Fragen mit *
gehoeren nicht zum Grundwissen...
A) Strukturelle Eigenschaften der Festkörper
Bindung
Bindungstypen
Charakteristische Beispiele
Berechnung der Bindungsenergie, typische Werte
Testfragen:
Warum ist Diamant so hart? Welche Bindung
tritt auf, welche Atomorbitale
sind beteiligt?
Worauf beruht die metallische Bindung? Wie
groß sind typische Bindungsenergien?
Wo
spielt die Wasserstoffbrückenbindung eine wichtige Rolle? Wie kommt sie
zustande?
Struktur
Klassifizierung der Festkörper
Herstellung (Einkristalle, Gläser)
Kristalle: Elementarzelle,
Translationsvektor, Basis
Symmetrieeigenschaften und
Gittertypen (wichtige Beispiele)
Quasikristalle
Struktur amorpher Festkörper,
Paarkorrelationsfunktion
Testfragen:
Wodurch unterscheidet sich die atomare
Ordnung im Einkristall von der im amorphen
Festkörper?
Was ist eine primitive Elementarzelle?
Was ist ein Bravais-Gitter?
Warum haben NaCl und CsCl unterschiedliche
Kristallgitter?
Welche Struktur hat Diamant? Wo kommt die
Diamantstruktur noch vor?
Welche
Kristalle haben die höchste Packungsdichte?
Strukturbestimmung
Atomare Abbildung der Oberfläche
Strukturbestimmung durch Streuexperimente:
Röntgen- und Neutronstreuung
Reziprokes Gitter und Brillouin-Zone
Gitterebenen, Millersche Indizes
Streuamplitude, atomarer Streufaktor
* Phasenproblem
* Streuung an amorphen Festkörpern
Experimentelle Messmethoden
Testfragen:
Mit welchen Methoden kann man Atome an der
Oberfläche direkt abbilden?
Wo steckt im Beugungsbild die Information
über die Gitterstruktur, über die
Basis und über die Elektronendichte?
Welche Bedeutung hat der reziproke
Gittervektor bei der Strukturbestimmung?
Was ist die Ewald-Kugel?
Wie sieht eine Messanordnung zur
Strukturbestimmung im Prinzip aus?
Wodurch unterscheiden sich Röntgen- und
Neutronenstreuung?
Reale Festkörper
Punktdefekte
Versetzungen,
Korngrenzen
Legierungen:
*Phasenübergang,
Mischbarkeit
Testfragen:
Welche
Punktdefekte gibt es und wie häufig treten sie auf?
Wo
spielen sie eine wichtige Rolle?
Welchen Einfluss haben
Versetzungen und Korngrenzen auf die mechanischen Eigenschaften von
Festkörpern?
Wie sind
die Atome in Legierungen angeordnet?
*Kann
man zwei Metalle beliebig mischen?
B) Gitterdynamik
Eigenschaften basierend auf
der
harmonischen Näherung
Elastische
Eigenschaften, Schallausbreitung
Longitudinale
und transversale Gitterschwingungen - Phononen
Akustische
und optische Phononen
Dispersionsrelation
Messung
der Dispersionsrelation mit Neutronstreuung
Gitterspektroskopie durch Infrarotabsorption und Lichtstreuung
Zustandsdichte
der Phononen
Innere
Energie und spezifische Wärme
Debye-Näherung,
Debye-Frequenz, Debye-Temperatur
*
Dispersionrelation in amorphen Materialien
* Spezifische
Wärme amorpher Festkörper
Testfragen:
Wie kann man die
Schallgeschwindigkeiten messen?
Warum ist p / a der größte sinnvolle Wellenvektor?
Wodurch unterscheiden sich akustische und
optische
Phononen?
Wie viele Phononenzweige gibt es?
Warum eignen sich Neutronen besonders gut zur
Bestimmung der Dispersionsrelation? Wie sieht ein typisches Experiment
aus?
Warum sind Phononen „Quasiteilchen“?
Wie groß ist die spezifische Wärme von
Festkörpern
bei Zimmertemperatur? Unterscheiden sich die spezifische Wärme von
Isolatoren
und Metalle?
Was versteht man unter Debyscher Näherung?
