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1 Festkörperphysik David Rafaja. 2 Material design Materialeigenschaften Elektrische Eigenschaften Optische Eigenschaften Magnetische Eigenschaften Thermische.

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Präsentation zum Thema: "1 Festkörperphysik David Rafaja. 2 Material design Materialeigenschaften Elektrische Eigenschaften Optische Eigenschaften Magnetische Eigenschaften Thermische."—  Präsentation transkript:

1 1 Festkörperphysik David Rafaja

2 2 Material design 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)

3 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 4 Klassische Theorie Phänomenologische Beschreibung der physikalischen Erscheinungen Experimentelle Beobachtung Kontinuum-Theorie (makroskopische Eigenschaften, experimentelle Daten) Festkörperphysik: Mikroskopische Theorie für Beschreibung der Materialeigenschaften

5 5 Mißlingen der klassischen Physik Proton, +eElektron, -e r FF v Proton, +eElektron, -e Die Kräfte sind im Gleichgewicht Das System strahlt Energie aus Kollaps in s

6 6 Gliederung der Vorlesung

7 7 Prof. Peter Grünberg Institut für Festkörperforschung Forschungszentrum Jülich Nobelpreis für Physik ( ) 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 8 Grundgleichungen Newton-Gesetz Impuls Kinetische Energie Lichtgeschwindigkeit Einstein-Formel

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

10 10 Wichtige Konstanten Avogadro-KonstanteN A = (4) mol -1 Boltzmann-Konstantek B = (6) JK -1 Plancksche Konstanteh = (5) Js ħ = h/2 = Js Lichtgeschwindigkeit im Vakuumc = (1) 10 8 ms -1 Ruhmasse des Elektronsm e = (5) kg Ruheenergie des Elektrons m e c 2 = MeV Ruhmasse des Neutronsm n = kg Ruhmasse des Protonsm p = (1) kg Atomare Masseneinheitm( 12 C)/12 = kg Elementarladunge = (7) C Influenzkonstante 0 = AsV -1 m -1 Induktionskonstante 0 = 1/ 0 c = VsA -1 m -1 Bohrscher Radiusr 1 = 4 0 ħ 2 /m e e2 = m Bohrsches Magneton B = 0 ħe/2m e = Vsm

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

12 12 Übergang Wellen Teilchen Zwei Wellen -- Wellenpakete

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

14 14 Die Unschärferelation Heisenberg-Prinzip WellenpaketFrequenz-Spektrum

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

16 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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