Fonon
![]() | Ten artykuł od 2014-01 wymaga zweryfikowania podanych informacji. Należy podać wiarygodne źródła w formie przypisów bibliograficznych. Część lub nawet wszystkie informacje w artykule mogą być nieprawdziwe. Jako pozbawione źródeł mogą zostać zakwestionowane i usunięte. Sprawdź w źródłach: Encyklopedia PWN • Google Books • Google Scholar • Federacja Bibliotek Cyfrowych • BazHum • BazTech • RCIN • Internet Archive (texts / inlibrary) Dokładniejsze informacje o tym, co należy poprawić, być może znajdują się w dyskusji tego artykułu. Po wyeliminowaniu niedoskonałości należy usunąć szablon {{Dopracować}} z tego artykułu. |
![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/2/27/Lattice_wave.svg/220px-Lattice_wave.svg.png)
![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/9/9b/1D_normal_modes_%28280_kB%29.gif/220px-1D_normal_modes_%28280_kB%29.gif)
Fonon (z gr. φωνή phonē, „dźwięk”) – kwazicząstka, kwant energii drgań sieci krystalicznej[1] o bozonowych własnościach.
Fonony są wersją kwantową specjalnych typów drgań wibracyjnych nazywanych modami normalnymi mechaniki klasycznej. Znaczenie tego typu drgań polega na tym, że każde drganie sieci krystalicznej jest superpozycją drgań normalnych. Drgania normalne w mechanice klasycznej mają charakter falowy. W mechanice kwantowej mogą być opisywane korpuskularnie – są bozonowymi wzbudzeniami układu fermionów.
W mechanice kwantowej drgająca sieć krystaliczna opisywana jest przez hamiltonian układu oscylatorów harmonicznych o określonej częstości i odpowiadającemu jej wektorze falowym.
Zależność dyspersyjna
![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/6/66/Monoatomic_chain_phonon_dispersion.svg/220px-Monoatomic_chain_phonon_dispersion.svg.png)
Zależność dyspersyjna to związek pomiędzy częstością kołową fononu, a jego liczbą falową
Prędkość propagacji fononu, która jest jednocześnie prędkością dźwięku w krysztale, określona jest przez współczynnik nachylenia zależności dyspersyjnej (patrz prędkość grupowa). Przy niskich wartościach liczby falowej (tj. długich falach), relacja dyspersji jest w przybliżeniu liniowa a prędkość dźwięku jest w przybliżeniu niezależna od częstotliwości fononu i wynosi W konsekwencji, paczki fononów złożone z różnych, ale długich fal mogą przemierzać w sieci krystalicznej duże odległości nie tracąc swojego charakteru. Zjawisko to jest przyczyną braku znacznych zniekształceń przy propagacji dźwięku w ciele stałym. Przy znacznych wartościach liczby falowej (tj. krótkich falach) zachowanie to ulega zmianie z powodu mikroskopowych własności sieci krystalicznej.
Dla kryształu zawierającego co najmniej dwa atomy w komórce Wignera-Seitza (tego samego lub różnego rodzaju) zależności dyspersyjne ujawniają dwa rodzaje fononów: drgania akustyczne oraz optyczne – znajdującym się, odpowiednio, w dolnej i górnej części diagramu. Na osi pionowej wykresu znajduje się energia albo częstość fononu, na osi poziomej zaś długość wektora falowego (liczba falowa). Punkty wykresu odpowiadające liczbie falowej and są granicami pierwszej strefy Brillouina.
Podział fononów jest uzależniony od kształtu relacji dyspersji w pobliżu I tak:
- fonony akustyczne, wykazują zależność:
- natomiast fonony optyczne,
Dla małych wektorów falowych fonon akustyczny jest po prostu kwantem fali dźwiękowej w krysztale propagującej się z prędkością v. Dla kryształu zawierającego różnych atomów w komórce prymitywnej relacja dyspersji zawiera trzy gałęzie akustyczne oraz gałęzie optyczne.
Relacje dyspersji fononów w kryształach można mierzyć wieloma metodami, m.in.: rozpraszaniem neutronów, rozpraszaniem Brillouina, rozpraszaniem promieniowania X.
Oddziaływanie elektronów i dziur z jonami sieci krystalicznej może być opisywane jako oddziaływanie odpowiednio elektron-fonon i dziura-fonon. Konsekwencją takiego oddziaływania jest np. efekt polaronowy i tworzenie par Coopera w stanie nadprzewodzącym.
Emisja fononów przez poruszający się elektron jest głównym powodem oporu elektrycznego w przewodnikach.
Zobacz też
- drugie kwantowanie
- para Coopera
- przejście bezpromieniste
- polaron
- wektor falowy
Przypisy
- ↑ Fonon, [w:] Encyklopedia PWN [online], Wydawnictwo Naukowe PWN [dostęp 2021-07-30] .
Linki zewnętrzne
- AnnaA. Łapińska AnnaA., Co piszczy w... cieple? Kilka słów o fononach, [w:] pismo „Delta”, deltami.edu.pl, grudzień 2020, ISSN 0137-3005 [dostęp 2021-09-14] (pol.).
- p
- d
- e
Fermiony |
| ||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Bozony |
| ||||||||
Inne |
| ||||||||
Hipotetyczne |
|
Hadrony |
| ||||
---|---|---|---|---|---|
Inne | |||||
Hipotetyczne |
|
Elektrony i dziury |
|
---|---|
Fonony i pokrewne |
|
Separacja spinowo-ładunkowa | |
Odpowiedniki cz. elementarnych |
|
Inne |
- PWN: 3901824
- Britannica: science/phonon
- Treccani: fonone
- Universalis: phonon
- БРЭ: 4717250
- SNL: fonon
- DSDE: fonon