FYZIKA KONDENZOVANÝCH LÁTEK
Lubomír Sodomka


                PŘEDMLUVA
0              ÚVOD 
0.1           Z historie fyziky pevných látek 
0.2           Struktura a vlastnosti pevných látek 
0.3           Literatura 
1.             ATOMOVÁ STRUKTURA PEVNÝCH LÁTEK 
1.1.          Periodická stavba pevných látek 
1.1.1.       Amorfní a krystalické látky 
1.1.2.       Základní pojmy krystalografie 
1.1.3        Reciproká mřížka 
1.2           Souměrnost krystalů 
1.2.1        Makroskopická souměrnost 
1.2.2        Krystalografické soustavy 
1.2.3        Mikroskopická souměrnost 
1.2.4        Krystaly vzniklé těsným uspořádáním atomů
1.2.5        Vazebné síly a vazby v pevných látkách 
1.2.5.1     Molekulární (van der Waalsovy) síly 
1.2.5.2     Coulombovské síly 
1.2.5.3     Výměnné síly 
1.2.5.4     Odpudivé síly 
1.2.5.5     Vodíková vazba (vodíkový můstek) 
1.3           Problémy 
1.4           Literatura 
2.             PORUCHY V PEVNÝCH LÁTKÁCH
2.1.          Bodové poruchy 
2.1.1        Elektronové poruchy 
2.1.1.1     Plazmony 
2.1.1.2     Cyklotrony, helikony, magnony 
2.1.2        Fotony 
2.1.3        Atomové poruchy 
2.1.3.1     Fonony 
2.1.3.2     Vakance a intersticiály 
2.1.3.3     Příměsové atomy v mřížce 
2.2           Čárové poruchy 
2.2.1        Dislokace 
2.2.1.1     Hranové a šroubové dislokace 
2.2.2.       Disklinace 
2.3.          Mozaiková struktura krystalu 
2.4           Problémy 
2.5.          Literatura 
2.5.          Literatura 
3              METODY URČOVÁNÍ STRUKTURY PEVNÝCH  LÁTEK 
3.1           Metoda otáčivého krystalu 
3.2           Metoda prášková 
3.3           Laueova metoda 
3.4           Elektronová difrakce 
3.5           Neutronová difrakce 
3.6.          Intenzita difraktovaného záření 
3.7           Určování poruch ve struktuře pevných látek 
3.8           Metody zviditelňování dislokací 
3.9.          Problémy
3.10         Literatura 
4.             MECHANICKÉ VLASTNOSTI 
4.1           Elastická deformace 
4.2           Plastická deformace 
4.2.1        Dvojčatění 
4.3           Viskózní deformace 
4.3.1        Klasifikace viskózních látek 
4.3.2        Reologické rovnice 
4.3.2.1     Eyringova relaxační rovnice 
4.3.3        Reologické modely 
4.3.3.1     Maxwellův model 
4.3.3.2     Voigtův-Kelvinův model 
4.3.4        Dynamické chování reologických pevných látek 
4.4           Rozrušování pevných látek 
4.4.1        Teoretická pevnost 
4.4.2        Činitele ovlivňující lom, vliv mikrotrhlin 
4.4.3        Úloha plastické deformace při lomu 
4.4.3.1     Šíření trhliny 
4.4.3.2     Iniciace trhliny 
4.5           Superplasticita kovů 
5.             KMITY MŘÍŽKY A MĚRNÉ TEPELNÉ KAPACITY 
5.1           Elastické vlny v pevných látkách 
5.2           Elastické vlny v krystalových mřížkách 
5.3           Stojaté vlny v lineárním řetězci atomů. Fonony 
5.3.1        Elastické vlny v lineárním řetězci se dvěma druhy atomů 
5.4.          Měrné tepelné kapacity 
5.5           Nesouměřitelné struktury 
5.6           Akustická (fononová) emise 
5.7           Problémy 
5.8           Literatura 
6.             ELEKTRONOVÉ VLASTNOSTI PEVNÝCH LÁTEK 
6.1           Energetický model atomů a pevných látek 
6.2           Elektronová teorie kovů 
6.2.1        Teorie volných elektronů 
6.3           Boltzmannova transportní rovnice 
6.4           Vodivost kovů 
6.5           Energetické rozložení kovů 
6.6           Výstup elektronů z kovu 
6.6.1        Termoemise 
6.6.2        Polní (studená) emise 
6.6.3        Fotoemise 
6.6.4        Těsný dotyk (kontakt) mezi dvěma kovy 
6.7           Problémy 
6.8           Literatura 
7              PÁSOVÁ TEORIE PEVNÝCH LÁTEK 
7.1           Klasifikace pevných látek podle pásové struktury 
7.2           Pohyb elektronů podle pásové teorie. Efektivní hmotnost, pojem díra 
7.3           Experimentální ověření pásové teorie 
7.4           Problémy 
7.5           Literatura 
             UŽITÍ PÁSOVÉ TEORIE 
8.1           Polovodiče 
8.1.1        Hallův jev 
8.1.2        Magnetorezistance 
8.1.3        Kvantový Hallův jev
8.2           Kontaktní jevy mezi polovodiči 
8.3           Fotovodivost 
8.4           Organické polovodiče a fotovodiče 
8.4.1        Organické polovodiče 
8.4.2        Organické fotovodiče 
8.4.2.1     Fotovodivé polymery 
8.5           Organické vodiče 
8.6           Mechanismy a vodivosti organických polovodičů a vodičů 
8.7           Polovodiče s nulovým zakázaným pásem 
8.8           Problémy 
8.9           Literatura 

