Inhalt PEP5, Folien zur Vorlesung

Vorbemerkungen

1.   Molekülbindung

• 1.1 Kovalente Bindung
• Austauschwechselwirkung
• H2+-Molekül
• Bindende und antibindende Molekülorbitale
• H2-Molekül
• Heitler/London-Theorie
• 1.2 Hybridisierung
• sp3- und sp2-Hybridorbitale
• Externer Link: Animation zur Hybridisierung
• CH4, H20, NH3, C6H6
• C60

2.   Molekülanregungen

• 2.1 Rotationen
• CO Molekül
• Optische Spektroskopie
• Dipol-Auswahlregeln
• 2.2 Vibrationen
• zweiatomige Moleküle
• lineare Moleküle CO2
• lineare Moleküle HCN
• H2O
• 2.3 Elektronische Anregungen
• Franck-Condon Prinzip
• elektronische Banden
• Link: Gerhard Herzberg: Nobel Lecture

3.   Bindungen im Festkörper

• 3.1 Van-der-Waals Kräfte
• Lennard-Jones Potential
• Link: Functional Adhesive Surfaces with‘‘Gecko’’ Effect (Kampermann et al.)
• 3.2 Ionische Bindung
• Madelungenergie
• Evjen-Zellen
• 3.3 Kovalente Bindung
• Attrotrope des Kohlenstoff
• Link: Awesome allotropy (Editorial, Nature Materials 2010)
• Link: Illustrated slides, Nobel Prize in Chemistry 1996 for the discovery of fullerenes
• 3.4 Metallische Bindung
• Delokalisierung
• Fermi-Energie
• 3.5 Wasserstoffbrückenbindungen

4. Struktur und Strukturbestimmung

• 4.1 Kristallgitter
• Kristall, Punktgitter
• Primitive Einheitszelle, Wigner-Seitz Zelle
• Translationssymmetrie, Punktgruppen
• Literatur für Interessierte: R.C. Powell: Symmetry, Group Theory, and the Physical Properties of Crystals: via HEIDI)
• Quasikristalle
• Link: Nobelpreis Chemie 2011
• Link: Video explaining quasi-crystals - 60 symbols, U Nottingham
• Kristallklassen, Raumgruppen
• Link: Visualisierung von Kristallstrukturen
• Für Interessierte: Bilbao crystallographic server
• 4.2 Reale Kristalle
• Defekte (Punktedefekte, Schraubenversetzungen, Stufenversetzungen)
• Amorphe Festkörper (Nah-/Fernordnung)
• Kristallzüchtung
• 4.3 Strukturbestimmung und reziprokes Gitter
• Reziprokes Gitter, Brillouinzone (Link1: Link: N. Akopian, Beispiele von BZen, Link2: BZ-Applet, TU Graz)
• Miller-Indices
• Strukturbestimmung durch Diffraktion: X-rays, Neutronen, Elektronen, Atome
• Bragg Gesetz und Laue-Bedingung (Nobelpreis 1914: M. v. Laue, Nobelpreis 1915: W.H. and W.L. Bragg, Nobelpreis 1937: Elektronendiffration)
• Ewald Konstruktion
• Experimente Methoden (Links: Synchrotron: Diamond Light Source, Neutronendiffraktometer: 2Achsen-Diffraktometer am ILL Grenoble
• Transmissionselektronenmikroskopie (Link: Nobel prize 1986)

5. Gitterdynamik

• 5.1 Lineare Kette
• Gitterpotential - harmonisch (?)
• 5.2 Dispersion, optische und akustische Phononen, Anregungslücke
• 5.3 Messung der Phonenendispersion
• Link: Phonon dispersion database
• Inelastische Neutronenstreuung
• Link: Inelastic neutron scattering, ILL, Grenoble
• Link: Nobelpreis Physik 1994
• 5.4 Zustandsdichte
• Einstein-Modell, Debye-Modell
• Link: Nobelpreis 1936 Chemie: P. Debye
• 5.5 Spezifische Wärme von Isolatoren
• 5.6 Phononische Wärmeleitung

6. Leitungselektronen und Bändermodell

• 6.1 Freies Elektronengas/Sommerfeld-Modell
• Fermifläche, Zustandsdichte
• Spezifische Wärme des freien Elektronengases
• 6.2 Elektronen im periodischen Potential
• Bloch-Theorem, Bloch-Elektronen
• Link: Felix Bloch: Über die QM der Elektronen in Kristallgittern, 1928
• "Leeres" Gitter V=0
• Schwaches Potential: fast freie Elektronen
• Bandlücke, Bandstruktur
• Nobelpreis 2010: Graphen
• Fermiflächen, Photoemissionsspektroskopie
• Link: PES Spektrometer Spring8, Japan
• 6.3 Dynamik von Bandelektronen
• Effektive Masse
• 6.4 Elektrische und thermische Leitfähigkeit in Metallen
• Beschleunigungstheorem, Elektronenbewegung im E-Feld
• Bloch-Oszillationen
• Weiterführend: Publikation Leo1997
• Thermische Leitfähigkeit in Metallen; Wiedemann-Franz-Gesetz

7. Supraleitung

• Link: www.superconductors.org
• Grundlegende Eigenschaften
• Supraleiter 1. und 2. Art
• Link: Bilder von Abrikosov-Gittern
• Link: Nobelpreis 2003 Theorie Supraleitung
• Phänomenologische Beschreibung (London)
• Link: SL Levitation
• Link: SL Levitation 2
• Mikroskopische Theorie (BCS)
• Link: Nobelpreis 1972 BCS
• Link: Nobelpreis 1987 Hochtemperatursupraleiter
• Cooper-Paare
• Supraleitung - Energielücke
• Link: Nobel laureate vs. grad student: a story about Bardeen and Josephson
• Statt einer Zusammenfassung: Emergent universe - SC dance flashmob

8. Halbleiter

• Intrinsische Halbleiter
• Exzitonen
• Direkte, indirekte Halbleiter
• Massenwirkungsgesetz für Halbleiter
• Dotierte Halbleiter
• H-Modell für Störstellen
• pn-Übergang
• Solarzelle, Leuchtdiode, Transistor
• Nobelpreis 2000: Halbleiter-Heterostrukturen
• Nobelpreis 1998: Fractional Quantum Hall Effekt
• Nobelpreis 2014: Blaue Leuchtdioden

9. Dielektrische und optische Eigenschaften von Festkörpern

• Dielektrische Suszeptibilität
• Atomare Polarisierbarkeit
• Polare Medien
• Ionenkristalle
• Metalle, Plasmafrequenz, Plasmonen
• Ferroelektrizität