• Artykuły
  • Forum
  • Ciekawostki
  • Encyklopedia
  • Fonon

    Przeczytaj także...
    Mechanika klasyczna – dział mechaniki w fizyce opisujący ruch ciał (kinematyka), wpływ oddziaływań na ruch ciał (dynamika) oraz badaniem równowagi ciał materialnych (statyka). Mechanika klasyczna oparta jest na prawach ruchu (zasadach dynamiki) sformułowanych przez Isaaca Newtona, dlatego też jest ona nazywana „mechaniką Newtona” (Principia). Mechanika klasyczna wyjaśnia poprawnie zachowanie się większości ciał w naszym otoczeniu.Długość fali – najmniejsza odległość pomiędzy dwoma punktami o tej samej fazie drgań (czyli pomiędzy dwoma powtarzającymi się fragmentami fali – zob. rysunek). Dwa punkty fali są w tej samej fazie, jeżeli wychylenie w obu punktach jest takie samo i oba znajdują się na etapie wzrostu (lub zmniejszania się). Jeżeli w jednym punkcie wychylenie zwiększa się a w drugim maleje, to punkty te znajdują się w fazach przeciwnych.
    Mechanika kwantowa (teoria kwantów) – teoria praw ruchu obiektów świata mikroskopowego. Poszerza zakres mechaniki na odległości czasoprzestrzenne i energie, dla których przewidywania mechaniki klasycznej nie sprawdzały się. Opisuje przede wszystkim obiekty o bardzo małych masach i rozmiarach - np. atom, cząstki elementarne itp. Jej granicą dla średnich rozmiarów lub średnich energii czy pędów jest mechanika klasyczna.
    Fala deformacji w krysztale
    Rozchodzenie się fal podłużnych w jednowymiarowej sieci krystalicznej. Ukazane mody drgań mają równą amplitudę, ale różne długości fali.

    Fononkwazicząstka, kwant energii drgań sieci krystalicznej o bozonowych własnościach.

    Fonony są wersją kwantową specjalnych typów drgań wibracyjnych nazywanych modami normalnymi mechaniki klasycznej. Fonony to nic innego jak drgania cieplne sieci krystalicznej. Znaczenie tego typu drgań polega na tym, że każde drganie sieci krystalicznej jest superpozycją drgań normalnych. Drgania normalne w mechanice klasycznej mają charakter falowy. W mechanice kwantowej mogą być opisywane korpuskularnie – są bozonowymi wzbudzeniami układu fermionów.

    Polaron - kwazicząstka powstająca jako wynik lokalnego odkształcenia sieci krystalicznej spowodowanego oddziaływaniem elektrostatycznym w wyniku przemieszczania się w krysztale naładowanej cząstki (elektronu lub dziury).Para Coopera jest to układ dwóch fermionów (np. elektronów) oddziałujących ze sobą poprzez drgania sieci krystalicznej - fonony, opisany przez Leona Coopera i będącym elementem teorii BCS nadprzewodnictwa niskotemperaturowego. Fermiony tworzące parę Coopera mają połówkowe spiny (które są skierowane w przeciwnych kierunkach); jednak wypadkowy spin układu jest całkowity - czyli para Coopera jest bozonem. Elektrony tworzące parę Coopera są opisywane przez funkcje falowe z przeciwnymi wektorami falowymi. W 1956 roku Leon Cooper wykazał, że prąd elektryczny w nadprzewodnikach jest przenoszony nie przez pojedyncze elektrony, lecz pary związanych elektronów, zwane parami Coopera.

    W mechanice kwantowej drgająca sieć krystaliczna opisywana jest przez hamiltonian układu oscylatorów harmonicznych o określonej częstości ω=cν i wektorze falowym k=2π/λ gdzie λ jest długością fali deformacji sieci.

