フォノン
出典: フリー百科事典『ウィキペディア(Wikipedia)』
(音子から転送)
フォノン(テンプレート:Lang-en-short)、音子、音響量子、音量子は、振動(主に結晶中での格子振動)を量子化した粒子である。
フォノンのひとつひとつがある振動数を持つモードの単位を表す。振幅が大きくなる、詰まり、振動が激しくなることはフォノンの数が増えることで表される。
フォノンの持つエネルギーは格子の熱振動のエネルギーである。 テンプレート:Indent <math>\hbar</math> はプランク定数、<math>\omega_k</math> は振動数、<math>n</math> はフォノンの数である。和を波数 <math>k</math> について取る。
フォノンはひとつの状態 <math>k</math> に何個でも存在できる。よってフォノンはボース粒子であり、ボース゠アインシュタイン統計に従う。
結晶格子のような周期構造中では、フォノンの振動数は制限され離散的になる。又、量子力学の効果で電子の場合と同様に、フォノンもバンド構造「フォノンバンド」を作る。
音響フォノンと光学フォノン
固体のフォノンは、音響フォノンと光学フォノンの2つに大別できる。音響フォノンは隣のフォトンと同じ位相で振動するが、光学フォノンは逆の位相で振動する。
光(フォトン)と音響フォノンとの光散乱をブリルアン散乱という。光学フォノンは光と相互作用し、光と光学フォノンとの散乱をラマン散乱という。
フォノンのソフト化
物質によっては、温度を下げるとフォノン(格子振動)の振幅が小さくなっていって、ある転移温度以下で低温相へ相転移し、フォノンによる格子の変位が凍結した状態となることがある。
これをフォノンのソフト化と言う。
厳密には、格子振動とフォノンは同義ではないが、同じような意味合いで使われることがある。