Welche
Dispersionsrelation wird vorausgesetzt? Lässt sich diese Näherung auch
auf
Kristalle mit mehratomiger Basis anwenden?
Wie verläuft die spezifische Wärme bei hohen
und bei
tiefen Temperaturen?
* Wie sieht die Dispersionsrelation amorpher
Festkörper aus?
* Wie kann man die
spezifische Wärme amorpher
Festkörper bei tiefen Temperaturen erklären?
Anharmonische
Gittereigenschaften
Thermische
Expansion
Phonon-Phonon
Streuung
Wärmeleitfähigkeit
von Dielektrika , Ursache
des Wärmewiderstandes
Ballistische
Phononausbreitung
* Wärmeleitung
in eindimensionalen Systemen
* Wärmeleitung
in amorphen Festkörpern
Testfragen:
In
welchen Eigenschaften macht sich die Gitteranharmonizität bemerkbar?
Was
versteht man unter Grüneisen-Parameter?
Welche
Erhaltungssätze gelten bei der Phonon-Phonon-Streuung?
Was ist
ein N-Prozess, was ist ein U-Prozess?
Warum
hat die Wärmeleitfähigkeit ein Maximum?
* Was
versteht man unter Casimir-Bereich?
* Wann
zeigt ein Festkörper „eindimensionale Eigenschaften“?
Eigenschaften
des freien Elektronengases: Fermi-Energie, Zustandsdichte
Spezifischen
Wärme der Elektronen
Elektronen
im periodischen Potential: Bloch-Funktionen
Bändermodell,
Energielücke
Stark
gebundene Elektronen
Einfluss
der Brillouin-Zone: Metalle, Isolatoren, Halbleiter
Messung der Energiedispersionskurven der Elektronen
Elektronen im elektrischen Feldern
Effektive
Elektronenmasse
Elektronen
und Löcher
Elektronenstreuung
an Phononen und Defekten
Transportphänomene: Temperaturabhängigkeit der elektrische und der
Wärmeleitfähigkeit
Wiedemann-Franz Gesetz
Elektronen
im Magnetfeld:
Zyklotronresonanz
Quantisierung im Magnetfeld: Landau-Niveaus
* De-Haas-van-Alphen-Effekt
Hall-Effekt,
* Quanten-Hall-Effekt
Testfragen:
Warum
tragen freie Elektronen nur wenig zur spezifischen Wärme bei?
Wodurch
wird die Größe der Energielücke bestimmt?
Wie
viele Energieniveaus enthält ein Band?
Warum
tragen volle Bänder nicht zur elektrischen Leitfähigkeit bei?
Warum
sind die Erdalkali metallisch?
Welche
Rolle spielt die effektiven Masse, warum kann sie negativ sein?
Welche
Eigenschaften haben Löcher?
Wie
bewegt sich die Fermi-Kugel im reziproken Raum?
Woran
werden Elektronen gestreut?
Wie
hängen elektrische Leitfähigkeit und Wärmeleitfähigkeit zusammen?
Wie
vergleichen sich die Wärmeleitfähigkeiten von Isolatoren und Metallen?
* Wie
kann man die Fermi-Fläche bestimmen?
* Wie
kommen die Plateaus beim Quanten-Hall-Effekt zustande?
D)
Supraleitung
Sprungtemperatur
Meissner-Ochsenfeld-Effekt
Kritische
Feldstärke
Londonsche
Eindringtiefe
Mikroskopische
Theorie der Supraleitung: Cooper-Paar, BCS-Theorie
Energielücke,
experimenteller Nachweis
Makroskopische
Wellenfunktion
Flussquantisierung
* Josephson-Effekt,
SQUID
Supraleiter
1. und 2. Art
Hochtemperatur-Supraleiter
Testfragen:
Welche
charakteristischen Eigenschaften unterscheiden Supraleiter vom
Normalleiter?
Was
versteht man unter kritischem Feld?
Warum
dringt das Magnetfeld in die Oberfläche von Supraleitern ein?
Wie
koppeln die Elektronen eines Cooper-Paars?
Warum
werden „gute“ Metalle nicht supraleitend?
Wie kann
man die Energielücke messen?
* Was
sind Quasiteilchen?
Was ist
ein Flussquant?
