фонон (англ. phonon) — (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 другие свойства кристаллов, используя методы кинетической теории газов. Фононы в большинстве случаев представляют собой главный тепловой резервуар твердого тела. Теплоемкость кристаллического твердого тела практически совпадает с теплоемкостью 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 возбужденными атомами и молекулами тел обеспечивает возможность безызлучательных электронных переходов. В релаксационных процессах в твердых телах фононы обычно служат стоком для энергии, запасенной 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.

Автор

  • Наймушина Дарья Анатольевна

Источники

  1. Большая Советская энциклопедия. 3-е изд. — М.: Советская энциклопедия, 1969–1978. — http://bse.sci-lib.com/article116912.html (дата обращения: 02.08.2010).
  2. Физический энциклопедический словарь. — М.: Большая Российская энциклопедия, 1995. — 928 с.

Напишите нам