Essenzielle Quantenmechanik

Peter Deák ist Professor für Physik and der Uni Bremen und forscht zu elektronischen Materialien. Er hat 25 Jahre Erfahrung in der Ausbildung von Physik- und Ingenieurstudenten und ist Autor bzw. Herausgeber mehrerer Bücher.

• Vorwort XI1 Einführung. Die klassische Physik und die Physik der Informationstechnologie 11.1 Der Zustand der Materie in der klassischen Physik 11.2 Axiome in der klassischen Physik 21.3 Stand undWirkung der klassischen Physik bis zum Ende des 19. Jahrhunderts 41.4 Physikalischer Hintergrund der High-Tech-Ara 71.5 Entwicklung der Physik im Spiegel der Beleuchtungstechnik 81.5.1 Die Gluhlampe 81.5.2 Die Entladungslampe 101.5.3 Leucht- und Laserdioden 111.6 Physikbedarf der Elektrotechnik heute und morgen 121.7 Wissen testen 152 Wärmestrahlung: Physik der Glühbirne und des Pyrometers 172.1 Warmestrahlung geheizter Korper 172.2 Energieverteilung des elektromagnetischen Feldes in einem Metallkasten bei TemperaturT 192.3 Bestimmung der Durchschnittsenergie pro Freiheitsgrad 202.4 Praktische Anwendungen des Planck’schen Strahlungsgesetzes 222.5 Bedeutung des Planck’schen Strahlungsgesetzes fur die Physik 242.6 Wissen testen 273 Photonen. Die Physik des Lasers 293.1 Der fotoelektrische Effekt 293.2 Praktische Anwendungen des Fotoeffekts 313.3 Der Compton-Effekt 323.4 Die Einstein’sche Photonhypothese 333.5 Planck’sches Strahlungsgesetz und die Photonen 343.6 Der Laser 363.7 Wissen testen 404 Elektronen. Die Physik der Entladungslampe 414.1 Die Entladungslampe 414.2 Frank-Hertz-Experiment 424.3 Modelle desWasserstoffatoms 444.4 Praktische Folgen der Energiequantelung fur die Entladungslampe 484.5 Die de Broglie-Hypothese 514.6 Das Davisson-Germer-Experiment 524.7 Teilchen-Welle-Dualismus des Elektrons 534.8 Wissen testen 555 Das Teilchenkonzept der Quantenmechanik 575.1 Teilchen undWellen in der klassischen Physik 575.2 Doppelspaltexperiment mit einem einzigen Elektron 605.3 Die Born-Jordan-Interpretation der Elektronenwelle 615.4 Die Heisenberg’sche Unscharferelation 615.5 Das Teilchenkonzept der Quantenmechanik 625.6 Die Skalenabhangigkeit der Physik 645.7 In Richtung einer neuen Physik 655.8 Wellennatur der Elektronen in der Elektrotechnik 665.9 Darstellung der Elektronenwelle 675.10 Wissen testen 686 Die quantenmechanische Messung. Postulate 1–3 716.1 Die Zustandsfunktion 726.2 Mathematische Begriffe bezuglich der Zustandsfunktionen 736.3 Die messbaren Grosen der Quantenmechanik 746.4 Mathematische Begriffe bezuglich der Operatoren 756.5 Die Messung in der Quantenmechanik 766.6 Wissen testen 827 Quantenmechanische Operatoren. Postulate 4–5. Übergang zwischen klassischer Mechanik und Quantenmechanik 837.1 Heisenberg’sche Vertauschungsrelationen 837.2 Die Schrodinger’sche Operatorwahl 847.3 Der Vektoroperator des Drehimpulses 857.4 Die zeitabhangige Schrodinger-Gleichung 877.5 Zeitentwicklung der physikalischen Grosen 887.6 Das Ehrenfest-Theorem 907.7 Wissen testen 928 Quantenmechanische Zustände 938.1 Ortseigenzustande 948.2 Impulseigenzustande 968.3 Stationare Zustande 978.4 Freie Bewegung 998.5 Gebundene Zustande 1018.6 Wissen testen 1059 Der Potenzialtopf: Grundlagemoderner Leuchtdioden 1079.1 Quantentopf LEDs 1079.2 Energieeigenwerte im Quantentopf 1099.3 Anwendung in LED und Detektoren 1139.4 Stationare Elektronenzustande im Potenzialtopf 1149.5 Unendlicher Potenzialtopf 1159.6 Der unendliche Quantentopf und das klassische Punktmassenkonzept 1179.7 Wissen testen 11910 Der Tunneleffekt und seine elektrotechnische Bedeutung 12110.1 Das Rastertunnelmikroskop 12110.2 Elektron an der Potenzialwand 12210.3 Feldemission, Leckstrome, Durchschlagsfeldstarke. Flash-Speicher 12710.4 Resonanztunneln. Quantum-FET, Kaskadenlaser 13010.5 Wissen testen 13511 Das Wasserstoffatom. Quantenzahlen. Elektronenspin 13711.1 Eigenzustande von Lz 13811.2 Eigenzustande von L2 13911.3 Energieeigenzustande des Elektrons imWasserstoffatom 14211.4 Drehimpuls der Elektronen. Der Spin 14711.5 Wissen testen 15112 Quantenmechanik fürMehrteilchensysteme. Chemische Eigenschaften der Atome. Quanteninformationstechnik 15312.1 Mehrteilchensysteme. Chemische Eigenschaften der Atome. Quanteninformationstechnik. 15312.2 Das Pauli-Prinzip 15412.3 Naherung unabhangiger Elektronen (Ein-Teilchen-Naherung) 15612.4 Atome mit mehreren Elektronen 15912.5 Chemische Eigenschaften der Atome 16012.6 Periodensystem der Elemente 16112.7 Bedeutung der Superpositionszustande fur die Zukunft der Elektronik 16312.8 Wissen testen 167Anhang A Formelsammlung aus der Newton’schenMechanik 169A.1 Grundbegriffe 169A.1.1 Punktmasse 169A.1.2 Bezugssytem 169A.1.3 Bahn 169A.1.4 Kinematik 170A.2 Newton’sche Axiome der klassischenMechanik 171A.3 Erhaltungsgesetze der dynamischen Grosen 171A.4 Beispiele: Dynamik des Teilchens unter verschiedenen Krafttypen 172A.4.1 Elektronen im homogenen Kraftfeld 172A.4.2 Harmonische Schwingung 173A.5 Wellen im elastischen Medium 173A.6 Wellenoptik 175A.6.1 Beugung am Doppelspalt 176A.6.2 Rontgenbeugung am Kristallgitter 176A.7 Energieverteilung unter vielen Teilchen im Gleichgewicht 177A.8 Kanonisch konjugierte Grosen 178A.9 Spezielle Relativitatstheorie 179Anhang B Mathematische Formelsammlung 181B.1 Zahlen 181B.2 Differenzial- und Integralrechnung 182B.3 Operatoren 184B.4 Differenzialgleichungen 185B.5 Vektoren undMatrizen 185Anhang C Notationsverzeichnis 187Richtig gelöst 193Mehr zum Thema 201Quellennachweis 203Stichwortverzeichnis 207