* Welche
Anwendung hat der Josephson-Effekt?
* Welche
Magnetfelder lassen sich mit einem SQUID nachweisen?
* Welche
Gemeinsamkeit haben Hochtemperatur-Supraleiter?
E)
Halbleiter
Intrinsische Halbleiter
Wichtige
Halbleiter
Bandlücke
Optische
Absorption, direkte und indirekte Halbleiter
Konzentration
von Elektronen und Löcher
Messung
der effektiven Massen
Dotierte Halbleiter
Donatoren, Akzeptoren
Ladungsträgerkonzentration
Beweglichkeit
der Ladungsträger, elektrische Leitfähigkeit
Charakteristischer
Unterschied zwischen kristallinen und amorphen Halbleitern
Anwendungen: inhomogene
Halbleiter
p-n-Übergang
Diode, Photodiode, LED, Solarzelle
Transistor, MOSFET
Heterostrukturen, Halbleiterlaser
Testfragen:
Warum
können die Ladungsträger in Halbleiter wie ein klassisches Gas
beschrieben
werden?
Wie
hängt in dotierten Halbleitern die Ladungsträgerkonzentration von der
Temperatur ab?
Wie kann
man die Ladungsträgerkonzentration messen?
Weshalb
spielt Si (bisher) so eine herausragende Rolle in der
Halbleiterindustrie?
Wodurch kommt der gleichrichtende Charakter des p-n-Übergangs zustande?
Wie lässt
sich die Verarmungszone vergrößern?
Warum eignet sich GaAs für LED’s, aber nicht reines Si oder Ge?
Wie funktioniert ein Halbleiter-Detektor?
Was
bestimmt den Wirkungsgrad von Solarzellen?
Wie
kommt es zum leitfähigen Kanal in MOSFETs?
Wie
erzeugt man Heterostrukturen?
F) Magnetische Eigenschaften
Diamagnetismus
Paramagnetismus, Curie-Gesetz, Temperaturmessung bei tiefen
Temperaturen
Ferromagnetismus
Curie-Temperatur, spontane Magnetisierung
Molekularfeldnäherung,
Grundidee der Austauschwechselwirkung (Ursache der spontanen
Magnetisierung)
Wechselwirkung delokaliserter 3d-Elektronen
Einfluss der Bandstruktur am
Beispiel Ni / Cu
* Spinwellen
Antiferromagnetismus, Neel-Temperatur
Testfragen:
Welches
magnetische Verhalten zeigen dia-, para, und ferromagnetische
Substanzen?
Wie kommt das 1/T-Gesetz paramagnetischer Substanzen zustande?
Warum benutzt man paramagnetische Substanzen zur Temperaturmessung?
Wodurch
unterscheiden sich Curie- und Curie-Weiss-Gesetz?
Was
passiert bei der Curie- bzw. Neel-Temperatur?
Was ist die physikalische Ursache der spontanen Magnetisierung in
Ferromagneten?
Welche
Rolle spielt die Wechselwirkung zwischen den magnetischen Dipolen?
Warum
sind Eisenproben normalerweise unmagnetisch obwohl die Curie-Temperatur
weit
über der Zimmertemperatur liegt?
G)
Dielektrische und optische
Eigenschaften
Lokales Feld
Elektrische Suszeptibilität und elektrische Polarisierbarkeit
Beiträge zur Polarisierbarkeit vs. Frequenz in Dielektrika
Optische Phononen in Ionenkristallen
Infrarotabsorption
Relaxationseffekte:
Orientierungspolarisation
* Exzitonen
Freie Elektronen: Plasmafrequenz
und optisches Verhalten von Metallen
Testfragen:
Wie
funktioniert der Mikrowellenherd?
Warum
spiegeln Metalle sichtbares Licht?
Bei
welchen Wellenlängen werden Metalle transparent?
Wie funktioniert die Wärmeschutzbedampfung von Fenstern?
Welche
Effekte tragen zur Absorption elektromagnetischer Wellen im
Festkörper
bei?
Warum sind viele Halbleiter im
optischen Bereich durchsichtig?
Skizzieren Sie den
Photoabsorptionskoeffizienten vs. Frequenz für einen polaren
Halbleiter.