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固体物理学习指导:声子的概念和应用

时间:2023-11-23 理论教育 版权反馈
【摘要】:声子不是真实的粒子,而是一种“准粒子”。然而,当一个声子与另一个声子或其他粒子发生相互作用时,又具有动量的性质,因而称为声子的准动量。引入声子概念后,可以把晶格振动的每一个格波看作是由数目为ni,能量为的理想声子组成的,而整个系统则是由众多声子组成的声子气体。当电子(或光子)与晶格振动相互作用时,以为单位交换能量:若电子从晶格获得hωi的能量,称为吸收一个声子;若电子给晶格的能量,称为发射一个声子。

固体物理学习指导:声子的概念和应用

(1)声子是晶格原子集体运动形成的格波的能量激发单元,是一种元激发。它的能量等于。声子不是真实的粒子,而是一种“准粒子”。

(2)声子只存在于晶体中,脱离晶体后就没有意义了。而波矢为q的声子并不带有动量hq ,因为声子的频率ω 是波矢q 的周期函数,当波矢增加一个倒格矢Kh时,不会引起频率和原子位移的变化。然而,当一个声子与另一个声子或其他粒子发生相互作用时,又具有动量的性质,因而称为声子的准动量。

(3)引入声子概念后,可以把晶格振动的每一个格波看作是由数目为ni,能量为的理想声子组成的,而整个系统则是由众多声子组成的声子气体。

格波在晶体中传播受到散射的过程,可以理解为声子同原子(离子实)的碰撞;电子在晶体中被散射,可看作是由电子和声子的碰撞而引起的。当电子(或光子)与晶格振动相互作用时,以为单位交换能量:若电子从晶格获得hωi的能量,称为吸收一个声子;若电子给晶格的能量,称为发射一个声子。(www.xing528.com)

(4)声子是玻色子。由于晶体中可以激发任意个相同的声子,不像费米子一样受泡利不相容原理限制,且粒子数不守恒,所以声子是玻色型的准粒子,遵循玻色-爱因斯坦统计。系统处于平衡态时的平均声子数:

声子的平均能量则为

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