منو
 کاربر Online
720 کاربر online

فونون

تازه کردن چاپ
علوم طبیعت > فیزیک > فیزیک جامد و الکترونیک > فیزیک حالت جامد
علوم طبیعت > فیزیک > فیزیک نوین > مکانیک کوانتومی
(cached)




تصویر

مقدمه

انرژی داخلی یک جسم جامد در ارتعاشات ذرات تشکیل دهنده‌اش که ممکن است اتمهاش ، یونها یا ملکولها باشند، نهفته است. این ارتعاشات را می‌توان به مؤلفه‌هایی در امتداد سه محور عمودی تفکیک کرد به گونه‌ای هر ذره (که در اینجا برای سهولت کار ، اتم اختیار می‌کنیم) را می‌توان با سه نوسان کننده هماهنگ نشان داده بر اساس فیزیک کلاسیک ، یک نوسان کننده هماهنگ در سیستمی از آنها در تعادل گرمایی در دمای T دارای انرژی متوسط KT است (K ثابت بولتزمن است) که مبین این می‌باشد که هر اتم یک جسم جامد ، بر این اساس باید 3KT انرژی داشته باشد.


تصویر

R- ثابت عمومی گازهاست. ژول بر مول کلوین R = 8.31 و N0 عدد آووگادرو است. گرمای ویژه مولی در حجم ثابت (Cv) یک جسم مقداری انرژی است، که باید به یک مول آن در حجم ثابت افزود تا دمایش یک کلوین بالا رود.

قانون دولن و پتی

بیش از یک قرن پیش، دولن و پتی (Dulong - Petit) پی بردند که برای اکثر جامدات در دمای اتاق و بالاست Cv = 3R معتبر است و به احترام آنها این معادله به قانون دولن وپتی معروف شد. اما قانون دولن و پتی فقط برای دمای اتاق و دماهای بالاتر معتبر بود و وقتی دما به صفر کلوین نزدیک شود، گرماهای ویژه تمام جامدات در دماهای پایین به شدت پایین می آیند و به صفر نزدیک می شوند.

نقص دولن و پتی

در سال 1907 انیشتین پی برد که نقص اساسی در قانون دولن و پتی در انتخاب KT برای انرژی میانگین هر نوستان کننده در یک جسم جامد است. این نقص نظیر همان نقصی است که در فرمول ریلی - جینز برای تابش جسم سیاه مشهود بود. بنا به نظر انیشتین ، انرژی میانگین هر نوسان کننده KT نیست بلکه:



تصویر




تصویر




تصویر

این رابطه در دماهای بالا با قانون دولن و پتی سازگاری دارد. گر چه رابطه انیشتین پیش بینی می‌کند وقتی دما به صفر کلوین میل کند، Cv نیز به سمت صفر میل می‌کند، اما نحوه دقیق این نگرش با داده‌های تجربی دقیقا سازگاری ندارد. عدم کفایت رابطه انیشتین در دماهای پایین موجب شد که پیتر دبای (Peter Debye) در سال 1912 این مسأله را به گونه‌ای دیگر بررسی کند. در مدل انیشتین ، هر اتم به عنوان ارتعاش کننده‌ای مستقل از اتمهای مجاورش بررسی می‌شود. دبای برعکس ، یک جسم جامد را به عنوان یک جسم پیوسته کشسان بررسی کرد. بنابه مدل دبای انرژی داخلی یک جسم جامد به جای اینکه در ارتعاشات اتمهای منفرد نهفته باشد، در امواج ایستای کشسان نهفته است.

فرضیه دبای

دبای فرض گرد که تعداد کل امواج ایستای مختلف در یک مول از جسم جامدی برابر 3N درجات آزادی است. این امواج الکترومغناطیسی، دارای انرژیهای کوانتیزه شده در واحدهایی از hf هستند. یک کوانتم از انرژی آکوستیکی در یک جسم جامد را "فونون" (Phonon) نامید که "فونون" با سرعت صوت حرکت می‌کند، زیرا امواج صوتی دارای ماهیت کشسان هستند. چون انرژی گسیل شده دارای تغییر شکلهای کشسان در طول شبکه کوانتیده است، می‌توان از انتشار کوانتومهای انرژی ارتعاشی ذره وار به نام "فونون" صحبت کرد. همان گونه که فوتونها بوسیله اتمهای جسم سیاه آفریده یا جذب می‌شوند، فونونها نیز بوسیله نوسانگرهای شبکه‌ای کوانتیده ، با تغییر دادن حالتهای کوانتومی آنها ، آفریده یا جذب می‌شوند.

فونونها نمایشگر گنجایش انرژی گرمایی شبکه بلورین هستند. دبای سرانجام ثابت کرد که یک گاز فونون دارای همان رفتار آماری است که یک گاز فونون یا سیستمی از نوسان کننده‌های هماهنگ در تعادل گرمایی دارد، به گونه‌ای که انرژی میانگین هر موج ایستا همان مقدار انرژی میانگین حاصل از رابطه انیشتین است. به عبارت دیگر فونون با موج صوتی همان رابطه‌ای را دارد که فوتون با موج نوری دارد.



تصویر

نظریه میکروسکوپی ابر رسانایی

در نظریه میکروسکوپی ابر رسانایی ، "فرولیش" (H. Frohlich) خاطر نشان ساخت که برهمکنش الکترون - فوتون قادر است دو الکترون را طوری به هم جفت کند که گویی رفتار آنها ناشی از وجود برهمکنش مستقیمی بین آنهاست. در برهمکنشی که فرولیش فرض کرد، الکترونی ، فونونی را گسیل می‌دارد که بلافاصله توسط الکتون دیگری جذب می‌گردد و او توانست نشان دهد که با شرایط معینی این گسیل و جذب متعالقب فونون توسط الکترون دیگر، می تواند به ایجاد ربایش ضعیفی بین الکترونها دیگر، می تواند به ایجاد ربایش ضعیفی بین الکترونها منجر گردد. ممکن است تصور کرد که بر هم کنش بین الکترونها، توسط فونون تراگسیل یافته است.

ولی در انرژی نوعی ناپایستگی بوجود می‌آید که این ناپایستگی انرژی به دلیل اصل عدم قطعیت است. اگر طول عمر حالت میانی ، t∆ خیلی کوتاه باشد: عدم قطعیت بزرگی در انرژی، E∆ وجود خواهد داشت، بطوری که انرژی ناگزیر نیست در فرآیندهای گسیل و جذب پایسته باشد. چنین فرایندهایی که برای آنها انرژی پایسته نیست.، فرایندهای مجازی نامیده می‌شوند، و گسیل مجازی فوتون ، فقط وقتی امکان پذیر است که الکترون آماده دیگری برای جذب آنی آن وجود داشته باشد. نتیجه کلی فرآیندهای گسیل و جذب ، وجود ربایش بین دو الکترون است. اینکه چرا ابررساناها در حالت عادی رساناهای خوبی نیستند، ناشی از این واقعیت است که منشأ ابررسانایی برهمکنش الکترون - فونون است.

مباحث مرتبط با عنوان



تعداد بازدید ها: 33813


ارسال توضیح جدید
الزامی
big grin confused جالب cry eek evil فریاد اخم خبر lol عصبانی mr green خنثی سوال razz redface rolleyes غمگین smile surprised twisted چشمک arrow



از پیوند [http://www.foo.com] یا [http://www.foo.com|شرح] برای پیوندها.
برچسب های HTML در داخل توضیحات مجاز نیستند و تمام نوشته ها ی بین علامت های > و < حذف خواهند شد..