ČÁST II.
             DIELEKTRICKÉ A MAGNETICKÉ VLASTNOSTI PEVNÝCH LÁTEK
9.1           Dielektrika 
9.1.1        Makroskopický popis dielektrik 
9.1.2        Molekulární popis dielektrika 
9.1.3        Mechanismus polarizace dielektrika 
9.1.4        Ztráty v dielektriku 
9.1.5        Klasifikace dielektrik 
9.2           Magnetika 
9.2.1        Makroskopický popis magnetik 
9.2.2        Molekulární popis magnetik 
9.2.3        Klasifikace magnetik 
9.2.4        Rezonanční jevy 
9.2.4.1     Cyklotronová rezonance (CR) 
9.2.4.2     Paramagnetická (spinová) rezonance (EPR,ESR) 
9.2.4.3     Feromagnetická rezonance (FR) 
9.2.4.4     Nukleární magnetická rezonance (NMR) 
9.2.4.5     Akustická a paramagnetická (spinová) rezonance (APR) 
9.2.4.6     Bezodrazová jaderná rezonance (Mössbauerův jev) 
9.2.5        Magnetické bubliny 
9.3           Problémy 
9.4           Literatura 
10            OPTICKÉ VLASTNOSTI PEVNÝCH LÁTEK 
10.1         Základní pojmy 
10.2         Index lomu 
10.3         Součinitel reflexe (odrazu světla) 
10.4         Součinitel průchodu (transmise) světla 
10.5         Dvojlomnost pevných látek 
10.6         Pleochroismus 
10.7         Optická aktivita 
10.8         Umělá optická anizotropie 
10.8.1      Elektrooptické jevy 
10.8.1.1   Lineární elektrooptický jev 
10.8.1.2   Kvadratický elektrooptický jev 
10.8.2      Magnetooptické jevy 
10.8.2.1   Lineární magnetooptický jev 
10.8.2.2   Kvadratický magnetooptický jev 
10.8.3      Fotoelastický jev 
10.9.        Elektronová teorie optických charakteristik 
10.10       Rozptyl světla 
10.10.1    Rayleighův rozptyl 
10.10.2    Ramanův rozptyl 
10.10.3    Brillouinův rozptyl 
10.11       Fotovoltaické jevy v pevných látkách 
10.12       Fotochemické jevy 
10.13       Problémy 
10.14.      Literatura 
11            LUMINISCENCE 
11.1         Problémy 
11.2         Literatura 
12            LASERY V PEVNÉ FÁZI A NELINEÁRNÍ OPTIKA 
12.1         Obecné principy funkce laserů 
12.2         Konstrukce laserů v pevné fázi 
12.2.1      Dielektrické lasery 
12.2.2      Polovodičové lasery 
12.3         Nelineární optické vlastnosti 
12.3.1      Generování druhé harmonické 
12.3.2      Parametrické generování světla (PLG) 
12.3.3      Vícefotonová absorpce 
12.3.4      Samofokusace 
12.4         Problémy 
12.5         Literatura 
13            SUPRAVODIVOST 
13.1         Kritická indukce (intenzita) magnetického pole 
13.2         Meissnerův jev 
13.3         Penetrační hloubka  ( supravodivá hloubka průniku) 
13.4         Termodynamika supravodivosti 
13.5         Energetický gep (zakázaný pás) 
13.6         Kvantové tunelování 
13.7         Izotopický jev 
13.8         Teorie supravodivosti 
13.9         Supravodiče typu I a II 
13.9.1      Vlastnosti supravodičů typu I 
13.9.2.     Vlastnosti supravodičů typu II 
13.10       Organické supravodiče 
13.10.1    Supravodiče a vysokoteplotní supravodivost 
13.10.2    Excitonová supravodivost 
13.10.3    Experimentální stav organických supravodičů 
