Φυσική Στερεάς Κατάστασης

Πρόλογος ελληνικής έκδοσης

Το βιβλίο «Φυσική Στερεάς Κατάστασης – Εισαγωγή στις Αρχές της Επιστήμης των Υλικών» αποτελεί την ελληνική έκδοση του βιβλίου «Festkörperphysik» των καθηγητών H. Lüth και H. Ibach του Πανεπιστημίου του Aachen της Γερμανίας και καλύπτει τόσο τις βασικές αρχές της Φυσικής Στερεάς Κατάστασης όσο και μια πλειάδα εννοιών των ιδιοτήτων της Φυσικής των Υλικών.
Το βιβλίο είναι το κατάλληλο διδακτικό εγχειρίδιο για τη μελέτη της Φυσικής Στερεάς Κατάστασης και των αρχών της Επιστήμης Υλικών και απευθύνεται τόσο σε φοιτητές Τμημάτων Φυσικής ή Επιστήμης των Υλικών των Πανεπιστημίων, όσο και των αντίστοιχων Τμημάτων των Πολυτεχνικών Σχολών με προσανατολισμό την Τεχνολογία και την Μελέτη των Υλικών.
Η ενθουσιώδης υποδοχή και η ευρύτατη χρήση του από πάρα πολλά πανεπιστήμια σε όλο τον κόσμο ως διδακτικό εγχειρίδιο, είτε στη μητρική γερμανική του έκδοση ως «Festkörperphysik» είτε στην αγγλική του έκδοση ως «Solid-State Physics, An Introduction to Principles of Materials Science», παράλληλα με την απουσία αντίστοιχου ελληνόγλωσσου εγχειριδίου, ώθησε την ελληνική ομάδα να προχωρήσει στην απόδοσή του και στα ελληνικά.
Το βιβλίο χαρακτηρίζεται από την πετυχημένη προσπάθεια των συγγραφέων να κάνουν έναν άριστο συνδυασμό ενός επαρκούς και κατανοητού θεωρητικού υποβάθρου, το οποίο και συγκρίνουν με αντίστοιχα επίκαιρα πειραματικά αποτελέσματα. Η παρουσία επιλεγμένων ένθετων ενισχύει σημαντικά την πληρότητα του κειμένου και συνάμα εξοικειώνει τον φοιτητή με τις αντίστοιχες πειραματικές διατάξεις, παρέχοντάς του εναύσματα για περαιτέρω μελέτη. Τέλος παρουσιάζονται επίκαιρες τάσεις και εφαρμογές, όπως οι νανοδομές και τα μεταϋλικά.
Η παράθεση σημαντικού αριθμού επιλεγμένων προβλημάτων στο τέλος κάθε κεφαλαίου θα βοηθήσει τους φοιτητές να εμβαθύνουν και να κατανοήσουν τις επιμέρους έννοιες. Τα προβλήματα είναι έτσι επιλεγμένα, ώστε να ωθούν τους φοιτητές σε περαιτέρω μελέτη και αναζήτηση στη βιβλιογραφία και να καταδεικνύουν τη διασύνδεση μεταξύ των διάφορων πεδίων της Φυσικής Στερεάς Κατάστασης και Τεχνολογίας.
Η πρώτη ελληνική απόδοση πραγματοποιήθηκε με τη συνεχή υποστήριξη και ενθάρρυνση των εκδόσεων ΖΗΤΗ. Τους ευχαριστούμε από τη θέση αυτή.

Περιεχόμενα

Κεφάλαιο 1: Oι χημικοί δεσμοί στα στερεά

1. Ο περιοδικός πίνακας των στοιχείων
2. Ομοιοπολικός δεσμός
3. Ιοντικός δεσμός
4. Ο μεταλλικός δεσμός
5. Ο δεσμός του υδρογόνου
6. O Δεσμός van der Waals
7. Προβλήματα

Κεφάλαιο 2: Δομή της στερεάς ύλης

1. Το κρυσταλλικό πλέγμα
2. Συμμετρία χώρου ή σημείου
   • Ανάκλαση σε επίπεδο
   • Αναστροφή
   • Άξονες περιστροφής
   • Άξονες περιστροφής – αναστροφής
3. Οι 32 κρυσταλλικές τάξεις (ομάδες σημείου)
4. Η σπουδαιότητα της συμμετρίας
5. Απλές κρυσταλλικές δομές
   • Η ολοεδρικά κεντρωμένη κυβική δομή
   • Η εξαγωνική πυκνή επιστοίβαση
   • Η ενδοκεντρωμένη κυβική δομή
   • Η δομή του διαμαντιού
   • Η δομή Zinc Blende
   • Ιονικές δομές
   • Φασικά διαγράμματα κραμάτων
   • Ατέλειες στα στερεά
   • Προβλήματα

