ФОНОН

ФОНОН (от греч. phone
- звук), квант колебательного движения атомов кристалла. Колебания атомов
кристалла благодаря взаимодействию между ними распространяются по кристаллу
в виде волн, каждую из к-рых можно охарактеризовать квазиволновым вектором
k
и частотой w, зависящей от k : w = wv =1,2,...,3r (r - число атомов в элементарной ячейке кристалла)
обозначает тип колебания (см. Колебания кристаллической решётки). Согласно
законам квантовой механики, колебательная энергия атомов кристалла может
принимать значения. равные

новного состояния, h - Планка
постоянная. Каждой волне можно поставить d соответствие квазичастицу
- Ф. Энер-

Ф. взаимодействуют друг с
другом, с др. квазичастицами (электронами проводимости, магнонами и
др.) и со статич. дефектами кристалла (с вакансиями, дислокациями, с
границами
кристаллитов, поверхностью образца, с чужеродными включениями). При столкновениях
Ф. выполняются законы сохранения

энергии и квазиимпульса.
Последний является более общим, чем закон сохранения импульса (см. Сохранения
законы), т. к. суммарный квазиимпульс сталкивающихся квазичастиц, в
частности Ф., может изменяться на величину 2пhb, где b
- вектор обратной решётки. Такие столкновения наз. процессами переброса,
в отличие от нормальных столкновений (b = 0). Возможность процесса
переброса - следствие периодичности в расположении атомов кристалла. Ср.
число Ф. <n определяется формулой Планка:

где Т - темп-pa, k
- Больцмана постоянная. Эта формула совпадает с распределением частиц
газа, подчиняющихся статистике Бозе - Эйнштейна, когда химический потенциал
равен
нулю (см. Статистическая физика). Равенство нулю химич. потенциала
означает, что число Nот темп-ры. Для всех твёрдых

Понятие Ф. позволяет описать
тепловые и др. свойства кристаллов, используя методы кинетич. теории газов.
Ф.
в большинстве случаев представляют собой главный тепловой резервуар твёрдого
тела. Теплоёмкость кристаллич. твёрдого тела практически совпадает с теплоёмкостью
газа Ф. Теплопроводность кристалла можно описать как теплопроводность газа
Ф., теплосопротивление к-рого обеспечивается процессами переброса.

Рассеяние электронов проводимости
при взаимодействии с Ф.- осн. механизм электросопротивления металлов
и
полупроводников. Способность электронов проводимости излучать и
поглощать Ф. приводит к притяжению электронов друг к другу, что при низких
темп-pax является причиной перехода ряда металлов в сверхпроводящее состояние
(см. Сверхпроводимость, Купера эффект). Излучение Ф. возбуждёнными
атомами и молекулами тел обеспечивает возможность безызлучательных электронных
переходов (см. Релаксация). В релаксац. процессах в твёрдых телах
Ф. обычно служат стоком для энергии, запасённой др. степенями свободы кристалла,
напр. электронными..

Ср. энергию газа Ф. (как
и др. квазичастиц) можно характеризовать величиной, подобной темп-ре обычного
газа. Однако благодаря сравнительно слабой связи Ф. с др. квазичастицами
фононная (или решёточная) темп-pa может отличаться от темп-ры др. квазичастиц
(электронов проводимости, магнонов, эксито-нов). В аморфных (стеклообразных)
телах понятие Ф. удаётся ввести только для длинноволновых акустич. колебаний,
мало чувствительных к взаимному расположению атомов.

Ф. наз. также элементарные
возбуждения в сверхтекучем гелии, описывающие колебательное движение
квантовой жидкости (см. Сверхтекучесть).

Лит.: 3айман Дж.,
Электроны и фононы, пер. с англ., М., 1962; Косевич А. М., Основы механики
кристаллической решетки, М., 1972; Рейсленд Дж., Физика фононов, пер. с
англ., М., 1975.

М. И. Каганов.

А Б В Г Д Е Ё Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Ъ Ы Ь Э Ю Я