13.10.4    Supravodivost za zvýšených teplot 
13.11       Problémy 
13.12       Literatura 
14            KAPALNÉ KRYSTALY 
14.1         Rozdělení kapalných krystalů 
14.2         Smektické kapalné krystaly (smektika) 
14.3         Nematické kapalné krystaly (nematika) 
14.4         Cholesterické kapalné krystaly (cholesterika) 
14.4.1      Nematické stočené textury 
14.4.2      Cholesterické textury 
14.4.3      Polymerní kapalné krystaly 
14.4.4      Diskotické kapalné krystaly 
14.5         Teorie kapalných krystalů 
14.5.1      Teorie shluků molekul 
14.5.2      Teorie kontinua kapalných krystalů 
14.5.3      Molekulárně statistická teorie kapalných krystalů. 
14.6         Jevy v kapalných krystalech 
14.6.1      Orientující účinek elektrického a magnetického pole 
14.6.2      Dynamický rozptyl 
14.6.3      Stáčení molekul, nematické stočené a cholesterické textury elektrickým polem
14.6.4      Jev host - hostitel 
14.6.5      Paměťový jev 
14.6.6      Piezoelektrický jev v kapalných krystalech 
14.6.7      Difrakce na cholesterikách 
14.6.8      Fotovoltaický jev v kapalných krystalech 
14.6.9      Elektrooptické jevy v smektikách 
14.6.10    Kerrův jev v izotropních fázích nematik 
17.7         Problémy 
14.8         Literatura 
15            APLIKACE FYZIKY PEVNÝCH LÁTEK 
15.1         V technologii 
15.1.1      Pěstování krystalů 
15.1.2      Opracování krystalů 
15.2         Aplikace elektronových vlastností  pevných látek 
15.2.1      Diody v pevných látkách 
15.2.2      Tunelové diody 
15.2.3      Gunnovy diody 
15.2.4      Vícevrstvové polovodičové součástky 
15.2.4.1   Bipolární tranzistory 
15.2.4.2   Unipolární tranzistory (FET) 
15.2.4.3   Tyristory 
15.2.4.4   Lavinové diody 
15.2.4.5   Nábojově vázané prvky (CCD) 
15.2.5      Hallovy prvky 
15.2.6      Organické polovodiče a vodiče 
15.3         Použití dielektrik a magnetik 
15.3.1      Užití feroelektrik a feromagnetik 
15.3.2      Užití pyroelektrik a pyromagnetik 
15.3.3      Užití piezoelektrik 
15.3.4      Užití elektretů
15.3.5      Využití magnetických bublin 
15.4         Použití supravodivosti 
15.4.1      Laboratorní aplikace 
15.4.1.1   Hladinoměry kapalného helia 
15.4.1.2   Odstínění a prostorová akumulace stejnosměrného magnetického pole 
15.4.1.3   Filtrace zvlnění magnetického pole
15.4.1.4   Tepelné klíče 
15.4.2      Supravodivé magnety 
15.4.3      Průmyslové aplikace 
15.4.4      Supravodivá elektronická zařízení 
15.4.4.1   Elektronické vypínače a přepínače 
15.4.4.2   Stejnosměrné a střídavé squidy 
15.5         Užití optických a optoelektronických vlastností pevných látek
15.5.1      Užití kapalných krystalů 
15.5.2      Sluneční články 
15.5.3      Fotodiody, fototranzistory, fotofety 
15.5.4      LEDy a polovodičové lasery 
15.5.5      Optoelektronické modulátory 
15.5.6      Optoelektronické obrazové prvky (displeje) 
15.5.7      Integrovaná optika 
15.5.8      Řádkovací (skanovací) tunelový mikroskop 
15.6         Problémy 
15.7         Literatura

