Энциклопедический словарь нанотехнологий - фонон

Термин на английском

phononСинонимы

Аббревиатуры

Связанные термины

магнонОпределение

(от греч. phone – звук) квант колебаний атомов кристаллической решеткиОписание

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

• Наймушина Дарья Анатольевна

Теги

Разделы

Методы диагностики и исследования наноструктур и наноматериалов

Наука