PHONON
Aspects thermodynamiques
Vibrations thermiques
Les vibrations internes à un solide peuvent également être excitées par la température T. L'agitation thermique qui en résulte est la superposition plus ou moins chaotique d'un grand nombre de vibrations, couvrant pratiquement tout le spectre des fréquences. Toutes ces vibrations sont indépendantes les unes des autres dans l'approximation harmonique, et on peut les assimiler à un gaz de phonons libres. La contribution d'un mode particulier à l'énergie thermique est alors égale à n̄k ( ℏωk, où n̄k est le nombre de phonons de vecteur d'onde k. Ce nombre fluctue, mais sa valeur à l'équilibre thermique correspond à une statistique de Bose-Einstein avec :
Capacité thermique
La chaleur spécifique Cv est alors donnée par :
On distingue deux domaines de température, suivant que celle-ci est plus grande ou plus petite que θD, la température de Debye. θD caractérise la valeur maximale ωm des énergies des vibrations, c'est-à-dire kBθD ≃ ℏωm. Si T > θD, on a :
Le fait que Cv tende progressivement vers zéro aux basses températures résulte de l'impossibilité, pour l'énergie thermique, d'exciter les modes pour lesquels kBT < ℏω ; ces modes ne participent plus à l'énergie thermique. On peut remarquer aussi que U(T) ∼ T4, si T << θD. Ce résultat est tout à fait analogue à l'énergie thermique d'un gaz de photons (rayonnement de corps noir).
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Écrit par
- Jean-Paul BURGER : professeur à l'université de Paris-XI, Orsay
Classification
Pour citer cet article
Jean-Paul BURGER. PHONON [en ligne]. In Encyclopædia Universalis. Disponible sur : (consulté le )
Article mis en ligne le et modifié le 14/03/2009
Médias
Chaînes atomique et moléculaire : dispersion
Encyclopædia Universalis France
Interactions entre phonons et d'autres particules
Encyclopædia Universalis France
Modes mous
Encyclopædia Universalis France
Autres références
-
BOSONS ET FERMIONS
- Écrit par Bernard PIRE
- 1 709 mots
- 1 média
...particules élémentaires ou non, des quasi-particules essentielles pour la compréhension de divers systèmes physiques sont de type bosonique ; ainsi, les phonons qui quantifient des oscillations mécaniques dans les solides, ou les plasmons qui décrivent les oscillations collectives d’un gaz d’électrons... -
HYPERSONS
- Écrit par Pierre TOURNOIS
- 2 744 mots
- 3 médias
À côté de l'interaction phonon acoustique-phonon thermique responsable de l'atténuation des hypersons, de nombreux autres effets d'interactions peuvent exister : l'effet des dislocations, la diffraction par les défauts cristallins, les effets thermo-élastique, acousto-électrique dans les milieux... -
IMAGERIE TÉRAHERTZ
- Écrit par Bernard PIRE
- 1 427 mots
- 1 média
...ayant un fort moment dipolaire – les molécules d’eau, par exemple – ainsi qu’avec certains cristaux, par l’excitation de leurs vibrations collectives (ce qu’on appelle les phonons) et la libération de porteurs de charges libres dans le cas de métaux ou de semi-conducteurs. La capacité de l’onde à... -
MÖSSBAUER EFFET
- Écrit par Pierre IMBERT
- 2 141 mots
- 3 médias
...Toutefois, ce transfert d'énergie au cristal est nécessairement quantifié et ne peut s'effectuer que par création d'un nombre entier de quanta d'énergie de vibrations cristallines, ou phonons. En fait, lors de la désexcitation d'un grand nombre de noyaux identiques, les processus d'émission gamma accompagnés... - Afficher les 8 références
