Фонон
Термин
фонон
Термин на английском
phonon
Связанные термины
Определение
(от греч. phone - звук) квант колебаний атомов кристаллической решетки
Описание
В кристаллических материалах атомы и молекулы активно взаимодействуют между собой, и рассматривать в них такие термодинамические явления, как колебания отдельных атомов, затруднительно - получаются огромные системы из триллионов связанных между собой линейных дифференциальных уравнений, аналитическое решение которых невозможно. Гораздо удобнее рассматривать согласованные колебания атомов кристалла как распространение в нем системы звуковых волн, квантами которых и являются фононы. Термин введен по аналогии с квантом электромагнитного поля - фотоном.
Спин фонона равен нулю. Фонон принадлежит к числу бозонов и описывается статистикой Бозе-Эйнштейна.
Понятие фонона позволяет описать тепловые и др. свойства кристаллов, используя методы кинетической теории газов. Фононы в большинстве случаев представляют собой главный тепловой резервуар твёрдого тела. Теплоёмкость кристаллического твёрдого тела практически совпадает с теплоёмкостью газа фононов. Теплопроводность кристалла можно описать как теплопроводность газа фононов, теплосопротивление которого обеспечивается процессами переброса.
Рассеяние электронов проводимости при взаимодействии с фононами - основной механизм электросопротивления металлов и полупроводников. Способность электронов проводимости излучать и поглощать фононы приводит к притяжению электронов друг к другу, что при низких температурах является причиной перехода ряда металлов в сверхпроводящее состояние. Излучение фононов возбуждёнными атомами и молекулами тел обеспечивает возможность безызлучательных электронных переходов. В релаксационных процессах в твёрдых телах фононы обычно служат стоком для энергии, запасённой другими степенями свободы кристалла, например, электронными.
Различают акустические и оптические фононы.
Акустический фонон характеризуется при малых волновых векторах линейным законом дисперсии и параллельным смещением всех атомов в элементарной ячейке. Такой закон дисперсии описывает звуковые колебания решетки, поэтому фонон и называется акустическим.
Оптические фононы существуют только в кристаллах, элементарная ячейка которых содержит два и более вида атомов. Эти фононы характеризуются при малых волновых векторах такими колебаниями атомов, при которых центр тяжести элементарной ячейки остается неподвижным. Энергия оптических фононов обычно достаточно велика (порядка 500 см-1) и слабо зависит от волнового вектора.
Авторы
Ссылки
Разделы
Методы диагностики и исследования наноструктур и наноматериалов
| Главная |