Ֆոնոն

Բյուրեղում տատանումների նորմալ մոդերի միաչափ պատկեր։ Տատանումների ամպլիտուդը հարմարության համար մեծացված է. իրական բյուրեղում այն սովորաբար շատ անգամ փոքր է միջատոմային հեռավորությունից։

Ֆոնոն (Կաղապար:Lang-gr ձայն, հնչյուն), բյուրեղային ցանցի ատոմների տատանումներով պայմանավորված տարրական գրգռումների քվանտ, քվազիմասնիկ։ Հավասարակշռության դիրքերի շուրջը ատոմների փոքր տատանումները, այսպես կոչված ներդաշնակ մոտավորությամբ, բերվում են անկախ օսցիլյատորների հավաքածուի, որը քվանտամեխանիկական համապատասխանության սկզբունքի համաձայն, համարժեք է ֆոնոններից բաղկացած իդեալական գազին։

Հիմնական բնութագրեր

Ֆոնոնն ունի

$\epsilon =\hslash \omega (\overrightarrow{k})$

էներգիա

և

$\overrightarrow{p}=\overrightarrow{\hslash k}$

քվազիիմպուլս։ $\hslash$-ը Պլանկի հաստատունն է, $\omega$-ն՝ ատոմների տատանման հաճախությունը, $\overrightarrow{k}$-ն՝ քվազիալիքային վեկտորը։ $\omega (\overrightarrow{k})$ ֆունկցիոնալ կախումը կոչվում է դիսպերսիայի օրենք։ Փոքր $k$-երի դեպքում, դիսպերսիայի օրենքի վարքից կախված, տարբերում են ձայնային և օպտիկական ֆոնոններ։

Լինելով բոզե-մասնիկներ՝ ֆոնոնները թերմոդինամիկական հավասարակշռության վիճակում նկարագրվում են Բոզե-Այնշտայնի վիճակագրությամբ։ Սակայն, ի տարբերություն սովորական մասնիկների, ֆոնոնները կարող են ծնվել ու ոչնչանալ, և նրանց կոնցենտրացիան կախված է ջերմաստիճանից։ Ֆոնոնների թվի ոչ հաստատուն լինելը հանգեցնում է ֆոնոնային գազի քիմիական պոտենցիալի զրոյին հավասարվելուն։ Տվյալ քվանտային վիճակում ֆոնոնների թիվը որոշվում է Պլանկի բանաձևով.

$\overline{N}=\frac{1}{e^{\frac{\epsilon }{kT}}-1}$։

Վերջինս դիսպերսիայի օրենքի հետ միասին թույլ են տալիս հաշվել բյուրեղի միջին էներգիան և հետևաբար մնացած բոլոր թերմոդինամիկական բնութագրերը (օրինակ, ջերմունակությունը)։

Ֆոնոն-ֆոնոնային ցրում

Ատոմի փոխազդեցության ուժերի ոչ ներդաշնակ մասի հաշվի առնելը հանգեցնում է ֆոնոնների միջև բախումների դրսևորմանը։ Ֆոնոն-ֆոնոնային ցրման պրոցեսներով էլ հենց պայմանավորված է ֆիզիկական այնպիսի երևույթների գոյությունը, ինչպիսիք են բյուրեղների ջերմային ընդարձակումը, զրոյից տարբեր ջերմադիմադրությունը (տես ջերմահաղորդականություն) և այլն։ Ֆոնոնները փոխազդում են նաև այլ քվազիմասնիկների (հաղորդականության էլեկտրոններ, մագնոններ և այլն) հետ։ Ֆիզիկական մի շարք երևույթների (էլեկտրադիմադրության առաջացման հիմնական մեխանիզմը մետաղներում և կիսահաղորդիչներում, գերհաղորդականություն և այլն) առաջացման հիմնական մեխանիզմը հիմքում ընկած է էլեկտրոն-ֆոնոնային փոխազդեցությունը։

Արտաքին հղումներ

• Explained: Phonons - MIT News
• Phonons in a one-dimensional microfluidic crystal