Die Struktur von Festkörpern

Zusammenfassung

Gehen Atome eine chemische Verbindung ein, so ergeben sich wohldefinierte Gleichgewichtsabstände, die durch das Minimum der Gesamtenergie charakterisiert sind. Bei einem Festkörper, gebildet aus gleichen Atomen, kann deshalb das Energieminimum nur dann erreicht werden, wenn von jedem Atom aus betrachtet die Umgebung gleich ist. Die Anordnung der Atome ist deshalb dreidimensional periodisch. Man bezeichnet diesen Zustand der Materie als kristallin. Entsprechendes gilt auch für Festkörper, die aus mehreren Elementen gebildet werden: Dort wiederholen sich bestimmte Baugruppen in periodischen Abständen. An die Periodizität knüpfen sich entscheidende festkörperphysikalische Eigenschaften und Untersuchungsmethoden. Im Hinblick auf die theoretische Beschreibung und das Verständnis ist die Periodizität eine außerordentliche Vereinfachung. Obgleich der reale Festkörper niemals exakt dreidimensional periodisch ist, benutzt man gerne den periodischen Festkörper als Modell für die Beschreibung und behandelt Abweichungen von der Periodizität als Störung. Dreidimensional periodische Anordnungen von Atomen, bzw. Baugruppen von Atomen, lassen sich auf sehr verschiedene Weise realisieren. Damit beschäftigen sich die Unterabschnitte 2.1–2.5.