Festkörperspektroskopie: Eine Einführung

ISBN-13: 9783642746932 / Niemiecki / Miękka / 2011 / 348 str.

Hans Kuzmany

Opis

In dem vorliegenden Lehrbuch wird erstmals eine zusammenfassende Darstellung festkorperspektroskopischer Methoden und ihrer Verwendung zur Analyse der elektronischen und gitterdynamischen Struktur der Festkorper gegeben. Die Methoden erstrecken sich einerseits uber den ganzen Bereich des elektromagnetischen Spektrums, betreffen andererseits aber auch die Spektroskopie mit Teilchen wie Elektronen, Neutronen, Positronen, Mymesonen, usw. Das Buch gibt damit erstmals eine grundlegende, stark diversifizierte und dem heutigen Stand der Untersuchungstechnik entsprechende Darstellung der Festkorperspektroskopie. Ziel des Lehrbuches ist es, dem Studenten und Leser allgemein einen einfachen und direkten Einstieg in die Methoden und Moglichkeiten einer modernen Festkorperspektroskopie zu vermitteln, der ihm die weitere Verfolgung wissenschaftlicher und technischer Arbeiten auf dem speziellen Fachgebiet ermoglicht.

Spis treści

1. Einleitung.- 2. Grundlagen der Festkörperphysik.- 2.1 Kristalline Festkörper.- 2.2 Quantenmechanik freier Elektronen.- 2.3 Elektronen im periodischen Potential.- 2.4 Halbleiter.- 2.4.1 Elektronen und Löcher.- 2.4.2 Der pn-Übergang.- 2.5 Tight-Binding und LCAO-Wellenfunktionen.- 2.6 Der metallische Zustand.- 2.6.1 Freie-Elektronen-Metalle.- 2.6.2 Fermi-Oberflächen.- 2.7 Phononen.- Übungsaufgaben.- 3. Elektromagnetische Strahlung.- Übungsaufgabe.- 4. Strahlenquellen in sichtbaren und unmittelbar angrenzenden Spektralbereichen.- 4.1 Klassische Lichtquellen.- 4.2 Form und Breite von Spektrallinien.- 4.3 Laser als Strahlungsquellen.- 4.3.1 Erzeugung und Eigenschaften von Laserstrahlung.- 4.3.2 Gepulste Laser.- 4.3.3 Durchstimmbare Laser.- Übungsaufgaben.- 5. Lichtdetektoren.- 5.1 Photographische Filme.- 5.2 Photomultiplier.- 5.3 Photoelektrische Detektoren.- 5.3.1 Grundlagen der photoelektrischen Detektoren.- 5.3.2 Photoleitungsdetektoren.- 5.3.3 Photodioden.- Übungsaufgaben.- 6. Spektrale Zerlegung des Lichtes.- 6.1 Optische Filter.- 6.2 Monochromatoren und Spektrometer.- 6.2.1 Kenngrößen von Monochromatoren.- 6.2.2 Prismenmonochromator.- 6.2.3 Gittermonochromator.- 6.3 Interferometer.- 6.3.1 Vielstrahlinterferenz an einer planparallelen Platte.- 6.3.2 Das Fabry-Perot-Interferometer.- Übungsaufgaben.- 7. Die dielektrische Funktion.- 7.1 Optische Konstanten und die Kramers-Kronig-Relation.- 7.2 Die Kramers-Heisenberg dielektrische Funktion.- 7.3 Die dielektrische Funktion von Festkörpern mit freien Ladungsträgern.- 7.3.1 Dielektrische Funktion des freien Elektronengases.- 7.3.2 Einfluß des Wellenvektors und dielektrische Funktionen komplexer Systeme.- 7.4 Experimentelle Bestimmung der dielektrischen Funktion (Ellipsometrie).- Übungsaufgaben.- 8. Spektroskopie in sichtbaren und unmittelbar angrenzenden Spektralbereichen.- 8.1 Optische Absorption.- 8.1.1 Elektronische Übergangswahrscheinlichkeit.- 8.1.2 Band-Band Absorption.- 8.1.3 Absorption aus Störstellen.- 8.2 Lumineszenz.- 8.2.1 Lumineszenz in Halbleitern.- 8.2.2 Lumineszenz aus Punktdefekten in Isolatoren.- Übungsaufgaben.- 9. Symmetrieeigenschaften und Auswahlregeln in Kristallen.- 9.1 Symmetrie von Molekülen und Kristallen.- 9.2 Darstellung von Gruppen.- 9.3 Klassifizierung von Schwingungen.