Festkörperinneren

Festkörperinneren bezeichnet den inneren Bereich eines Festkörpers, der weitgehend von Oberflächeneffekten unbeeinflusst ist. In diesem Bereich ordnen sich Atome oder Molekülbausteine zu festen Strukturen, entweder als kristalline Anordnung mit regelmäßigen Gitterpunkten oder als amorphes Netzwerk ohne langreichweitende Ordnung. In idealen Kristallen bilden Bravais-Gitter und Einheitszellen die Bausteine; die Atome führen thermische Schwingungen aus, die als Phononen beschrieben werden. Die elektronischen Zustände verteilen sich in Bändern; der Übergang von Valenz- zu Leitungsband bestimmt elektrische Eigenschaften und hängt von Bandstruktur, Bandlücke und Dotierung ab.

Defekte im Festkörperinneren beeinflussen Materialeigenschaften stark. Punktdefekte wie Vacanzen oder Fremdatome, Versetzungen sowie Planedefekte wie Korngrenzen verursachen lokale Störungen der Ordnung. Diese Defekte verändern mechanische Festigkeit, plastische Verformung, elektrische Resistivität und Wärmeleitfähigkeit. Neben dem reinen Kristallgefüge spielen Mikrostrukturen wie Korngröße und Phasenanteile eine entscheidende Rolle für Bulk-Eigenschaften.

Das innere Verhalten wird durch Quantenmechanik beschrieben: Bloch-Theorem, Bandstruktur und Modelle wie Tight-Binding oder Näherung freier Elektronen liefern Einsichten in elektronische Eigenschaften. Phononen und Elektron-Phonon-Wechselwirkungen erklären Wärmeleitung und elektrischen Widerstand. Oberflächenphänomene treten separat auf und unterscheiden das Innere vom Rand des Festkörpers.

Die Kenntnis des Festkörperinneren ist zentral für Materialwissenschaft, Elektronik, Werkstofftechnik und Geowissenschaften, da sie die grundlegenden bulk-typischen Eigenschaften festlegt, die für Anwendungen maßgeblich sind.