PHONON

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Chaînes atomique et moléculaire : dispersion

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Interactions entre phonons et d'autres particules

Interactions entre phonons et d'autres particules
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Modes mous

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Les phonons, ou vibrations collectives d'un ensemble d'atomes en interactions, représentent un des aspects les plus importants de la physique des solides. Ils interviennent dans des propriétés aussi diverses que la propagation d'ondes sonores, la chaleur spécifique, la conductivité thermique et électrique, la supraconductivité, la ferro-électricité. On peut comprendre l'existence de telles vibrations à partir des interactions de chaque atome avec ses voisins : si on impose localement, à la surface par exemple, un mouvement perturbateur qui déplace un certain nombre d'atomes de leur position d'équilibre, ceux-ci agissent sur leurs voisins, et la perturbation locale de départ s'étend de proche en proche au solide tout entier sous forme d'un mouvement collectif. Dans l'approximation classique où l'on assimile le solide à un continuum élastique, on peut montrer que le mouvement le plus général est la superposition d'ondes progressives de la forme :

u0 est l'amplitude de la déformation, ν = ω/2 π la fréquence de vibration, λ = 2 π/k la longueur d'onde et v = ω/k la vitesse de phase de l'onde. Celle-ci est indépendante de la fréquence ; en revanche, elle dépend de l'orientation de u0 par rapport au vecteur d'onde k. Mais on sait que, à l'échelle des atomes, il faut remplacer la mécanique classique par la mécanique quantique ; celle-ci implique une quantification de l'énergie εk de l'onde, c'està-dire εk = (nk + 1/2)ωk, où nk est un nombre entier et la constante de Planck. On peut aussi définir une impulsion p du cristal, quantifiée en unités de k. Tout cela permet d'introduire le langage corpusculaire, qui assimile une onde à un ensemble de nk quasiparticules, ou phonons d'énergie ωk et d'impulsion k.

Nature des phonons

Modes de vibrations acoustiques et optiques

Il est instructif d'analyser d'abord les modes de [...]

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Pour citer l’article

Jean-Paul BURGER, « PHONON », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 16 janvier 2019. URL : http://www.universalis.fr/encyclopedie/phonon/