作业帮声子是怎么回事?
来源：学生作业帮助网 编辑：作业帮 时间：2024/05/04 04:54:32
声子是怎么回事?
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声子是怎么回事?
声子就是“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1/2hν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.
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