Festkörperphysik

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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 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.

Supraleiter gehören zum Forschungsgebiet der Festkörperphysik.

Erscheinungsformen von Festkörpern[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Kristalline Festkörper[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Vier Beispiele für kristalline Festkörper: Coltan, Kassiterit, Wolframit und Gold

Die Physik kristalliner Festkörper (Kristallphysik) befasst sich mit Festkörpern, die einen periodischen Aufbau aufweisen.

Teilkristalline Substanz[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Eine teilkristalline Substanz, die zwar eine gewisse Nahordnung im Bereich von 4,5 bis 6 nm aufweist, im Gegensatz zu einem Kristall aber keine ausgeprägte Fernordnung, ist ein Parakristall.

Amorphe Festkörper[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Metallisches Glas ist ein amorpher Festkörper.

Die Physik amorpher Festkörper befasst sich mit Festkörpern, die keine Fernordnung aufweisen.

Grenzflächenphysik[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Die Grenzflächenphysik befasst sich mit den Besonderheiten an Grenzflächen, die Oberflächenphysik ist ein Spezialfall der Grenzflächenphysik bei Grenzflächen zum Vakuum. Die physikalischen Eigenschaften der wenigen Atomlagen nahe der Grenzfläche unterscheiden sich aufgrund der nicht-periodischen Randbedingungen von der Physik im Inneren, das auch Volumen-Festkörper genannt wird.[1]

Ordnungszustände in Festkörpern[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Hauptartikel: Nahordnung und Fernordnung

Bei der Beschreibung der Regelmäßigkeit im Aufbau des Festkörpers betrachtet man einerseits die Nahordnung im Bereich weniger Nanometer und andererseits die Fernordnung, die sich auf weit größere Entfernungen bezieht.

Nahordnung bis Fernordnung in Festkörpern
Zustand Reichweite der Ordnung Beispiel
amorph (Nahordnung) nächste und übernächste Teilchen Glas
nanokristallin Nanometer Parakristall
mikrokristallin Mikrometer Quarz
polykristallin Millimeter Polykristalliner Diamant
monokristallin (Fernordnung) Zentimeter monokristalline Ingots

Themengebiete moderner Forschung[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Literatur[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  • 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.

Einzelnachweise[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  1. Horst-Günter Rubahn, Frank Balzer: Laseranwendungen an harten und weichen Oberflächen. Springer-Verlag, 2005, ISBN 978-3-519-00490-5, S. 1 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
  2. Andreas Battenberg (Red.): Supraleitung im Land der „schweren Elektronen“. Wechselspiel von elektronischem Magnetismus, Kernspins und Supraleitung. In: Nachrichten aus dem Physik-Department. Physik-Department · Technische Universität München, 1. Februar 2016, abgerufen am 19. September 2016.