16            DIFÚZE V PEVNÝCH LÁTKÁCH 
16.1         Mikromechanismy difúze 
16.2         Difúze intersticiálním mechanismem 
16.3         Vakanční mechanismus difúze 
16.4         Přemísťování atomů do makroskopických  vzdáleností 
16.5         Makroskopické zákony difúze 
16.5.1      Prvý Fickův zákon 
16.5.2      Druhý Fickův zákon 
16.6         Experimentální technika určování difúze  v pevných látkách 
16.6.1      Samodifúze 
16.7         Obecný transport částic 
16.7.1      Nernstův-Einsteinův vztah 
16.7.2      Termodifúze (teplotní difúze) 
16.8         Interdifúze, vlastni difúze 
16.9         Vliv poruch Na difúzi 
16.10       Difúze více složek 
16.11       Difúze v polymerech 
16.12       Obecné podmínky pro difúzi 
16.13       Problémy 
16.14       Literatura 

17            AMORFNÍ LÁTKY, SKLA 
17.1         Amorfní látky 
17.2         Základní vlastnosti skla 
17.3         Zachariasenova teorie 
17.3.1      Stevelsovy strukturní parametry 
17.4         Anomálie oxidu boritého (boritého skla) 
17.5         Invertní skla 
17.6         Stavba skla a oblasti různé struktury a  složení 
17.7         Chyby v síťové struktuře skla 
17.8         Systematika bodových chyb ve skelné síti 
17.9         Fyzikální jevy způsobené chybami  ve skelné síti 
17.10       Fotosenzitivní skla 
17.11       Speciální skla a jeJich užití 
17.11.1    Skla se sníženou propustností rentgenového  záření a záření gama 
17.11.2    Skla vodivá a fotoelektrická 
17.11.3    Luminiscenční skla 
17.11.4    Termoluminiscenční a mechanoluminiscenční  (triboluminiscenční) skla 
17.12       Kovová skla 
17.12.1    Příprava kovových skel 
17.12.2    Struktura a vlastnosti kovových skel 
17.13       Skla pro vláknovou optiku 
17.13.1    Optické vlastnosti 
17.13.2    Technologie přípravy 
17.13.3    Hlavní oblasti využití světlovodů 
17.14       Problémy 
17.15       Literatura 

