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Festkörperphysik

Festkörperphysik. David Rafaja. Materialeigenschaften Elektrische Eigenschaften Optische Eigenschaften Magnetische Eigenschaften Thermische Eigenschaften Mechanische Eigenschaften. Elektronenstruktur von Werkstoffen Energiebänder Brillouin- Z onen Fermi-Energie und -Fläche

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Presentation Transcript

  1. Festkörperphysik David Rafaja

  2. Materialeigenschaften Elektrische Eigenschaften Optische Eigenschaften Magnetische Eigenschaften Thermische Eigenschaften Mechanische Eigenschaften Elektronenstruktur von Werkstoffen Energiebänder Brillouin-Zonen Fermi-Energie und -Fläche Reziprokes Gitter Direktes Gitter (Kristallgitter) Material design

  3. Anwendungen • Elektrischer Widerstand, Halbleiterelemente (Diode, Transistor) • Spiegel, Linsen, Photoelemente (Dioden, Transistoren), Solarzellen • Drehstromgeneratoren, Motoren, Transformatoren, Lautsprecher, magnetische Speicherung, Leseköpfe für magnetische Festplatten (GMR Effekt) • Wärmeleitfähigkeit, Wärmekapazität, Heizkörper, Schutzschichten

  4. Klassische Theorie • Phänomenologische Beschreibung der physikalischen Erscheinungen • Experimentelle Beobachtung • Kontinuum-Theorie (makroskopische Eigenschaften, experimentelle Daten) • Festkörperphysik: Mikroskopische Theorie für Beschreibung der Materialeigenschaften

  5. Mißlingen der klassischen Physik r v F F Proton, +e Elektron, -e Proton, +e Elektron, -e Das System strahlt Energie aus Die Kräfte sind im Gleichgewicht Kollaps in 10-16 s

  6. Gliederung der Vorlesung

  7. Prof. Peter Grünberg Institut für Festkörperforschung Forschungszentrum Jülich Nobelpreis für Physik (09.10.2007) Entdeckung des GMR-Effektes Epitaxial Fe/Ag/Fe/Cr/Fe(001) layer sequence grown on a Ag(001)-buffered GaAs(001) wafer and photograph of the final structure.

  8. Grundgleichungen • Newton-Gesetz • Impuls • Kinetische Energie • Lichtgeschwindigkeit • Einstein-Formel

  9. Dualität der ElektronenWellen - Teilchen • Thomson-Versuch (Elektron im elektrischen Feld): e und m • Elektronenbeugung • Charakteristische Spektrallinien • Photoeffekt • Wärmestrahlung De Broglie-Wellen

  10. Avogadro-Konstante NA= 6.02217(4)1023 mol-1 Boltzmann-Konstante kB = 1.38062(6)10-23 JK-1 Plancksche Konstante h = 6.62620(5)10-34 Js ħ = h/2p = 1.054610-34 Js Lichtgeschwindigkeit im Vakuum c = 2.997925(1)108 ms-1 Ruhmasse des Elektrons me = 9.10956(5)10-31 kg Ruheenergie des Elektrons mec2 = 0.51100 MeV Ruhmasse des Neutrons mn = 1.6748210-27 kg Ruhmasse des Protons mp = 1.67261(1)10-27 kg Atomare Masseneinheit m(12C)/12 = 1.6605510-27 kg Elementarladung e = 1.602192(7)10-19 C Influenzkonstante e0 = 8.854210-12 AsV-1m-1 Induktionskonstante m0 = 1/e0c = 1.256610-6 VsA-1m-1 Bohrscher Radius r1 = 4pe0ħ2/mee2 = 0.52916610-10 m Bohrsches Magneton mB = m0ħe/2me = 1.165410-29 Vsm Wichtige Konstanten

  11. Übergang Wellen - Teilchen Klassische Physik - zwei Extreme Welle Teilchen m, Q, v, x

  12. Übergang Wellen - Teilchen Zwei Wellen -- Wellenpakete

  13. Übergang Wellen - Teilchen QM Materiewelle klassische Welle klassisches Teilchen Position Frequenz- Spektrum Fourier-Transformation des Signals = Frequenz-Spektrum

  14. Die UnschärferelationHeisenberg-Prinzip Wellenpaket Frequenz-Spektrum

  15. Phasengeschwindigkeit einer Welle Gruppengeschwindigkeit eines Wellenpaketes k … Wellenvektor Phasengeschwindigkeit kann keine Information übertragen

  16. Rechnerische Beispiele • Energie eines Elektrons mit angegebener Wellenlänge • Energie eines Photons mit angegebener Wellenlänge • Unterschied zwischen der Gesamtenergie und der kinetischen Energie • Unschärfe-Relation (Heisenberg) und die Länge des Wellenpaketes für Röntgenphoton • Abstände zwischen den Röntgenphotonen • Wann ist eine Interferenz zwei Röntgenphotonen möglich?

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