Festkörperphysik

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

Kristalline Festkörper

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

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

• Die Kristallstruktur repräsentiert die statische periodische Ordnung im kristallinen Festkörper.
  Siehe auch: Kristallographie
• 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 etc.).
• Die magnetischen Anregungen beschreiben die Dynamik der magnetischen Ordnung. Die zugehörigen Quasiteilchen heißen Magnonen.

Teilkristalline Substanz

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

Metallisches Glas ist ein amorpher Festkörper.

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

• Glas
• Unterkühlte Schmelze

Grenz- und Oberflächenphysik

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.

Die Oberflächenphysik ist ein Teilgebiet der Festkörperphysik und beschäftigt sich mit der Topographie, der Geometrie, der Bandstruktur und der Adsorption von Stoffen an Oberflächen von Festkörpern.

Unter der Oberfläche eines kristallinen Festkörpers versteht man den Bereich der Grenzfläche, in dem sich die geometrische und elektronische Struktur wesentlich von der des Volumen-Festkörpers unterscheidet, das sind im Wesentlichen einige wenige Atomlagen von der Grenzfläche aus gezählt.

Ordnungszustände in Festkörpern

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.

Themengebiete moderner Forschung

• Spin-Glas
• Quasikristalle
• Hochtemperatursupraleiter
• „Heavy-Fermion“-Systeme

Wikipedia.de
Seite zurück
©  biancahoegel.de
Datum der letzten Änderung:  Jena, den: 05.12. 2023