18            POLYMERY 
18.1         Struktura polymerů 
18.1.1      Struktura polymerových makromolekul 
18.1.1.1   Kopolymery 
18.1.2      Stavba polymerů 
18.1.3      Vazebné síly a energie polymerů 
18.1.3.1   Kovalentní (homeopolární) a disperzní vazebné síly a energie 
18.2         Technologie polymerů 
18.2.1      Polymerace 
18.2.2      Polykondenzace a polyadice 
18.2.3      Polymerace zářením 
18.2.4      Degradace polymerů 
18.2.5      Popis polydisperzity makromolel v polymerech 
18.3         Nadmolekulární struktura polymerů 
18.3.1      Zvláštnosti polymerů 
18.3.2      Kondenzáty  makromolekul 
18.3.3      Poruchy v polymerech 
18.4         Určování stupně krystalinity polymerů 
18.5         Orientovaný stav polymerů, vlákna 
18.6         Určování textur v polymerech 
18.7.        Problémy 
18.8         Literatura 

19            KOMPOZITY 
19.1         Definice a rozdělení kompozitů 
19.2         Částicové kompozity 
19.3         Vláknové kompozity 
19.4         Směsovací pravidla 
19.5         Fyzikální vlastnosti 
19.5.1      Mechanické vlastnosti kompozitů 
19.5.1.1   Mechanické veličiny vláknových kompozitů  s nekonečnými  vlákny 
19.5.1.2   Mechanické veličiny vláknových kompozitů s krátkými   vlákny 
19.5.1.3   Mechanické vlastnosti ortotropníchkompozitů 
19.5.2      Tepelné vlastnosti kompozitů 
19.5.3      Ostatní vlastnosti kompozitů 
19.6         Problémy 
19.7         Literatura 

20             FYZIKA UHLÍKU 
20.1          Úvod 
20.2          Z historie uhlíku 
20.3          Základní strukturní vlastnosti uhlíku 
20.4          Krystalové modifikace uhlÍku 
20.5.1       Fulerény, fulerity a fuleridy- nové  modifikace uhlíku 
20.6          Použití fulerénů 
20.7          Historie objevu fulerenů a jejich derivátů 
20.7.1       Úvod 
20.7.2.      Prehistorie 
20.7.3       Raná historie 
20.7.4       Motivace objevu C60 
20.7.5       Základní technologie přípravy C60 
20.7.6       Analogie s architekturou 
20.7.7       Biologické a geologické struktury 
20.7.8       Sedm kritických dní objevu C60 
20.7.9       Další publikace v češtině 
20.8          Literatura 

21             KAPALINY 
21.1          Struktura a vlastnosti kapalin 
21.2          Koheze kapalin a vnitřní tlak 
21.3          Povrchové vlastnosti kapalin 
21.2          Kapilární jevy v kapalinách 
21.4          Monomolekulové vrstvy 
21.5          Objemová stlačitelnost a tekutost kapalin 
21.5.1       Supratekutost kapalin 
21.6          Problémy 
21.7          Literatura 
22             BOSEOVY-EINSTEINOVY KONDENZÁTY 
22.1          Atomy jako vlny při nízkých teplotách 
22.2          Získávání nízkých a ultranízkých teplot 
22.4          Problémy 
22.5          Literatura 
23             FYZIKA POVRCHŮ 
23.1          Technické a fyzikální povrchy 
23.1          Dvojrozměrná struktura povrchů 
23.4          Určování struktury a vlastností povrchů v atomovém měřítku 
23.4.1       Difrakční metody 
23.4.2       Rastrovací tunelové mikroskopické metody 
23.4          Elektronová struktura povrchů 
23.5          Zviditelnění vlnové funkce na povrchu kovů  a její důkaz neutronovou i interferencí
23.6          Povrchové vrstvy s elektrickým nábojem 
23.7          Využití povrchů pro vědu a techniku 
23.8          Problémy 
23.9          Literatura 
24             ADHEZE  KONDENZOVANÝCH LÁTEK 
24.1          Základní pojmy a charakteristiky adhezního spojování a pojení kondenzovaných látek
24.2          Adheze mezi kapalinou a pevným povrchem, mezi pojivem a vlákny 
24.3.         Atomové a molekulové síly působící při adhezi 
24.4          Vazbové síly a energie v pevných (kondenzovaných) látkách 
24.4.1       Molekulové (fyzikální van der Waalsové síly) 
24.4.2       Coulombovské síly 
24.4.3       Výměnné síly 
24.4.4       Vodíková vazba (vodíkový můstek) 
24.4.5       Vazebné síly a energie polymerů 
24.5          Teorie adheze a adhezního spojování materiálů a textilií 
24. 6         Adhezní pojeni a spojování MATERIÁLŮ 
24.7          Úprava  a hodnocení (diagnostika) povrchů (ATR, STM,SFM, AFM) 
24.8.         Spoje a jejich konstrukce 
24.9          Měření adheze 
24.10.       Rozdělení a typy adhesiv 
24.11        Základní vlastnosti adhezních spojů 
24.12        Shrnutí o adhezi textilií 
24.13        Problémy 
24.14        Literatura 
25             BIOMATERIÁLY 
25.1          Biomolekuly 
25.2          Biomembrány 
25.3          Kapalné krystaly (KK) v biologických  soustavách
25.4          Biofulereny
25.5          Buňky - základy živých organismů
25.6          Biomateriály a život
25.7          Problémy
25.8          Literatura

