Description
In dem vorliegenden Lehrbuch wird erstmals eine zusammenfassende Darstellung festkrperspektroskopischer Methoden und ihrer Verwendung zur Analyse der elektronischen und gitterdynamischen Struktur der Festkrper gegeben. Die Methoden erstrecken sich einerseits ber 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 Festkrperspektroskopie. Ziel des Lehrbuches ist es, dem Studenten und Leser allgemein einen einfachen und direkten Einstieg in die Methoden und Mglichkeiten einer modernen Festkrperspektroskopie zu vermitteln, der ihm die weitere Verfolgung wissenschaftlicher und technischer Arbeiten auf dem speziellen Fachgebiet ermglicht. 1. Einleitung.- 2. Grundlagen der Festkrperphysik.- 2.1 Kristalline Festkrper.- 2.2 Quantenmechanik freier Elektronen.- 2.3 Elektronen im periodischen Potential.- 2.4 Halbleiter.- 2.4.1 Elektronen und Lcher.- 2.4.2 Der pn-bergang.- 2.5 Tight-Binding und LCAO-Wellenfunktionen.- 2.6 Der metallische Zustand.- 2.6.1 Freie-Elektronen-Metalle.- 2.6.2 Fermi-Oberflchen.- 2.7 Phononen.- bungsaufgaben.- 3. Elektromagnetische Strahlung.- bungsaufgabe.- 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.- bungsaufgaben.- 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.- bungsaufgaben.- 6. Spektrale Zerlegung des Lichtes.- 6.1 Optische Filter.- 6.2 Monochromatoren und Spektrometer.- 6.2.1 Kenngren 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.- bungsaufgaben.- 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 Festkrpern mit freien Ladungstrgern.- 7.3.1 Dielektrische Funktion des freien Elektronengases.- 7.3.2 Einflu des Wellenvektors und dielektrische Funktionen komplexer Systeme.- 7.4 Experimentelle Bestimmung der dielektrischen Funktion (Ellipsometrie).- bungsaufgaben.- 8. Spektroskopie in sichtbaren und unmittelbar angrenzenden Spektralbereichen.- 8.1 Optische Absorption.- 8.1.1 Elektronische bergangswahrscheinlichkeit.- 8.1.2 Band-Band Absorption.- 8.1.3 Absorption aus Strstellen.- 8.2 Lumineszenz.- 8.2.1 Lumineszenz in Halbleitern.- 8.2.2 Lumineszenz aus Punktdefekten in Isolatoren.- bungsaufgaben.- 9. Symmetrieeigenschaften und Auswahlregeln in Kristallen.- 9.1 Symmetrie von Moleklen und Kristallen.- 9.2 Darstellung von Gruppen.- 9.3 Klassifizierung von Schwingungen.- 9.4 Unendlich ausgedehnte periodische Punktanordnungen und Raumgruppen.- 9.5 Quantenmechanische Auswahlregeln.- bungsaufgaben.- 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 Streuintensitt und Raman-Tensor.- 10.2.3 Longitudinale und transversale optische Moden und Polaritonen.- 10.2.4 Quantenmechanische Theorie der Raman-Streuung.- 10.2.5 Temperaturabhngigkeit 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.- bungsaufgaben.- 11. Infrarotspektroskopie.- 11.1 Strahlenquellen, optische Komponenten und Detektoren im Infrarot.- 11.2 Dispersive Infrarotspektroskopie.- 11.3 Fourier-Spektroskopie.- 11.4 Beispiele aus der Festkrperphysik.- 11.4.1 Untersuchungen an Moleklen und an vielkristallinen Materialien.- 11.4.2 Infrarotabsorption und Reflexion an Kristallen.- 11.4.3 Abgeschwchte Totalreflexion.- 11.4.4 Untersuchungen an Halbleitern.- 11.4.5 Eigenschaften von Metallen im IR.- bungsaufgaben.- 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 Lsungen der Bloch-Gleichungen fr 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).- bungsaufgaben.- 13. Ultraviolett- und Rntgenspektroskopie.- 13.1 Rntgen-Strahlung.- 13.2 Synchrotronstrahlung.- 13.3 Spektrometer und Detektoren.- 13.4 Photoelektronenspektroskopie (XPS, UPS, ESCA, AUGER).- 13.5 Feinstruktur-Rntgen-Strahlabsorption (EXAFS).- bungsaufgabe.- 14. Spektroskopie mit ?-Strahlen.- 14.1 Mssbauer-Spektroskopie.- 14.1.1 Grundlagen der Mssbauer-Spektroskopie.- 14.1.2 Strahlenquellen und Detektoren.- 14.1.3 Ergebnisse der Mssbauer-Spektroskopie.- 14.2 Gestrte Winkelkorrelation.- 14.2.1 Grundlagen der gestrten Winkelkorrelation.- 14.2.2 Ergebnisse von Untersuchungen mit gestrter Winkelkorrelation.- bungsaufgabe.- 15. Spektroskopie mit geladenen Teilchen.- 15.1 Elektronen-Energieverlustspektroskopie.- 15.1.1 Elektronen-Energieverlust in Festkrpern.- 15.1.2 Elektronen-Energieverlustspektrometer.- 15.1.3 Experimentelle Ergebnisse.- 15.2 Spektroskopie mit Positronenvernichtung.- 15.2.1 Positronen im Festkrper.- 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 Einflu interner Felder.- 15.3.3 Experimentelle Ergebnisse.- 15.4 Tunnelspektroskopie.- 15.4.1 Der Tunneleffekt im Festkrper.- 15.4.2 Die Tunneldiode.- 15.4.3 Spektroskopie der Zustandsdichte im supraleitenden Zustand.- bungsaufgaben.- 16. Neutronenstreuung.- 16.1 Elastische Neutronenstreuung.- 16.2 Inelastische Neutronenstreuung.- Literatur.
