„Festkörperphysik“ – Versionsunterschied
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Ein '''Parakristall''' ist ein Modell für eine teilkristalline Substanz, die zwar eine gewisse [[Nahordnung]] im Bereich von 4,5 bis 6 [[Nanometer|nm]] aufweist,<ref>M. Popescu and H. Bradaczek, Microparacrystalline model for medium-range order in non-crystalline chalcogenides, J. Optoelectronics and Advanced Materials 3 (2001) 249-254</ref> im Gegensatz zu einem [[Kristall]] aber keine ausgeprägte [[Fernordnung]] hat. |
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Das kann beispielsweise ein Kristall nahe seines [[Schmelzpunkt]]es sein, bei dem sich die periodische Ordnung seiner Atomgruppen durch Erhitzung in Auflösung befindet. Die Anordnung dieser Atomgruppen verändert sich dabei nicht sprunghaft. Ein anderes Beispiel sind [[Polymer]]e mit semi-kristallinen und amorphen (strukturlosen) Bereichen. |
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Die Beugung von Röntgen-, Neutronen-, und Elektronenstrahlen an solchen Stoffen wird quantitativ von den Theorien des idealen<ref>{{Literatur |Autor=Rolf Hosemann |Titel=Röntgeninterferenzen an Strichgittern mit Flüssigkeitsunordnung |Sammelwerk=[[Zeitschrift für Physik]] |Band=127 |Nummer=1-2 |Datum=1950 |Seiten=16–40 |DOI=10.1007/BF01338981}}</ref><ref>{{Literatur |Autor=Rolf Hosemann |Titel=Röntgeninterferenzen an Stoffen mit flüssigkeitsstatistischen Gitterstörungen |Sammelwerk=[[Zeitschrift für Physik]] |Band=128 |Nummer=1 |Datum=1950 |Seiten=1–35 |DOI=10.1007/BF01339555}}</ref> und realen<ref>{{Literatur|Autor=R. Hosemann and S. N. Bagchi|Titel=Direct analysis of diffraction by matter|Hrsg=|Sammelwerk=|Band=|Nummer=|Auflage=|Verlag=North-Holland Pub. Co.; Interscience Publishers|Ort=Amsterdam; New York|Datum=1962|Seiten=|ISBN=|OCLC=1862561}}</ref> Parakristalls beschrieben. |
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| Text=Die Elektronendichteverteilung in irgendeinem Stoff entspricht immer dann derjenigen eines Parakristalls, wenn man jedem Baustein dieses Stoffes einen Idealpunkt zuordnen kann derart, dass die Abstandsstatistik dieser Idealpunkte von jedem beliebigen Bezugsidealpunkt dieselbe ist und die Elektronenkonfiguration jedes Bausteins um seinen Idealpunkt statistisch unabhängig von derjenigen der Nachbarbausteine erfolgt. Ein Baustein entspricht dann dem stofflichen Inhalt einer Zelle dieses ‚verwackelten‘ Raumgitters, das selbst als Parakristall anzusprechen ist. |
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| Autor=[[Rolf Hosemann]], 1950 |
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| Quelle=Zeitschrift für Physik |
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| ref=<ref name="hosemann3">{{Literatur |Autor=R. Hosemann |Titel=Der ideale Parakristall und die von ihm gestreute kohärente Röntgenstrahlung |Sammelwerk=[[Zeitschrift für Physik]] |Band=128 |Nummer=4 |Datum=1950 |Seiten=465–492 |DOI=10.1007/BF01330029}}</ref> |
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Quantitative Differenzen von Analysen auf der Basis der Theorien des idealen und realen Parakristalls sind in der Praxis oft zu vernachlässigen.<ref>{{Literatur |Autor=R. Hosemann, W. Vogel, D. Weick, F. J. Baltá-Calleja |Titel=Novel aspects of the real paracrystal |Sammelwerk=[[Acta Crystallographica]] Section A |Band=37 |Nummer=1 |Datum=1981-01 |Seiten=85–91 |DOI=10.1107/S0567739481000156}}</ref> Die Wörter „paracystallinity“ und „paracrystal“ gehen auf [[Friedrich Rinne]] und das Jahr 1933 zurück.<ref>{{Literatur |Autor=Friedrich Rinne |Titel=Investigations and considerations concerning paracrystallinity |Sammelwerk=[[Transactions of the Faraday Society]] |Band=29 |Nummer=140 |Datum=1933-01 |Seiten=1016–1032 |ISSN=0014-7672 |DOI=10.1039/TF9332901016}}</ref> |
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=== Amorphe Festkörper === |