    Zależność dyspersyjna[]

    Krzywa dyspersji fononów jednoatomowego łańcucha

    Zależność dyspersyjna to związek pomiędzy częstością kołową fononu, , a jego liczbą falową :

    Prędkość dźwięku w określonym ośrodku – prędkość rozchodzenia się w nim podłużnego zaburzenia mechanicznego.Przejście bezpromieniste jest to zmiana stanu energetycznego atomu lub cząsteczki, odbywająca się bez emisji lub absorpcji promieniowania. Przejścia bezpromieniste nie mogą zachodzić w atomach izolowanych, gdyż byłoby to sprzeczne z zasadą zachowania energii — różnica energii pomiędzy stanem początkowym a końcowym musiałaby się wiązać z emisją lub absorpcją fotonu. Nawet w przypadku jednakowych energii stanu początkowego i końcowego, przejście między tymi stanami w atomie izolowanym byłoby niemożliwe z uwagi na złamanie zasad zachowania pędu i momentu pędu.

    Prędkość propagacji fononu, która jest jednocześnie prędkością dźwięku w krysztale, określona jest przez współczynnik nachylenia zależności dyspersyjnej (patrz prędkość grupowa). Przy niskich wartościach liczby falowej (tj. długich falach), relacja dyspersji jest w przybliżeniu liniowa a prędkość dźwięku jest w przybliżeniu niezależna od częstotliwości fononu i wynosi . W konsekwencji, paczki fononów złożone z różnych ale długich fal mogą przemierzać w sieci krystalicznej duże odległości nie tracąc swojego charakteru. Zjawisko to jest przyczyną braku znacznych zniekształceń przy propagacji dźwięku w ciele stałym. Przy znacznych wartościach liczby falowej , (tj. krótkich falach) zachowanie to ulega zmianie z powodu mikroskopowych własności sieci krystalicznej.

    Wektor falowy – wektor oznaczany k → {displaystyle {overrightarrow {k}}} , wskazujący kierunek rozchodzenia się fali i zwrot promienia fali. Wartość wektora falowego k {displaystyle k} , to liczba falowa:Fala – zaburzenie rozprzestrzeniające się w ośrodku lub przestrzeni. W przypadku fal mechanicznych cząstki ośrodka, w którym rozchodzi się fala, oscylują wokół położenia równowagi, przy czym przenoszą energię z jednego miejsca do drugiego bez transportu jakiejkolwiek materii.

    Dla kryształu zawierającego co najmniej dwa atomy w komórce Wignera-Seitza (tego samego lub różnego rodzaju) zależności dyspersyjne ujawniają dwa rodzaje fononów: drgania akustyczne oraz optyczne - znajdującym się, odpowiednio, w dolnej i górnej części diagramu. Na osi pionowej wykresu znajduje się energia albo częstość fononu, na osi poziomej zaś długość wektora falowego (liczba falowa). Punkty wykresu odpowiadające liczbie falowej -km and km są granicami pierwszej strefy Brillouina.

    Nadprzewodnictwo – stan materiału polegający na zerowej rezystancji, jest osiągany w niektórych materiałach w niskiej temperaturze.Pulsacja (częstość kołowa, częstość kątowa) - wielkość określająca, jak szybko powtarza się zjawisko okresowe. Pulsacja jest powiązana z częstotliwością (f) i okresem (T) poprzez następującą zależność:

    Podział fononów jest uzależniony od kształtu relacji dyspersji w pobliżu k=0. I tak:

  • fonony akustyczne, wykazują zależność:
  • natomiast fonony optyczne,
  • Dla małych wektorów falowych fonon akustyczny jest po prostu kwantem fali dźwiękowej w krysztale propagującej się z prędkością v. Dla kryształu zawierającego N (>2) różnych atomów w komórce prymitywnej relacja dyspersji zawiera trzy gałęzie akustyczne oraz 3N - 3 gałęzie optyczne.

    Pierwsza strefa Brillouina – komórka Wignera-Seitza w sieci odwrotnej struktury krystalicznej (w przestrzeni pędów).Oscylator harmoniczny – układ drgający, poddany działaniu sił sprężystych tj. sił proporcjonalnych do przemieszczenia r {displaystyle r} układu od położenia równowagi:

    Relacje dyspersji fononów w kryształach można mierzyć wieloma metodami, m.in.: rozpraszaniem neutronów, rozpraszaniem Brillouina, rozpraszaniem promieniowania X.