Κεφάλαιο 3: Περίθλαση από περιοδικές δομές

1. Γενική θεωρία σκέδασης
2. Περιοδικές δομές και το αντίστροφο πλέγμα
3. Οι συνθήκες σκέδασης για περιοδικές δομές
4. Η ερμηνεία Bragg της συνθήκης Laue
5. Οι ζώνες του Brillouin
6. Ο παράγοντας δομής
7. Μέθοδοι της δομικής ανάλυσης
   • Τύποι ανιχνευτικών δεσμών
   • Διεργασίες για τον προσδιορισμό της δομής
   • Προβλήματα

Ένθετο Ι: Πειράματα περίθλασης με διάφορα σωμάτια

1. Ηλεκτρόνια
2. Ατομικές δέσμες
3. Νετρόνια

Ένθετο ΙΙ: Συμβολομετρία και τοπογραφία ακτίνων Χ

Κεφάλαιο 4: Δυναμική των ατόμων εντός των κρυστάλλων

1. Το δυναμικό
2. Η εξίσωση κίνησης
3. Γραμμική διατομική αλυσίδα
4. Σκέδαση από χρονικά μεταβαλλόμενες δομές – Φασματοσκοπία φωτονίων
5. Ελαστικές ιδιότητες των κρυστάλλων
6. Προβλήματα

Ένθετο ΙΙI: Φασματοσκοπία Raman

Κεφάλαιο 5: Θερμικές ιδιότητες

1. Η πυκνότητα καταστάσεων
2. Θερμική ενέργεια αρμονικού ταλαντωτή
3. Ειδική Θερμότητα
4. Φαινόμενα λόγω αναρμονικότητας
5. Θερμική διαστολή
6. Θερμική αγωγιμότητα φωνονίων
7. Προβλήματα

Ένθετο ΙV: Πειράματα σε χαμηλές θερμοκρασίες

Κεφάλαιο 6: «Ελεύθερα» ηλεκτρόνια στα στερεά

1. Το αέριο των ελεύθερων ηλεκτρονίων σε ένα απείρου βάθους τετραγωνικό πηγάδι δυναμικού
2. Το αέριο Fermi σε θερμοκρασία Τ=0 Κ
3. Η στατιστική Fermi
4. Η ειδική θερμοχωρητικότητα των ηλεκτρονίων στα μέταλλα
5. Ηλεκτρονική θωράκιση σε ένα αέριο Fermi – Η μετάβαση Mott
6. Η θερμιονική εκπομπή ηλεκτρονίων από μέταλλα
7. Προβλήματα

Κεφάλαιο 7: Η ηλεκτρονική δομή των στερεών

1. Γενικές ιδιότητες της συμμετρίας
2. Η προσέγγιση του σχεδόν ελεύθερου ηλεκτρονίου
3. Η προσέγγιση της ισχυρής σύζευξης
4. Παραδείγματα ηλεκτρονικών δομών
5. Η πυκνότητα καταστάσεων
6. Πυκνότητα καταστάσεων σε μη κρυσταλλικά στερεά
7. Προβλήματα

Ένθετο V: Φασματοσκοπία φωτοεκπομπής

• Πείραμα
• Φωτεινές πηγές
• Μηχανισμός φωτοεκπομπής
• Κανόνες επιλογής στην φασματοσκοπία φωτοηλεκτρονίων υπεριώδους (UPS)

Κεφάλαιο 8: Μαγνητισμός

1. Διαμαγνητισμός και παραμαγνητισμός
2. Η αλληλεπίδραση ανταλλαγής
3. Αλληλεπίδραση ανταλλαγής μεταξύ ελεύθερων ηλεκτρονίων
4. Tο μοντέλο των ταινιών για τον σιδηρομαγνητισμό
5. Η θερμοκρασιακή συμπεριφορά ενός σιδηρομαγνήτη στο μοντέλο των ταινιών
6. Σιδηρομαγνητική σύζευξη για εντοπισμένα ηλεκτρόνια
7. Αντισιδηρομαγνητισμός
8. Κύματα spin
9. Κρυσταλλική ανισοτροπία
   • Μαγνήτιση ενός δείγματος
   • Ανισοτροπία κυβικών και εξαγωνικών κρυστάλλων
   • Ανισοτροπία κυβικών και εξαγωνικών κρυστάλλων
   • Τοιχώματα περιοχών
10. Προβλήματα

Ένθετο VΙ: Μαγνητοστατικά κύματα spin

Ένθετο VΙI: Μαγνητισμός σε συστήματα λεπτών υμενίων και το φαινόμενο της γιγαντιαίας μαγνητοαντίστασης (GMR – Effect)

• Μαγνητική ανισοτροπία σε συστήματα λεπτών υμενίων
• Πόλωση ανταλλαγής
• Γιγαντιαία μαγνητοαντίσταση (GMR)