=== Amorphe Festkörper === |
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Die Physik [[Amorph|amorpher Festkörper]] befasst sich mit Festkörpern, die keine [[Fernordnung]] aufweisen. |
Die Physik [[Amorph|amorpher Festkörper]] befasst sich mit Festkörpern, die keine [[Fernordnung]] aufweisen. |
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== Ordnungszustände in Festkörpern == |
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'''Nahordnung''' ist in der [[Festkörperphysik]] eine nur bis zur Nähe regelmäßige Gruppierung von [[Teilchen]] um ein Bezugsteilchen. Mit der Entfernung nimmt die Ordnung jedoch ab, z. B. ein [[Molekül]] in einer Flüssigkeit oder ein [[Atom]] in einem [[amorph]]en [[Festkörper]]. Zur Beschreibung der Ordnung werden hauptsächlich die [[Bindungslänge]]n und [[Bindungslänge|-winkel]] zu den nächsten Nachbarn verwendet. |
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Den Idealfall einer reinen Nahordnung finden wir in Flüssigkeiten, bei der die Teilchenabstände ([[Atomabstand|Atom-]] oder Molekülabstände) konstant sind und die Bindungswinkel stark schwanken. Zum übernächsten Nachbarn gibt es nahezu keine [[Korrelation]] der Bindungswinkel mehr. |
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In der Natur tritt das gesamte Spektrum von Materialien zwischen reiner Nahordnung und [[Fernordnung]] auf. Bei den Festkörpern, z. B. dem [[Elementhalbleiter]] [[Silicium]], werden unterschieden: |
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Als '''Fernordnung''' bezeichnet man die regelmäßige und kontinuierliche endlose (bis in die Ferne) Anordnung von [[Molekül]]en oder [[Atom]]en in einem [[kristall]]inen [[Festkörper]], insbesondere in [[intermetallische Phase|intermetallischen Phasen]]. |
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Festkörper ohne Fernordnung bezeichnet man als [[Amorphes Material|''amorphe Festkörper'']] oder [[Glas]]. Sie verfügen nur über eine [[Nahordnung]], ebenso wie [[Flüssigkeit]]en. |
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Der Aufbau realer Kristalle weicht an vielen Stellen von einer idealen Fernordnung ab. Reale Kristalle – oder auch [[Kristallit|Kristallite]] genannt – enthalten also eine Vielzahl von [[Gitterfehler|Kristallfehlern]], ohne dabei den Charakter der Fernordnung zu verlieren. |
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* {{Literatur|Autor=[[Rudolf Gross (Physiker)|Rudolf Gross]], Achim Marx|Titel=Festkörperphysik|Verlag=De Gruyter|Ort= Berlin|Auflage=2.|Jahr = 2014|ISBN=978-3-11-035869-8}} |
* {{Literatur|Autor=[[Rudolf Gross (Physiker)|Rudolf Gross]], Achim Marx|Titel=Festkörperphysik|Verlag=De Gruyter|Ort= Berlin|Auflage=2.|Jahr = 2014|ISBN=978-3-11-035869-8}} |
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* {{Literatur|Autor=[[Charles Kittel]]|Titel = Einführung in die Festkörperphysik|Verlag= Oldenburg|Ort=München|Auflage=15.|Jahr = 2013|ISBN=978-3-486-59755-4}} |
* {{Literatur|Autor=[[Charles Kittel]]|Titel = Einführung in die Festkörperphysik|Verlag= Oldenburg|Ort=München|Auflage=15.|Jahr = 2013|ISBN=978-3-486-59755-4}} |
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* {{Literatur|Autor=Giuseppe Grosso|Titel=Solid State Physics|Verlag=Elsevier Ltd|Ort= Oxford|ISBN=978-0123850300 |
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|Auflage=2.}} |
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== Literatur zu Parakristallen == |
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|Autor=Richard Glocker |
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|Titel=Materialprüfung mit Röntgenstrahlen Unter besonderer Berücksichtigung der Röntgenmetallkunde |
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|Auflage=5., erw. |
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|Verlag=Springer |
