Почему название «оптический фонон»?

Почему у нас есть два разных типа фононов, оптические и акустические ? Почему их называют оптическими фононами?

Ответы (1)

Насколько я понимаю, это происходит, когда кристаллическое твердое тело имеет более одного атома в примитивной ячейке решетки. Для простоты я рассмотрю случай двух типов атомов, отличающихся своим положением в примитивной ячейке (но которые могут быть, а могут и не быть идентичными в остальном). Это приводит к множеству режимов вибрации. Акустический фонон соответствует обоим типам атомов, движущихся в фазе в длинноволновом пределе (то есть вблизи центра 1-й зоны Бриллюэна), тогда как оптический фонон соответствует двум типам, движущимся в противофазе, так что соседние атомы движутся в противоположных направлениях в длинноволновом пределе.

(Для случая только одного атома в примитивной ячейке вы также можете получить соседние атомы, движущиеся в противоположных направлениях, но это происходит на краю 1-й зоны Бриллюэна, в пределе, где волна становится стоячей волной.)

Их называют «оптическими», потому что в ионных кристаллах они могут возбуждаться электромагнитным излучением, при этом положительные ионы движутся в одну сторону, а их отрицательно заряженные соседи — в другую.

Мы можем видеть две моды из дисперсионного соотношения, которое для двух атомов в примитивной ячейке (в одномерном случае) определяется как:

ю 2 "=" β ( 1 м + 1 М ) ± ( 1 м + 1 М ) 2 − 4 грех 2 ⁡ к а М м

Здесь m и M — массы двух типов атомов. Есть две ветви, нижняя из которых — слуховая ветвь, а верхняя — оптическая ветвь, с промежутком между ними. (Обратите внимание, что две ветви все еще существуют для равных масс, но разрыв сокращается.)

Уравнение скопировано с этого сайта , на котором также есть красивая анимация двух режимов.

Чтобы уточнить, я считаю, что они будут сдвинуты по фазе на 180 градусов, если длина волны излучения велика по сравнению с шагом решетки.
почему атомы в однотипном твердом теле не могут также двигаться в противофазе? Разве это не были бы также оптические фононы?
@BeauGeste Я видел некоторые ссылки на «два типа атомов», но при дальнейшем рассмотрении я думаю, что это действительно означает «два атома в элементарной ячейке решетки». То есть два атома различаются только геометрией решетки. Например, на этой странице chembio.uogueph.ca/educmat/chm729/phonons/optical.htm показано, как дисперсионные соотношения порождают акустическую и оптическую ветви — расчеты для разных масс, но вы можете видеть, что ветви все еще существуют, когда массы одинаковые, только без зазора между ними.
Это должно сказать: «То есть два атома нужно различать только по геометрии решетки, они, конечно, также могут иметь различный заряд, массу и т. д. С одним атомом на элементарную ячейку вы также можете заставить соседние атомы двигаться в противоположных направлениях, но Я думаю, что они сдвинуты по фазе только на 180 градусов в пределе, когда волна становится стоячей волной Это отличается от оптического режима, который больше похож на две распространяющиеся волны (по одной для каждого «типа» атома), которые не совпадают. фазы друг с другом.
Я расширил (и, надеюсь, улучшил) свой ответ
Что это за зона Бриллюэна, о которой вы говорите? Это важно? Как это применимо к случаю, когда примитивная ячейка содержит только один атом?
@ Seanny123 Да, это очень важная фундаментальная концепция в физике твердого тела. Я не уверен, смогу ли я отдать должное этому в комментарии, возможно, вам следует задать отдельный вопрос по этому поводу? (Или взгляните на вводный текст о твердом теле.) Короткая версия состоит в том, что это ячейка обратной решетки (решетка k-векторов, возникающая из преобразований Фурье состояний в вашей исходной решетке). Это относится как к случаю, когда примитивная ячейка содержит один атом, так и несколько атомов.
Почему название «оптический фонон»?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v