PHONON
Propriétés de transport et phonons
Anharmonicité, dilatation et conductivité thermique
L'approximation d'oscillations harmoniques utilisée jusque-là ne permet pas d'expliquer un certain nombre de phénomènes aussi généraux que la variation des fréquences de vibration avec la pression, l'existence d'une dilatation thermique, la valeur finie de la conductibilité thermique d'un cristal isolant électrique. L'inclusion de termes non quadratiques dans le potentiel interatomique conduit non seulement à une valeur finie de la dilatation variant avec la température, comme Cv, mais aussi à des interactions phonon-phonon. Deux phonons k1 et k2 peuvent par exemple interagir pour former un troisième phonon k3 : ces collisions entre phonons définissent un libre parcours moyen l(T) entre collisions successives qui intervient dans le coefficient de
conductivité thermique
chocs seraient cependant sans effet sur un courant de chaleur si la quantité de mouvement était strictement conservée lors de l'interaction : mais nous savons que cette conservation n'est effective qu'à un vecteur G du réseau réciproque près (processus umklapp, ). À haute température, l(T) varie comme 1/T en relation avec la densité croissante de phonons ; à basse température, l(T) tend en principe vers l'infini, mais la présence de défauts limite généralement sa valeur à une constante indépendante de T.
Couplage électron-phonon dans les métaux
Les électrons de conduction d'un métal interagissent avec le potentiel électrostatique des ions, mais il est bien connu que le mouvement des électrons reste libre tant que ce potentiel est périodique. La présence de vibrations détruit cette périodicité et conduit à une diffusion des électrons par les phonons : la conductivité électrique σ varie de ce fait en 1/T à suffisamment haute température, tout comme la conductivité thermique et, comme cette dernière, elle est limitée par la présence d'impuretés à basse température. Plus spectaculaire encore est le phénomène de supraconductivité, avec la brusque disparition de toute résistivité électrique ρ = 1/σ en dessous d'une température critique Tc : on sait maintenant que cette transition est due à des interactions attractives entre paires d'électrons de conduction liées à l'émission de phonons par l'un des électrons et à leur absorption par l'autre.
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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
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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