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|Ort=Berlin, Heidelberg |
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|Datum=1971 |
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|Seiten=565 |
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|ISBN=3-642-87421-5}} |
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* {{Literatur |
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|Autor=Rolf Hosemann |
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|Titel=Mikroparakristalle in der Physik |
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|Sammelwerk=[[Physik Journal]] |
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|Band=34 |
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|Nummer=11 |
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|Datum=1978-11 |
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|Seiten=511–521 |
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* {{Literatur |
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|Autor=R. Hosemann, A. Fischer, M. Ralek |
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|Titel=Mikroparakristalle und Technologie |
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|Sammelwerk=[[Physik Journal]] |
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|Band=36 |
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|Nummer=11 |
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|Datum=1980-11 |
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|Seiten=334–336 |
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|DOI=10.1002/phbl.19800361104}} |
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== Weblinks == |
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*[http://www.spektrum.de/lexikon/physik/parakristall/10883 Parakristall, Spektrum Lexikon der Physik] |
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*[http://www.spektrum.de/lexikon/geowissenschaften/parakristall/11909 Parakristall, Spektrum Lexikon Geowissenschaften] |
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== Einzelnachweise == |
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Version vom 19. September 2016, 10:59 Uhr
Die Festkörperphysik befasst sich mit der Physik von Materie im festen Aggregatzustand. Von besonderer Bedeutung sind dabei kristalline Festkörper, das sind solche, die einen translationssymmetrischen (periodischen) Aufbau aufweisen, da diese Translationssymmetrie die physikalische Behandlung vieler Phänomene drastisch vereinfacht oder sogar überhaupt erst ermöglicht. Daher erfolgt die Anwendung des Modells des idealen Kristallgitters häufig auch dann, wenn die Bedingung der Periodizität nur sehr eingeschränkt, zum Beispiel nur sehr lokal erfüllt ist. Die Abweichung von der strengen Periodizität wird dann durch Korrekturen berücksichtigt.
Themengebiete
Kristalline Festkörper
Die Physik kristalliner Festkörper (Kristallphysik) befasst sich mit Festkörpern, die einen periodischen Aufbau aufweisen.
- Die Kristallstruktur repräsentiert die statische periodische Ordnung im kristallinen Festkörper.
- Die Gitterschwingungen beschreiben die Dynamik in der kristallinen Ordnung. Ihre Beschreibung verwendet häufig das Modell der Quasiteilchen. Bei Gitteranregungen werden diese Phononen genannt.
- Die auf die Elektronenhülle der regelmäßig angeordneten Atome zurückgehenden Eigenschaften führen zu Bändermodell und Bandstruktur, deren Parameter diverse makroskopische Eigenschaften (Optik usw.) berechenbar machen.
- Die magnetische Ordnung repräsentiert die statische Ordnung der magnetischen Momente im Festkörper (Diamagnetismus, Paramagnetismus, Ferromagnetismus, Antiferromagnetismus, Spindichtewellen, Magnetooptik etc.).
- Die magnetischen Anregungen beschreiben die Dynamik der magnetischen Ordnung. Die zugehörigen Quasiteilchen heißen Magnonen.
