声子

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声子 声子

       

晶格振动的能量量子,英文phonon

声子 正文

       
  在简谐近似下,点阵振动可按其简正模分解──表达为3NsN是晶体中元胞数目,s是元胞中原子数目)个相互独立的点阵波的叠加,整个系统相当于一组3Ns个相互独立的谐振子,振子频率与能量是相应的点阵波频率和能量(见点阵动力学)。按量子力学,谐振子的能量是量子化的,能量量子是hw/(2*π)(π是圆周率,h是普朗克常数,w是振子圆频率)。点阵波的能量量子称为声子,点阵波量子态的变化对应于相应的声子的产生或消灭,能量的变化是相应的声子数目的变化。
  在阐明点阵波和其他微观粒子(电子、光子、中子等)或元激发的相互作用的物理图像时,定义声子的动量hk/(2*π) (k 是相应点阵波的波矢,h是普朗克常数除以2π)是有帮助的,这时,相互作用过程服从能量守恒和动量守恒规律。但点阵波波矢只确定到可以相差任一个倒易点阵矢量,这里定义的声子能量守恒及动量守恒规律也确定到这样。
  这样一来,声子可看作是和光子相似的一种具有能量 hwj(k)/(2*π)〔wj(k) 是相应点阵波的圆频率〕、动量hk/(2*π)的玻色子(准粒子,自旋为整数)。简谐近似下,点阵振动可看作是3Ns种声子的理想玻色气体。
  如考虑非谐相互作用,声子间有相互作用。晶体中的电子,晶体的不完整性都会对声子产生散射,这会使声子变成为有限寿命的准粒子。假如这些作用很强,寿命短到和点阵振动周期可比拟,或声子自由程短到和点阵波波长可比拟,再用声子的概念就不妥当了。

具体请参阅C.Kettle《固体物理导论》,黄昆《固体物理学》等教材。

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