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声子频率 声子群速度 固体物理中色散关系到底是什么意思?

2020-10-10知识12

关于固体物理学声子的一些问题

光学声子和声学声子的区别是什么? 声子就是原子晶格热振动的能量量子。我们可以用简谐振子的模型来简单理解声子。对于最简单的一维单原子链来说,原子本身的排列具有一定的周期性,因为原子之间相互作用力(主要是库仑力),一个原子发生热振动,其周围的原子也会受到影响。比如,一个原子偏离平衡位置做简谐振动(位置和时间成正弦函数关系),那么其旁边的原子也会因此跟随发生类似的简谐振动。如果一群原子链条都发生类似的振动,那么整体就会具备一定的振动模式,对应不同的振动周期或振动频率。注意频率实际上就是能量,振动频率越高,能量就越高。在量子力学框架下,原子晶格的热振动是可以被量子化描述的,其振动频率的能量量子就是声子。声子在动量空间存在一定的色散关系,不同能量的声子对应不同动量。对于最简单的一维原子链而言,原子的振动方式基本上可以分成两类,一类是相邻原子的振动方向相同(即一群原子一起朝相同方向来回振动,原子间距可以保持不变);一类是相邻原子的振动方向相反(即原子两两相对运动,原子间距可以发生很大变化)。前者需要的能量较低,从零能到有限能量皆可以,称之为声学支。后者需要的能量较高,只能从有限能量处出现,也可以具有一定的色散,称之为光学支。就色散。

固体物理中色散关系到底是什么意思? 怎么理解色散关系,通过微分方程解出的格波的表达式表示什么?

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