Всегда ли акустические фононы являются колебательными модами с самой низкой энергией в твердых телах?

В твердых телах с элементарными ячейками, содержащими более одного атома, нормальные моды имеют акустическую и оптическую ветви. Число оптических ветвей пропорционально числу атомов в элементарной ячейке, тогда как акустических фононных ветвей всегда всего три, две поперечные моды и одна продольная.

Обычно поперечная мода имеет меньшую энергию, чем продольная мода (при малом импульсе), и это происходит из-за того, что поперечная скорость упругих волн меньше, чем продольных (например, см. S против P волн в сейсмологии). В конечном итоге это происходит из модуля объемного сжатия, который имеет значение только в продольном случае.

Мой вопрос заключается в следующем: может ли оптическая мода с ненулевым k-вектором иметь меньшую энергию, чем все акустические моды с тем же k-вектором?

Иными словами, всегда ли акустические волны являются колебательными модами с самой низкой энергией в кристаллическом твердом теле? Я пробовал искать фононные спектры для различных твердых тел (полупроводников, ионных солей и т. д.), но оптические моды всегда имеют более высокую энергию.

В качестве альтернативы, возможно ли, что если такая низкоэнергетическая оптическая мода существует, она гибридизируется с акустической модой и вызывает отталкивание уровней, и поэтому то, что мы называем акустической модой, на самом деле представляет собой смесь акустической и оптической мод?

Из Википедии

finite k-vector- Что это вообще значит? к → всегда находится в зоне Бриллюэна (если вы не допускаете двусмысленности).
@Руслан, я имею в виду, в отличие от исчезновения к , что поставило бы акустическую моду в нулевую энергию и легко ответило бы на мой вопрос тривиальным образом. Я заменил его на «ненулевое», чтобы было легче понять
Я не уверен, что она ниже, чем у всех акустических мод, но некоторые сложные соединения в клетке имеют очень низколежащую оптическую фононную моду. Двумя примерами могут быть PrT2Zn20 и LaRu2Zn20 с конечным импульсом.

Ответы (2)

Я не верю, что это возможно, поскольку акустические ответвления обращаются в нуль, когда k стремится к нулю. Поскольку оптические ветви не обладают этим свойством, они никогда не могут быть ниже, так как это означало бы, что они также должны стремиться к нулю.

Да, я это знаю, это тривиальное поведение, которое я описал в своем вопросе. Вот почему я специально спросил о случае «ненулевого k-вектора», а не о пределе k-> 0.

У меня нет четкого ответа, но есть несколько моментов, которые следует учитывать:

  • Во-первых, акустические фононы по определению могут иметь энергии, очень близкие к нулю, поэтому в абсолютном выражении они всегда имеют наименьшую энергию. Это уже было указано в самом вопросе.
  • В 1D, как показано на рисунке, оптическая и акустическая ветви всегда разделены промежутком. Однако в реальном трехмерном кристалле форма фононных энергетических полос может быть очень своеобразной и, в принципе, некоторые части оптических энергетических полос могут иметь более низкие энергии, чем части акустических полос . Это происходит для электронных энергетических зон, поэтому нет причин, по которым этого не должно происходить с фононами.
  • Однако все еще остается вопросом, может ли это произойти при одном и том же значении волнового вектора , так как в таких случаях полосы пересекаются и их вырождение может быть снято. Вот вопрос, который может быть уместным: кто-нибудь может объяснить расщепление LO-TO?
Разве это не повторение исходного вопроса?
@garyp Нет, это не так. Пожалуйста, дайте более конкретный комментарий.
Всегда ли акустические фононы являются колебательными модами с самой низкой энергией в твердых телах?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v