力学的观点看,表征原子集体运动的简谐振子的?能量是量子化的,每个振动模式能量的最小单位被称为声子(Phonon)。这是晶格振动量子理论最重要的结论。Р 在经典理论中,势能函数是连续的,量子理论修正了这个错误,而保留了经典理论中原子振动要用集体运动方式描述的观点,因而按经典力学求出的色散关系是正确的,量子理论并没有改变其结论,只是对各模式振幅的取值做了量子化的规定。Р声子概念引入后给我们处理具有强相互作用的原子集体--晶体带来了极大方便,而且生动地反映了晶格振动能量量子化的特点。这种高度抽象化出概念是固体物理的一大特征,他们被称作元激发, Elementary excitationР 声子是固体中最重要的元激发。Р三. 声子:? 声子是晶格振动的能量量子。? 声子具有能量,也具有准动量,它的行为类似? 于电子或光子,具有粒子的性质。但声子与电子或光子是? 有本质区别的,声子只是反映晶体原子集体运动状态的激? 发单元,它不能脱离固体而单独存在,它并不是一种真实? 的粒子。我们将这种具有粒子性质,但又不是真实物理实? 体的概念称为准粒子。所以,声子是一种准粒子。? 而光子是一种真实粒子,它可以在真空中存在。? 一种格波即一种振动模式称为一种声子,对于由N个原子? 组成的三维晶体,有 3N 种格波,即有 3N种声子。当一种? 振动模式处于其能量本征态时,称这种振动模有nj 个声子。Р当电子或光子与晶格振动相互作用时,总是以为单? 元交换能量,若电子交给晶格的能量,称为发射一? 个声子;若电子从晶格获得的能量,则称为吸收一? 个声子。? 声子与声子相互作用,或声子与其他粒子(电子或光子)? 相互作用时,声子数目并不守恒。声子可以产生,也可以? 湮灭。其作用过程遵从能量守恒和准动量守恒。? 对于由N个原子组成的晶体,有3N个振动模式,即有3N种? 不同的声子。因此,晶格振动的总能量为:
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