Parakristalle
Ein Parakristall ist ein Modell für eine teilkristalline Substanz, die zwar eine gewisse Nahordnung im Bereich von 4,5 bis 6 nm aufweist,[1] im Gegensatz zu einem Kristall aber keine ausgeprägte Fernordnung hat.
Das kann beispielsweise ein Kristall nahe seines Schmelzpunktes sein, bei dem sich die periodische Ordnung seiner Atomgruppen durch Erhitzung in Auflösung befindet. Die Anordnung dieser Atomgruppen verändert sich dabei nicht sprunghaft. Ein anderes Beispiel sind Polymere mit semi-kristallinen und amorphen (strukturlosen) Bereichen.
Die Beugung von Röntgen-, Neutronen-, und Elektronenstrahlen an solchen Stoffen wird quantitativ von den Theorien des idealen[2][3] und realen[4] Parakristalls beschrieben.
„Die Elektronendichteverteilung in irgendeinem Stoff entspricht immer dann derjenigen eines Parakristalls, wenn man jedem Baustein dieses Stoffes einen Idealpunkt zuordnen kann derart, dass die Abstandsstatistik dieser Idealpunkte von jedem beliebigen Bezugsidealpunkt dieselbe ist und die Elektronenkonfiguration jedes Bausteins um seinen Idealpunkt statistisch unabhängig von derjenigen der Nachbarbausteine erfolgt. Ein Baustein entspricht dann dem stofflichen Inhalt einer Zelle dieses ‚verwackelten‘ Raumgitters, das selbst als Parakristall anzusprechen ist.“
Quantitative Differenzen von Analysen auf der Basis der Theorien des idealen und realen Parakristalls sind in der Praxis oft zu vernachlässigen.[6] Die Wörter „paracystallinity“ und „paracrystal“ gehen auf Friedrich Rinne und das Jahr 1933 zurück.[7]
Amorphe Festkörper
Die Physik amorpher Festkörper befasst sich mit Festkörpern, die keine Fernordnung aufweisen.
Grenzflächenphysik
Die Grenzflächenphysik befasst sich mit den Besonderheiten an Oberflächen, die Oberflächenphysik ist ein Spezialfall der Grenzflächenphysik bei Grenzflächen zum Vakuum.
Ordnungszustände in Festkörpern
Nahordnung
Nahordnung ist in der Festkörperphysik eine nur bis zur Nähe regelmäßige Gruppierung von Teilchen um ein Bezugsteilchen. Mit der Entfernung nimmt die Ordnung jedoch ab, z. B. ein Molekül in einer Flüssigkeit oder ein Atom in einem amorphen Festkörper. Zur Beschreibung der Ordnung werden hauptsächlich die Bindungslängen und -winkel zu den nächsten Nachbarn verwendet.
Den Idealfall einer reinen Nahordnung finden wir in Flüssigkeiten, bei der die Teilchenabstände (Atom- oder Molekülabstände) konstant sind und die Bindungswinkel stark schwanken. Zum übernächsten Nachbarn gibt es nahezu keine Korrelation der Bindungswinkel mehr.
In der Natur tritt das gesamte Spektrum von Materialien zwischen reiner Nahordnung und Fernordnung auf. Bei den Festkörpern, z. B. dem Elementhalbleiter Silicium, werden unterschieden:
| Zustand | Reichweite der Ordnung |
|---|---|
| monokristallin (Fernordnung) | Zentimeter |
| polykristallin | Millimeter |
| mikrokristallin | Mikrometer |
| nanokristallin | Nanometer |
| amorph (Nahordnung) | nächste und übernächste Nachbarn |
Fernordnung
Als Fernordnung bezeichnet man die regelmäßige und kontinuierliche endlose (bis in die Ferne) Anordnung von Molekülen oder Atomen in einem kristallinen Festkörper, insbesondere in intermetallischen Phasen.
