光子对应于光,声子对应于声音吗?(3)
2023-05-02 来源:飞速影视
上图是典型的铜金属的面心立方晶体,事实上几乎所有的金属都是与之类似的晶体结构。当一个自由电子从晶格间的空隙穿过,由于电子携带的负电荷与金属原子周围电子相互排斥、或者被那些已经失去最外层电子原子的空穴吸引,由此产生的力会引起周围空间发生弹性变形,当温度足够低时,变形会引发晶格的规律振动,振动产生的声子会推动电子前进。
声子传递的是什么?
声子传递的是能量。
固体的热力学性质与其声子结构直接相关,这就是为什么通常晶体的热传导效率比非晶体高的原因。
在绝对零温度下,晶格处于其基态,并且不包含声子。非零温度下的晶格具有不恒定的能量,它在某个平均值附近随机波动。这些能量波动是由随机晶格振动引起并由晶格的温度产生,所以它们有时被称为热声子或声子气体。
如果我们对晶体的某一部分加热,这部分的原子因为获得能量而加剧振动,表现为集体激发,热声子会迅速向周围传递以平衡其能量,最终达到晶体所有的晶胞能量均衡的状态。这与加热水不同,热水是通过对流传递能量,晶体通过声子的振动传递能量。
如果晶体内声子的波长足够长,它会导致更多的晶胞跟随一起振动,由此对外表现为晶体的整体振动,我们称之为声学声子。声学声子的振动会产生声音。
光学声子是晶格中原子的异相运动,一个原子向左移动,另一个原子向右移动。当像氯化钠这样离子晶体红外辐射激发时,光的电场将使每个正的钠离子向一个方向移动,而每个负的氯离子移动向另一个方向移动,从而使晶体振动。晶体的光学声子振动使光可以在晶体中传递。
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