische und optische Eigenschaften von Natriumchlorid.- Elektromagnetische Wellen in Metall (Gold).- Kristallfenster als Intensitätsfilter.- Dipolmomente von Gasen und Flüssigkeiten.- Ladungsverschiebung in Kaliumchlorid durch Polarisation.- 5.2 Magnetische Festkörper.- Faraday-Effekt bei magnetischen Gläsern.- Umlaufzeit von Elektronen im Magnetfeld.- De-Haas-van-Alphen-Effekt.- Bestimmung der effektiven Masse mittels Zyklotronresonanz.- Bestimmung der magnetischen Suszeptibilität mittels der Gouy-Waage.- 5.3 Supraleitung.- Absorption elektromagnetischer Strahlung in Supraleitern.- Kontaktstrom im supraleitenden Zustand.- Geometrie der Flussfäden.- Bestimmung von Flussquantenzahlen.- Magnetisierung von Metallproben am Nullpunkt.- Literatur.- Verzeichnis der benutzten Symbole und Konstanten.- Abbildungsverzeichnis.- Inde.