- 9.4 Unendlich ausgedehnte periodische Punktanordnungen und Raumgruppen.- 9.5 Quantenmechanische Auswahlregeln.- Übungsaufgaben.- 10. Lichtstreuung.- 10.1 Experimenteller Aufbau von Streulichtexperimenten.- 10.2 Raman-Spektroskopie.- 10.2.1 Grundlagen der Raman-Streuung.- 10.2.2 Klassische Berechnung der Streuintensität und Raman-Tensor.- 10.2.3 Longitudinale und transversale optische Moden und Polaritonen.- 10.2.4 Quantenmechanische Theorie der Raman-Streuung.- 10.2.5 Temperaturabhängigkeit der Raman-Streuung.- 10.2.6 Raman-Streuung an ungeordneten Systemen.- 10.2.7 Resonanz-Raman-Streuung und elektronische Raman-Streuung.- 10.3 Brillouin-Streuung und Rayleigh-Streuung.- 10.3.1 Grundlagen der Brillouin-Streuung.- 10.3.2 Experimentelle Ergebnisse der Brillouin-Streuung.- Übungsaufgaben.- 11. Infrarotspektroskopie.- 11.1 Strahlenquellen, optische Komponenten und Detektoren im Infrarot.- 11.2 Dispersive Infrarotspektroskopie.- 11.3 Fourier-Spektroskopie.- 11.4 Beispiele aus der Festkörperphysik.- 11.4.1 Untersuchungen an Molekülen und an vielkristallinen Materialien.- 11.4.2 Infrarotabsorption und Reflexion an Kristallen.- 11.4.3 Abgeschwächte Totalreflexion.- 11.4.4 Untersuchungen an Halbleitern.- 11.4.5 Eigenschaften von Metallen im IR.- Übungsaufgaben.- 12. Spinresonanzspektroskopie.- 12.1 Magnetische Momente von Atomen und Kernen in Kristallen.- 12.2 Kinematische Beschreibung der Spinresonanz.- 12.2.1 Resonanzabsorption.- 12.2.2 Induktion in eine Sensorspule.- 12.3 Lösungen der Bloch-Gleichungen für die Resonanzabsorption.- 12.4 Elektronenspinresonanz.- 12.5 Kernspinresonanz.- 12.6 Kernquadrupolresonanz.- 12.7 Doppelresonanzexperimente: Dynamische Kernpolarisation (DNP) und Elektron-Kernspin Doppelresonanz (ENDOR).- 12.7.1 Dynamische Kernpolarisation.- 12.7.2 Elektron-Kernspin Doppelresonanz (ENDOR).- Übungsaufgaben.- 13. Ultraviolett— und Röntgenspektroskopie.- 13.1 Röntgen-Strahlung.- 13.2 Synchrotronstrahlung.- 13.3 Spektrometer und Detektoren.- 13.4 Photoelektronenspektroskopie (XPS, UPS, ESCA, AUGER).- 13.5 Feinstruktur-Röntgen-Strahlabsorption (EXAFS).- übungsaufgabe.- 14. Spektroskopie mit ?-Strahlen.- 14.1 Mössbauer-Spektroskopie.- 14.1.1 Grundlagen der Mössbauer-Spektroskopie.- 14.1.2 Strahlenquellen und Detektoren.- 14.1.3 Ergebnisse der Mössbauer-Spektroskopie.- 14.2 Gestörte Winkelkorrelation.- 14.2.1 Grundlagen der gestörten Winkelkorrelation.- 14.2.2 Ergebnisse von Untersuchungen mit gestörter Winkelkorrelation.- Übungsaufgabe.- 15. Spektroskopie mit geladenen Teilchen.- 15.1 Elektronen-Energieverlustspektroskopie.- 15.1.1 Elektronen-Energieverlust in Festkörpern.- 15.1.2 Elektronen-Energieverlustspektrometer.- 15.1.3 Experimentelle Ergebnisse.- 15.2 Spektroskopie mit Positronenvernichtung.- 15.2.1 Positronen im Festkörper.- 15.2.2 Positronenquellen und Spektrometer.- 15.2.3 Experimentelle Ergebnisse der Spektroskopie mit Positronenvernichtung.- 15.3 ?-Meson Spektroskopie.- 15.3.1 ?-Mesonen und ?-Meson-Spin-Rotation.- 15.3.2 Einfluß interner Felder.- 15.3.3 Experimentelle Ergebnisse.- 15.4 Tunnelspektroskopie.- 15.4.1 Der Tunneleffekt im Festkörper.- 15.4.2 Die Tunneldiode.- 15.4.3 Spektroskopie der Zustandsdichte im supraleitenden Zustand.- Übungsaufgaben.- 16. Neutronenstreuung.- 16.1 Elastische Neutronenstreuung.- 16.2 Inelastische Neutronenstreuung.- Literatur.