Fonon

Zvučni vibracioni talas u kristalnoj rešetki

Fonon u fizici je naziv za vibracije između atoma ili molekula kristalne rešetke. Na osnovu čestične slike, fonon se može posmatrati kao kvazičestica u kristalu kao posledica vibracionog kretanja. Pošto ne može postojati samostalno, nezavisno od kristalne rešetke u kojoj postoje vibracije između atoma, fonon nije čestica, već spada u kvazičestice.

Naziv fonon potiče od grčke reči za zvuk (grč. φωνή (phonē)). Naziv i koncept fonona je uveo fizičar Igor Tam 1932. godine po analogiji sa fotonom. Kao što se na osnovu principa dualnosti talas-čestica, foton s jedne strane može posmatrati kao čestica, odnosno kvant elektromagnetnog zračenja (svetlosti), a u talasnoj slici kao talas koji prenosi elektromagnetno polje kroz prostor, tako je i fonon u čestičnoj slici kvant vibracije kristalne rešetke, a s druge strane se može videti kao zvučni talas vibracija kristalne rešetke koji propagira kroz kristal.

Mehanizam vibracija kristalne rešetke

Fononi su vibracije između atoma kristalne rešetke.

Kada se atomi u pravilnim kristalima pobude malim energijama, oni osciluju tačno određenim frekvencijama. Susedni atomi se ponašaju kao da se nalaze na krajevima opruge. Kada se energija doda atomu na jednom kraju kristalne rešetke, ona se putem vibracionog talasa, kao putem sistema opruga, širi kroz kristal.

Na osnovu kvantne mehanike, na svakoj frekvenciji ukupna vibraciona energija je umnožak kvanata vibracione energije. Kvanti vibracione energije se nazivaju fononi i pri vibraciji kristalne rešetke uvek postoji celobrojan umnožak fonona.

Merenje vibracionih nivoa u kristalu

Spektroskopska tehnika koja se koristi za izučavanje vibracionih i drugih nisko-frekventnih energetskih nivoa kristala je Ramanova spektroskopija. Pri interakciji lasera sa fononima, dolazi do pomeranja energetskih nivoa, koji se mere i analiziraju i na osnovu njih se zaključuje o fononima u datoj kristalnoj rešetki.

Vidi još

• Foton
• Kvazičestica
• Kristalna rešetka
• Ramanova spektroskopija