文档介绍：声子目录声子声子晶体声子发射声子散射声子曳引效应 “晶格振动的简正模能量量子。”英文是 phonon 。在固体物理学的概念中,结晶态固体中的原子或分子是按一定的规律排列在晶格上的。在晶体中,声子间有相互作用,原子并非是静止的,它们总是围绕着其平衡位置在作不断的振动。另一方面,这些原子又通过其间的相互作用力而连系在一起,即它们各自的振动不是彼此独立的。原子之间的相互作用力一般可以很好地近似为弹性力。形象地讲,若把原子比作小球的话,整个晶体犹如由许多规则排列的小球构成,而小球之间又彼此由弹簧连接起来一般,从而每个原子的振动都要牵动周围的原子,使振动以弹性波的形式在晶体中传播。这种振动在理论上可以认为是一系列基本的振动(即简正振动)的叠加。当原子振动的振幅与原子间距的比值很小时(这在一般情况下总是固体中在定量上高度正确的原子运动图象), 如果我们在原子振动的势能展开式中只取到平方项的话(这即所谓的简谐近似),那么,这些组成晶体中弹性波的各个基本的简正振动就是彼此独立的。换句话说, 每一种简正振动模式实际上就是一种具有特定的频率ν、波长λ和一定传播方向的弹性波,整个系统也就相当于由一系列相互独立的谐振子构成。在经典理论中, 这些谐振子的能量将是连续的,但按照量子力学, 它们的能量则必须是量子化的, 只能取hω的整数倍,即 En= ( n+1/2 ) hν(其中 1/2h ν为零点能)。这样,相应的能态 En 就可以认为是由 n个能量为 hν的“激发量子”相加而成。而这种量子化了的弹性波的最小单位就叫声子。声子是一种元激发。因此, 声子用来描述晶格的简谐振动,是固体理论中很重要的一个概念。按照量子力学,物体是由大量的原子构成,每种原子又都含有原子核和电子,因此固体内存在原子核之间的相互作用、电子间的相互作用还有原子核与电子间的相互作用。电子的运动规律可以用密度泛函理论得到, 那么原子核的运动规律就用声子来描述。当然这两个理论(密度泛函和声子)都是近似的,因为解析的严格解到目前为止还没有得到。而要严格的按照多体理论来描述这么大量的原子和电子组成的系统,无论解析还是数值模拟都是一个未知数。声子是简谐近似下的产物,如果振动太剧烈,超过小振动的范围,那么晶格振动就要用非简谐振动理论描述。声子并不是一个真正的粒子,声子可以产生和消灭,有相互作用的声子数不守恒,声子动量的守恒律也不同于一般的粒子,并且声子不能脱离固体存在。声子只是格波激发的量子,在多体理论中称为集体振荡的元激发或准粒子。声子的化学势为零, 属于玻色子, 服从玻色- 爱因斯坦统计。声子本身并不具有物理动量,但是携带有准动量,并具有能量。声子晶体声子晶体存在弹性波带隙、弹性常数及密度周期分布的材料或结构被称为声子晶体( Phononic Crystals ) 。声子晶体的概念是类比光子晶体的概念提出来的。弹性波在声子晶体中传播时,受其内部周期结构的作用,形成特殊的色散关系( 能带结构), 色散关系曲线之间的频率范围称为带隙。图 1为二维声子晶体的能带结构,图中阴影所示为带隙。理论上, 带隙频率范围的弹性波传播被抑制, 而其它频率范围( 通带) 的弹性波将在色散关系的作用下无损耗地传播。当声子晶体的周期结构存在缺陷时,带隙频率范围