渊区的对称轴方向)格波可以分为横波(振动方向与格波行进方向垂直,包含两个频率简并的波)和纵波(振动方向与格波行进平行。通常用LA表示纵声学波,TA表示横声学波;LO表示纵光学波,TO表示横光学波。每支格波的频率都有上下限。
引入频率分布函数原因:1、计算所有的热力学函数都涉及到对各个晶格振动模的求和,2、因为频率是q的函数,q定义在倒空间中,当N很大时,q是准连续的,因而频率是q的准连续函数,这时,频率在q空间的分布是十分密集的,这这种情况下,指明一个个分立的频率是没有意义的。3、在非晶态中,波矢q不再是一个好的量子数,所以不再有色散关系,但频率分布函数的概念仍然适用。
频谱密度的计算
总结
4
f晶体中,原子在格点的微振动,可以用波矢为q、频率为ω的格波来描述。在简谐近似下格波是平面波(也称为简谐波),这些简谐波的存在是相互独立的。一个格波表示所有的原子同时作同频率的振动,称为一个振动模式。频率ω和q之间的关系称为色散关系。独立的波矢q位于第一布里渊区,在FBZ中波矢q的取值数等于晶体的原胞数。根据色散关系,格波分为光学波和声学波。若每个原胞有
个原子,对于给定的q,有3
个ω,称有3
支格波。其中有3支声学波,3
3支光学波。长声学波长描述了不同原胞之间的相对运动,长光学波描述原胞内原子之间的相对振动。⑧格波的色散关系在波矢空间具有倒格子的周期性和反演对称性:①②③④⑤⑥⑦
jqjqKh
jqjq
晶体中任一原子的运动方程的一般解为3
N个不同频率的简谐波的线性叠加。因此晶格中原子体系的微振动相当于3
N个相互独立的简谐波的合成运动。44晶格振动的量子化、声子分析力学证明:由N个原子构成的晶格,原子在格点附近的微振动,在简谐近似下,可以描述为由N个独立的以简正坐标描述其运动的谐振子所组成的体系。下面以一维单原子链为例说明:由一维单原子链的分析已知,波矢为q的格波引起的第
个原子的位移为:
x
qAqe
iq
aqt
三维晶格:N个原子微振动在量子力学中等效为3N个独立的以简正坐标描述的简谐振子在量子力学中,频率为ω的简谐振子,它的能量是量子化的,只能是:
1351
01232222
5
f声子和光子一样,是波色子,声子数和光子数不守恒。声子质量没有定义,因为其EP关系不符合相对论或非相对论的质能关系。45晶格比热(热容)
6
f德拜r