Fononi

Un fonon este un mod de vibrație cuantizat care apar într-o rețea cristalină rigidă, cum ar fi rețeaua atomică a unui solid. Studiul fononilor este o parte importantă din fizica corpului solid, deoarece contribuie la explicarea multora dintre proprietățile fizice ale materialelor, cum ar fi conductivitatea termică și electrică. De exemplu, propagarea fononilor este responsabilă pentru producerea de căldură în izolatori, iar proprietățile fononilor cu lungime de undă mare dau naștere la sunete în solide (de unde și termenul de fononi, de la fonic).

Conform unui rezultat binecunoscut în mecanica clasică, orice vibrație a unei reţele poate fi descompusă într-o suprapunere a modurilor normale de vibrație. Atunci când aceste mijloace de transport sunt analizate cu ajutorul mecanicii cuantice, se constată că posedă unele proprietăți de particule (a se vedea dualitatea undă-particulă.) Când sunt trataţi ca particule, fononii sunt bosoni care posedă spin zero.

Unde de reţea

Datorită legăturile dintre atomi, deplasarea unuia sau mai multor atomi din pozițiile lor de echilibru va genera un set de valuri de vibrații care se propagă prin reţea. Amplitudinea undei este dată de deplasările atomilor din pozițiile lor de echilibru.

Trebuie remarcat faptul că există o lungime de undă minimă posibilă, dată de separarea de echilibru a dintre atomi. Orice lungime de undă mai scurte decât aceasta poate fi mapată pe o lungime de undă mai mare decât a.

Nu orice vibrație posibilă de reţea are o lungime de undă și frecvență bine definită. Cu toate acestea, modurile normale (care sunt blocurile elementare pentru vibrațiile de reţea) posedă lungimi de undă și frecvențe bine definite.

Fononi acustici și optici

În solide reale, există două tipuri de fononi: fononi „acustici” și fononi „optici”. „Fononii acustici”, care sunt fononii descrişi mai sus, au frecvențe care devin mici la lungimi de undă mari, și corespund undelor sonore din rețea.

„Fononii optici” au întotdeauna o frecvență minimă de vibrație, chiar și atunci când lungimea lor de undă este mare. Ei sunt numiţi „optici”, pentru că în cristale ionice (cum ar fi clorura de sodiu) sunt excitaţi foarte ușor de lumină (în fapt, radiație infraroșie). Acest lucru se datorează faptului că acestea corespund unui mod de vibrație în care ionii pozitivi și negativi la zonele rețelei adiacente balansează între ele, creând un moment de dipol electric variabil în timp.