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文档简介

第三节 能量量子化、声子,3.3.1 能量量子化,本节主要内容:,3.3.2 声子,晶格振动,格波,简谐近似,独立的振动模式,由B-K 边界条件,q分立值,声子,晶格振动能量量子化,3.3.1 能量量子化,一维单原子链的情况,由玻恩-卡门周期性边界条件:q可以取N个值。,3.3 能量量子化 声子,根据经典力学,系统的总能量为势能U和动能T之和。,则:,令,拉格朗日函数:,推导略,Xn(t)是实数,,(1)证明:,(2)证明:,若,均为整数。,广义动量:,哈密顿函数:,又:,据量子力学,频率为i的谐振子的振动能:,由N个原子组成的一维单原子链的振动等价于N个谐振子的振动,谐振子的振动频率就是晶格振动频率。,晶格振动能量:,三维晶格振动的总能量为:,其中N为晶体中的原胞个数,n为每个原胞中的原子个数。,格波(晶格振动)的能量量子-声子。,晶格振动的能量是量子化的,能量单位为 。,3.3.2 声子,声子不是真实的粒子,称为“准粒子”,它反映的是晶格原子集体运动状态的激发单元。声子只存在于晶体中,脱离晶体后就没有意义了。,1.声子是晶格振动的能量量子,其能量为 ,“准动量”为 。,2.一个格波(一种振动模式),称为一种声子(一个,q就是一种声子),当这种振动模式处于 本征态时,称为有ni个声子,ni为这种声子的声子数。,3.由于晶体中可以激发任意个相同的声子,所以声子是玻色型的准粒子,遵循玻色统计。,4.当电子(或光子)与晶格振动相互作用时,交换能量以 为单位,若电子从晶格获得 能量,称为吸收一个声子,若电子给晶格 能量,称为发射一个声子。,在简谐近似下,声子是理想的玻色气体,声子间无相互作用。而非简谐作用可以引

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