E-book details

Elementy fizyki ciała stałego

Elementy fizyki ciała stałego

Władysław Bogusz

Ebook

W podręczniku omówiono zagadnienia dotyczące fizyki ciała stałego wraz z ich teoretycznym uzasadnieniem. Przedstawiono problematykę związaną z: wiązaniami w ciałach stałych, właściwościami cieplnymi ciał, elementami mechaniki kwantowej jako podstawowego narzędzia teorii wielu zagadnień związanych z ciałem stałym, teorią gazu elektronów swobodnych metali, właściwościami fizycznymi nadprzewodników i naturą zjawiska nadprzewodnictwa, podstawami teorii pasmowej ciał stałych ze szczególnym zastosowaniem do wyjaśnienia własności półprzewodników, właściwościami dielektryków i ich znaczeniem w przyrodzie i technice, klasyfikacją magnetyków i wyjaśnianiem zależności magnetyzmu od konfiguracji elektronów walencyjnych atomowych składników ciał stałych.

Przedmowa 7

1. Wprowadzenie. Wiązania w ciałach stałych 9

1.1. Wiadomości wstępne 9

1.2. Ogólna charakterystyka wiązań w ciałach stałych 14

1.3. Wiązanie jonowe 17

1.4. Wiązanie metaliczne 23

1.5. Wiązania cząsteczkowe 26

2. Podstawy mechaniki kwantowej 29

2.1. Równanie Schrödingera 31

2.2. Sens fizyczny i właściwości funkcji falowej 32

2.3. Operatory podstawowych wielkości fizycznych 33

2.3.1. Iloczyn skalarny w przestrzeniach funkcyjnych Hilberta 37

2.3.2. Wartość średnia operatora 38

2.3.3. Notacja Diraca 39

2.4. Przykłady rozwiązań równania Schrödingera 40

2.4.1. Potencjał stały 40

2.4.2. Próg potencjału 42

2.4.3. Bariera potencjału 44

2.4.4. Jednowymiarowa studnia potencjału 46

2.4.5. Oscylator kwantowy 49

2.4.6. Wnioski z kwantowej teorii atomu wodoru 52

2.4.7. Kilka uwag o atomach wieloelektronowych 56

2.5. Wiązanie kowalencyjne 59

3. Właściwości cieplne ciał stałych 67

3.1. Wstęp. Teoria Einsteina ciepła molowego 67

3.2. Drgania monoatomowej sieci krystalicznej 70

3.3. Drgania sieci krystalicznej o bazie dwuatomowej 73

3.4. Teoria Debye’a ciepła molowego sieci krystalicznej 76

3.5. Rozszerzalność cieplna ciał stałych 79

3.6. Przewodnictwo cieplne ciał stałych 81

4. Elektrony swobodne metalu 85

4.1. Teoria Drudego-Lorentza elektronów swobodnych metalu 85

4.2. Teoria Sommerfelda elektronów swobodnych metalu 87

4.3. Zastosowania metali 94

4.3.1. Napięcia kontaktowe. Zjawisko Seebecka 94

4.3.2. Zjawisko termoemisji 99

4.4. Przewodnictwo elektryczne metali 102

5. Nadprzewodnictwo 104

5.1. Temperatura krytyczna przejścia do stanu nadprzewodnictwa 105

5.2. Efekt Meissnera 107

5.3. Natura nadprzewodnictwa 109

5.3.1. Pary Coopera 110

5.3.2. Przerwa energetyczna w nadprzewodniku 111

5.4. Energia stabilizacji stanu nadprzewodnictwa 113

5.5. Równania Londonów 114

5.6. Koherencja fazowa elektronów nadprzewodnictwa – kwantowanie strumienia magnetycznego 118

5.7. Złącze Josephsona. SQUID 120

6. Teoria pasmowa ciał stałych. Półprzewodniki 122

6.1. Potencjał Kröniga-Penneya 125

6.2. Szerokość przerwy energetycznej 129

6.3. Masa efektywna nośników ładunku 131

6.4. Krawędź absorpcji 136

6.5. Koncentracja nośników ładunku w półprzewodnikach 138

6.6. Przewodność elektryczna półprzewodników 142

6.6.1. Przewodnictwo domieszkowe, donory i akceptory 145

6.7. Złącza półprzewodnik-metal i złącza p-n 147

6.7.1. Złącze Schottky’ego 147

6.7.2. Złącze p-n 150

6.8. Heterostruktury półprzewodnikowe 155

6.8.1. Heterostruktura n-N 156

6.8.2. Laser półprzewodnikowy 159

6.9. Kropki kwantowe 160

6.10. Pomiary koncentracji i ruchliwości nośników ładunku 163

6.11. Masa efektywna nośników ładunku 165

7. Dielektryki 168

7.1. Właściwości fizyczne dielektryków 168

7.2. Ferroelektryki 174

7.3. Funkcja dielektryczna 176

7.4. Klasyczna teoria dyspersji światła 180

8. Magnetyki 184

8.1. Podstawowe własności fizyczne magnetyków 184

8.2. Diamagnetyzm 186

8.3. Paramagnetyzm 188

8.3.1. Kwantowa teoria paramagnetyzmu 188

8.3.2. Paramagnetyzm elektronów swobodnych metali 192

8.4. Magnetyki silne 196

8.4.1. Ferromagnetyzm 196

8.4.2. Antyferromagnetyzm i ferrimagnetyzm 210

8.5. Materiały magnetyczne 212

Bibliografia 216

Skorowidz rzeczowy 217