Kristalle und andere feste Stoffe

Zusammenfassung

Was haben die Kirchenfenster von Chagall mit Nanoteilchen zu tun? Welche Kristallgitter gibt es, und was sind Quasikristalle? Und wie funktionieren Leuchtdioden? Festkörper sind ein spannendes Forschungsgebiet der Physik. Während in einem einzelnen Atom das Verhältnis zwischen Atomkern und Elektronen klar geregelt ist – ein Kern in der Mitte, die Elektronen bewegen sich um ihn herum – sieht es in größeren Verbänden von vielen Atomen schon anders aus. In solchen Festkörpern können Elektronen von Kern zu Kern gereicht werden, sich mit anderen Elektronen zusammenschließen oder sich gar – ganz den Gesetzen der Quantenmechanik folgend – über einen großen Bereich ausdehnen, sodass ihr exakter Aufenthaltsort fast völlig unbestimmt ist. Es ist dieses vielfältige Verhalten, das Kristallen und anderen Festkörpern ihre mannigfaltigen Eigenschaften verleiht. Ob es nun die besondere Festigkeit von Diamant oder die elektrische Leitfähigkeit von Eisen ist oder die Tatsache, dass Strom in bestimmten Materialien nur in eine Richtung fließen kann oder dass die brillante Leuchtkraft der Kirchenfenster von Chagall durch Plasmonenanregungen zustande kommt – all dies ist auf die Vielseitigkeit der Elektronen in diesen Stoffen zurückzuführen. In diesem Kapitel werden wir einige der spannendsten Festkörperthemen kurz vorstellen.