Festkörper ohne Fernordnung bezeichnet man als amorphe Festkörper oder Glas. Sie verfügen nur über eine Nahordnung, ebenso wie Flüssigkeiten.
Der Aufbau realer Kristalle weicht an vielen Stellen von einer idealen Fernordnung ab. Reale Kristalle – oder auch Kristallite genannt – enthalten also eine Vielzahl von Kristallfehlern, ohne dabei den Charakter der Fernordnung zu verlieren.
Literatur allgemein
- Rudolf Gross, Achim Marx: Festkörperphysik. 2. Auflage. De Gruyter, Berlin 2014, ISBN 978-3-11-035869-8.
- Charles Kittel: Einführung in die Festkörperphysik. 15. Auflage. Oldenburg, München 2013, ISBN 978-3-486-59755-4.
- Neil Ashcroft, David Mermin: Festkörperphysik. 3. Auflage. Oldenburg, München 2007, ISBN 978-3-486-58273-4.
- Gerd Czycholl: Theoretische Festkörperphysik: Von den klassischen Modellen zu modernen Forschungsthemen. 3. Auflage. Springer, 2008, ISBN 978-3-540-74790-1.
- Joseph Callaway: Quantum Theory of Solid State. 1. Auflage. Academic Press, New York und London, ISBN 978-0-12-155201-5.
- Giuseppe Grosso: Solid State Physics. 2. Auflage. Elsevier Ltd, Oxford, ISBN 978-0-12-385030-0.
Literatur zu Parakristallen
- Richard Glocker: Materialprüfung mit Röntgenstrahlen Unter besonderer Berücksichtigung der Röntgenmetallkunde. 5., erw. Auflage. Springer, Berlin, Heidelberg 1971, ISBN 3-642-87421-5, S. 565.
- Rolf Hosemann: Mikroparakristalle in der Physik. In: Physik Journal. Band 34, Nr. 11, November 1978, S. 511–521, doi:10.1002/phbl.19780341103.
- R. Hosemann, A. Fischer, M. Ralek: Mikroparakristalle und Technologie. In: Physik Journal. Band 36, Nr. 11, November 1980, S. 334–336, doi:10.1002/phbl.19800361104.
Weblinks
Einzelnachweise
- ↑ M. Popescu and H. Bradaczek, Microparacrystalline model for medium-range order in non-crystalline chalcogenides, J. Optoelectronics and Advanced Materials 3 (2001) 249-254
- ↑ Rolf Hosemann: Röntgeninterferenzen an Strichgittern mit Flüssigkeitsunordnung. In: Zeitschrift für Physik. Band 127, Nr. 1-2, 1950, S. 16–40, doi:10.1007/BF01338981.
- ↑ Rolf Hosemann: Röntgeninterferenzen an Stoffen mit flüssigkeitsstatistischen Gitterstörungen. In: Zeitschrift für Physik. Band 128, Nr. 1, 1950, S. 1–35, doi:10.1007/BF01339555.
- ↑ R. Hosemann and S. N. Bagchi: Direct analysis of diffraction by matter. North-Holland Pub. Co.; Interscience Publishers, Amsterdam; New York 1962, OCLC 1862561.
- ↑ R. Hosemann: Der ideale Parakristall und die von ihm gestreute kohärente Röntgenstrahlung. In: Zeitschrift für Physik. Band 128, Nr. 4, 1950, S. 465–492, doi:10.1007/BF01330029.
- ↑ R. Hosemann, W. Vogel, D. Weick, F. J. Baltá-Calleja: Novel aspects of the real paracrystal. In: Acta Crystallographica Section A. Band 37, Nr. 1, Januar 1981, S. 85–91, doi:10.1107/S0567739481000156.
- ↑ Friedrich Rinne: Investigations and considerations concerning paracrystallinity. In: Transactions of the Faraday Society. Band 29, Nr. 140, Januar 1933, ISSN 0014-7672, S. 1016–1032, doi:10.1039/TF9332901016.