Κεφάλαιο 9: Κίνηση των ηλεκτρονίων και φαινόμενα μεταφοράς

1. Κίνηση των ηλεκτρονίων στις ταινίες και η ενεργή μάζα
2. Ρεύματα σε ταινίες και οπές
3. Σκέδαση των ηλεκτρονίων στις ταινίες
4. Η Εξίσωση Boltzmann και ο χρόνος αφηρέμησης
5. Η ηλεκτρική αγωγιμότητα των μετάλλων
6. Θερμοηλεκτρικά φαινόμενα
7. Ο νόμος των Wiedemann-Franz
8. Ηλεκτρική αγωγιμότητα εντοπισμένων ηλεκτρονίων
9. Κβαντική μεταφορά σε νανοδομές
   • Χαρακτηριστικά μήκη
   • Μονοδιάστατη μεταφορά
   • Ταλαντώσεις Aharonov-Bohm και Altshuler-Aronov-Spivak
   • Ασθενής εντοπισμός
   • Παγκόσμιες διακυμάνσεις της αγωγιμότητας
10. Προβλήματα

Ένθετο VΙΙΙ: Κβαντικές ταλαντώσεις και η τοπολογία των επιφανειών Fermi

Κεφάλαιο 10: Υπεραγωγιμότητα

1. Ορισμένα βασικά φαινόμενα που σχετίζονται με την υπεραγωγιμότητα
2. Φαινομενολογική περιγραφή μέσω των εξισώσεων London
3. Αστάθεια της «θάλασσας Fermi» και τα ζεύγη Cooper
4. H θεμελιώδης κατάσταση BCS
5. Το φάσμα διέγερσης ενός υπεραγωγού
6. Συνέπειες της θεωρίας BCS και σύγκριση με πειραματικά αποτελέσματα
7. Υπερρεύματα και κρίσιμα ρεύματα
8. Συνοχή της θεμελιώδους κατάστασης και το φαινόμενο Meissner-Ochsenfeld
9. Κβάντωση της μαγνητικής ροής
10. Υπεραγωγοί τύπου ΙΙ
11. Υπεραγωγοί «υψηλών θερμοκρασιών»
12. Προβλήματα

Ένθετο ΙΧ: Το φαινόμενο σήραγγας για ένα ηλεκτρόνιο στις επαφές υπεραγωγού

Ένθετο Χ: Φαινόμενο σήραγγας για ζεύγη Cooper – Το φαινόμενο Josephson

Κεφάλαιο 11: Διηλεκτρικές ιδιότητες των υλικών

1. Η διηλεκτρική συνάρτηση
2. Η απορρόφηση της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας
3. Η διηλεκτρική συνάρτηση ενός αρμονικού ταλαντωτή
4. Διαμήκεις και εγκάρσιοι κανονικοί τρόποι
5. Επιφανειακά κύματα σε ένα διηλεκτρικό
6. Ανακλαστικότητα ενός διηλεκτρικού ημι-επιπέδου
7. Τοπικό πεδίο
8. Καταστροφή λόγω πόλωσης και διηλεκτρικά
9. Το αέριο ελευθέρων ηλεκτρονίων
10. Διαταινιακές μεταπτώσεις
11. Εξιτόνια
12. Διηλεκτρικές απώλειες ηλεκτρονίων
13. Προβλήματα

Ένθετο ΧΙ: Καινοφανή oπτικά υλικά

• Αρνητικός δείκτης διάθλασης
• Μεταϋλικά

Ένθετο ΧΙΙ: Φασματοσκοπία υπερύθρου

Ένθετο ΧIΙΙ: Μέθοδος εξασθενημένης ολικής ανάκλασης

Κεφάλαιο 12: Ημιαγωγοί

1. Δεδομένα για ορισμένους σημαντικούς ημιαγωγούς
2. Πυκνότητα φορέων φορτίου σε ενδογενείς ημιαγωγούς
3. Ημιαγωγοί με προσμείξεις
4. Πυκνότητες φορέων σε ημιαγωγούς με προσμείξεις
5. Η αγωγιμότητα των ημιαγωγών
6. Η επαφή p-n και η επαφή Schottky μετάλλου-ημιαγωγού
   • Η Επαφή p-n σε Θερμική Ισορροπία
   • Η πολωμένη επαφή p-n-ανόρθωση
   • Η επαφή Schottky μετάλλου / ημιαγωγού
7. Ετεροεπαφές και υπερδομές ημιαγωγών
8. Σημαντικές διατάξεις ημιαγωγών
   • Το διπολικό τρανζίστορ
   • Τρανζίστορ επίδρασης πεδίου (FET)
   • Laser ημιαγωγών
9. Προβλήματα

Ένθετο ΧΙV: Το φαινόμενο Hall

Ένθετο ΧV: Συντονισμός κύκλοτρον στους ημιαγωγούς

Ένθετο ΧVI: Ταλαντώσεις Shubnikov-de Haas και κβαντικό φαινόμενο Hall

Ένθετο ΧVII: Επιταξία ημιαγωγών

Ένθετο ΧVIII: Προετοιμασία νανοδομών

Βιβλιογραφία
Ευρετήριο όρων
Πίνακας σταθερών
Ισοδύναμες τιμές
Περιοδικός πίνακας