Apa yang dimaksud dengan Konsep fonon dalam fisika?
Fonon dalam fisika adalah kuantum kuantum moda vibrasi pada kisi kristal tegar, seperti kisi kristal pada zat padat. Kristal dapat disusun dari penyelesaian, uap, lelehan atau gabungan dari ketiganya. Pembentukan kristal sangat tinggi oleh laju nukleasi dan pertumbuhan. Jika pertumbuhan lambat, kristal yang terbentuk akan cukup besar, diselesaikan dengan penataan atom-atom atau molekul-molekul yang teratur dengan berulang sehingga menghasilkan energi potensialnya minimum. Fisika zat padat terkait erat dengan kristal dan elektron di miliki.
Fisika zat padat berkembang pesat ditemukan Sinar-X dan berhasil memodelkan susunan atom dalam kristal. Atom-atom atau molekul-molekul dapat membentuk kisi kristal melalui gaya tarik menarik (gaya coulomb). Kisi-kisi ini disusun berdasarkan priodik membentuk kristal. Atom-atom yang menyusun zat padat terhadap posisi keseimbanganya sehingga kisi-kisi kristal pun ikut bervibrasi. Fenomena yang muncul dari kuantisasi sistem fisika zat padat tetapi memiliki energi dengan panjang gelombang lebih panjang dari gelombang elektromagnetik disebut fonon. Energi kuantum dari vibrasi gerak dalam medan gelombang elastis dapat dianalogikan seperti dalam foton dalam gelombang elektromagnetik.
Konsep fonon tersirat dalam teori Debye yang sangat penting dan jauh mencapai konsepnya. Kita telah melihat bahwa energi setiap mode terkuantisasi, energi dari satuan kuantum menjadi ћω. Karena mode yang kita miliki adalah gelombang elastis, yang disetujui, terkuantisasi energi gelombang suara elastis. Prosedur ini analog dengan yang digunakan dalam mengkuantisasi energi medan elektromagnetik, di mana sel hidup alam lapangan dengan meluncurkan foton. Dalam kasus ini, partikel seperti entitas yang membawa unit energi elastis dalam mode tertentu disebut Fonon. Energi fonon tersebut yaitu:
Sedangkan Fonon juga merupakan gelombang berjalan, ia membawa momentum sendiri. Analogi foton (sama seperti persamaan de Broglie), momentum Fonon diberikan oleh p = h / λ, dimana λ adalah panjang gelombang. Ditulis λ = 2π / q, dimana q adalah vektor gelombang, kita memperoleh momentum untuk Fonon tersebut:
Sama seperti kita berpikir tentang gelombang elektromagnetik sebagai aliran foton, sekarang kita melihat sebuah gelombang suara elastis sebagai aliran fonon yang membawa energi dan momentum gelombang. Kecepatan perjalanan Fonon sama dengan kecepatan suara dalam medium.
Jumlah fonon dalam mode pada kesetimbangan termal dapat ditemukan dari pemeriksaan Persamaan. (3.26). Karena energi per Fonon sama dengan ћω, dan karena energi rata-rata fonon dalam modus diberikan oleh є dalam (3.26), berarti rata-rata jumlah fonon dalam modus diberikan oleh
Jumlah ini tergantung pada suhu pada T = 0, n = 0, tetapi dengan meningkatnya T, n juga meningkat, akhirnya meraih nilai n = kT / ћω pada suhu tinggi. Di sini kita melihat hal yang menarik: fonon diciptakan hanya dengan meningkatkan suhu, dan karenanya jumlah mereka dalam sistem ini tidak kekal. Ini tidak seperti kasus pada partikel lebih dikenal fisika-misalnya, elektron atau proton di mana jumlah ini kekal.
Konsep fonon merupakan salah satu yang sangat penting dalam fisika zat padat, dan kita akan perdalam lagi dalam buku ini. Sebagai contoh, pada bagian 3.10, kita akan mempelajari interaksi fonon dengan bentuk-bentuk lain dari radiasi, seperti sinar-X, neutron, dan cahaya. Interaksi ini tidak hanya akan memvalidasi pers. (3.41) and (3.42) untuk energi dan momentum Fonon, tetapi juga akan memberikan informasi berharga tentang keadaan getaran padat.