    Oddziaływanie elektronów i dziur z jonami sieci krystalicznej może być opisywane jako oddziaływanie odpowiednio elektron-fonon i dziura-fonon. Konsekwencją takiego oddziaływania jest np. efekt polaronowy i tworzenie par Coopera w stanie nadprzewodzącym.

    Emisja fononów przez poruszający się elektron jest głównym powodem oporu elektrycznego w przewodnikach.

    Rezystancja (opór elektryczny, opór czynny, oporność, oporność czynna) – wielkość charakteryzująca relacje między napięciem a natężeniem prądu elektrycznego w obwodach prądu stałego. W obwodach prądu przemiennego rezystancją nazywa się część rzeczywistą zespolonej impedancji.Kwant – najmniejsza porcja, jaką może mieć lub o jaką może zmienić się dana wielkość fizyczna w pojedynczym zdarzeniu; np. kwant energii, kwant momentu pędu, kwant strumienia magnetycznego, kwant czasu.

    Zobacz też[]

  • przejście bezpromieniste
  • polaron
  • para Coopera
  • drugie kwantowanie
  • wektor falowy



  • w oparciu o Wikipedię (licencja GFDL, CC-BY-SA 3.0, autorzy, historia, edycja)

    Warto wiedzieć że... beta

    Komórka Wignera-Seitza – teoretyczna konstrukcja przestrzenna, opisująca fragment sieci krystalicznej, której środek stanowi dowolny węzeł sieci (W), a jej zasięg definiowany jest w ten sposób, że każdy zawarty w niej punkt, bliższy jest węzłowi W stanowiącemu jej środek, niż dowolnemu innemu węzłowi sieci krystalicznej.
    Prędkość grupowa – wielkość opisująca rozchodzenie się fal nieharmonicznych (innych niż sinusoidalne) w sytuacji, gdy natężenie fali nie wpływa na prędkość ruchu fali.
    Ciało krystaliczne – ciało stałe, w którym cząsteczki (kryształy molekularne), atomy (kryształy kowalencyjne) lub jony (kryształy jonowe) są ułożone w uporządkowany schemat powtarzający się we wszystkich trzech wymiarach przestrzennych. W objętości ciała cząsteczki zajmują ściśle określone miejsca, zwane węzłami sieci krystalicznej, i mogą jedynie drgać wokół tych położeń.
    Sieć krystaliczna - w mineralogi i krystalografi jest to szczególne ułożenie atomów lub cząsteczek w ciele stałym. Sieć krystaliczna charakteryzuje się uporządkowaniem dalekiego zasięgu oraz symetrią. Najmniejszą, powtarzalną składową sieci krystalicznej jest komórka elementarna. Długości krawędzi komórki i kąty między nimi zawarte są określane mianem stałych sieci krystalicznej. Własności symetrii sieci krystalicznej zawierają się w grupach przestrzennych. Typ sieci krystalicznej w głównej mierze determinuje występowanie różnych własności (np. łupliwość, przeźroczystość).
    Zjawisko Comptona, rozpraszanie komptonowskie – zjawisko rozpraszania promieniowania X (rentgenowskiego) i promieniowania gamma, czyli promieniowania elektromagnetycznego o dużej częstotliwości, na swobodnych lub słabo związanych elektronach, w wyniku którego następuje zwiększenie długości fali promieniowania. Za słabo związany uważamy przy tym elektron, którego energia wiązania w atomie, cząsteczce lub sieci krystalicznej jest znacznie niższa, niż energia padającego fotonu. Zjawisko przebiega w tym przypadku praktycznie tak samo, jak dla elektronu swobodnego.
    W fizyce cząstek bozony (ang. boson od nazwiska fizyka Satyendra Bose), są cząstkami posiadającymi spin całkowity. Większość bozonów to cząstki złożone, jednakże 12 z nich (tak zwane bozony cechowania) są cząstkami elementarnymi, niezłożonymi z mniejszych cząstek (cząstki fundamentalne).
    Hamiltonian (funkcja Hamiltona) – w klasycznej mechanice teoretycznej funkcja współrzędnych uogólnionych i pędów uogólnionych, opisującą układ fizyczny.

    Reklama

    Czas generowania strony: 0.042 sek.