Festkoerper

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WS 2012/13, HHU Duesseldorf, Prof. Dr. Mathias Getzlaff Vorlesung: <strong>Festkoerper</strong>physik, inoffizielle Mitschrift by: Christian Krause, Matr. 1956616 1 KRISTALLE – keine Coulomb-WW (WW nur mit Gitteratomen) – auch Nachweis leichter Elemente möglich – sehr unterschiedlicher Streuquerschnitt für verschiedene Elemente Beispiel: FeCo-Legierung, geordnet und ungeordnet, Auslöschung bei bcc für h+k+l=ungerade 1.3.2 Methoden der Röntgendiffraktometrie Wegen Bragg-Bedingung 2d sin ϑ = nλ Laue-Verfahren • kontinuierliches Röntgenspektrum (λ variabel) • feste Orientierung zwischen Röntgenlicht und Kristall (ϑ fest) → Punktmuster in Detektorebene • positiv: Bestimmung der Kristallsymmetrie und Orientierung • negativ: Strukturbestimmung, da oft Überlagerung von Reflexen verschiedener Ordnung Drehkristallverfahren • monochromatisches Röntgenlicht (λ fest) • Kristalldrehung (ϑ variabel) – Kristalldrehung um ϑ – Detektordrehung um 2ϑ Debye-Scherrer-Verfahren • monochromatisches Röntgenlicht (λ fest) • statt großem Einkristall viele kleine Einkristalle, d.h. feinkörnige einkristalline Pulverprobe • Netzebene der einzelnen Kristallite mit gleichen Miller-Indizes → Reflexion auf Kegelmantel um einfallenden Strahl mit Öffnungswinkel 2ϑ 1.4 Bindungskräfte in Festkörpern 1.4.1 Grundlagen Gravitation? Magnetische WW? Viel zu klein → Bindung nur durch elektrostatische WW Van-der-Waals-Bindung Bindung zwischen neutralen Atomen mit Edelgaskonfiguation der Elektronenhülle Ionische Bindung Bindung zwischen positiven und negativen Ionen jeweils mit Edelgaskonfiguration der Elektronenhülle kovalente Bindung Bindung zwsichen neutralen Atomen ohne Edelgaskonfiguration Seite 18
WS 2012/13, HHU Duesseldorf, Prof. Dr. Mathias Getzlaff Vorlesung: <strong>Festkoerper</strong>physik, inoffizielle Mitschrift by: Christian Krause, Matr. 1956616 1 KRISTALLE metallische Bindung Aotome geben Teil ihrer Elektronen ab, Positive Ionen im “See“ der Elektronen Wasserstoffbrückenbindung Spezieller Typ mit weitgehend ionischem Charakter Bindungsenergie • Energiedifferenz zwischen – Summe der Energie aller freien Atome / Moleküle – Gesamtenergie des daraus aufgebauten Festkörpers • Arbeit, um FK in seine Einzelteile zu zerlegen • Spanne: 3 Größenordnungen – Ne (Neon) 2kj/mol, 20 meV/Atom – W (Wolfram) 859 kJ/mol, 9 eV/Atom Direkter Zusammenhang mit BE • Schmelztemperatur: Mit steigender BE ⇒ steigende ST • Kompressibilität: Mit sinkender BE (weich) ⇒ steigende K 1.4.2 Van-der-Waals-Bindung • Neutrale Atome • Edelgaskonfiguration der Elektronenhülel: keine ionische Bindung, keine kovalente Bindung Im zeitlichen Mittel: kugelsymmetrische Ladungsverteilung → Schwerpunkt der Elektronenverteilung = Schwerpunkt der Kernladung Van der Waals: Bewegung der Elektronen → ständige Störung der kugelsymmetrischen Ladungsverteilung → zeitlich fluktuierende Dipole Elektrisches Feld des Dipols pA von Atom A induziert Dipol in benachbartem Atom B: pB → anziehende WW Epot ∝ pA pB = αAαB|E| 2 mit α = Polarisierbarkeit Epot = −c αA αB R 6 : kurzreichweitig und anziehend Bei kleinen Abständen: Überlapp der Elektronenorbitale → Abstoßung wegen Pauli-Prinzip. Insgesamt: “Lennard-Jones-Potential“ Epot(R) = a b − R12 R6 1.4.3 Lennard-Jones-Potential Epot = 4ε σ 12 − R σ 6 R Seite 19
Seite 1 und 2: WS 2012/13, HHU Duesseldorf, Prof.
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