DODATEK
MAKROSKOPICKÉ VLASTNOSTI PEVNÝCH LÁTEK
D.1           Vlastnosti pevných látek a jejich  kvantitativní popis
D.2           Anizotropie vlastností a polí a jejich tenzorový  popis
D.3           Tenzory k popisu vlastností pevných   látek
D.3.1        Polární a axiální tenzory
D.3.2        Ortogonální transformace vektorů
D.3.3        Definice tenzorů
D.3.3        Násobení tenzorů
D.3.4        Inverze času
D.3.5        Materiálové veličiny jako tenzory
D.3.6        Redukční relace a jejich užttí


9
10
13
14
15
15
15
16
18
21
21
23
24
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
37
37
39
40
41
41
41
42
42
42
46
49
50
51
52
52
54
56
57
59
59
60
61
63
66
68
70
71
71
75
77
77
78
79
81
82
84
85
85
87
87
88
91
91
93
95
101
101
103
105
106
109
112
114
115
116
117
117
118
118
119
121
122
126
126
127
127
128
129
131
132
137
137
139
139

142
142
146
146
148
151
156
158
158
161
161
161
163
164
166
166
 

167
167
167
170
171
174
174
182
182
183
186
193
193
194
195
195
195
196
200
203
206
207
207
207
209
209
209
214
214
215
215
215
217
217
217
218
218
219
222
223
224
225
226
227
229
231
232
236
237
238
238
241
241
243
245
247
250
251
252
254
255
256
257
257
259
261
262
263
265
266
267
268
269
271
271
272
272
275
276
277
278
278
279
280
281
281
281
282
283
284
284
284
285
285
285
286
288
288
289
289
290
292
293
294
294
295
295
295
295
297
298
298
300
301
303
303
305
306
307
309
312
312
313
314
314
315
315
316
316
317
317
317
318
318
318
320
320
320
321
322
323
325
326
326
327
328
328
330
333
336

337
337
338
338
339
341
341
342
345
346
346
346
346
348
350
350
351
352
352
353

354
354
359
363
364
366
366
370
371
371
374
376
376
376
377
377
380
383
383
384
385
386
388
389
389
390

391
403
403
406
407
407
408
413
414
415
415
417
417
420
420
422
426
427
430
430
435
436

438
438
441
441
443
445
445
445
448
451
452
453
454
456

457
457
457
458
460
461
463
464
464
466
466
467
468
469
470
470
471
472

473
473
481
482
484
485
486
486
488
489
490
490
491
498
498
500
501
501
504
504
504
505
506
508
509
510
510
512
512
516
517
518
520
521
521
522
522
523
525
525
532
536
544
545
549
550
550
552
552
560
562
565
569
570
571
571

573
573
573
574
576
576
576
577
578
578
579
580