Φωνόνιο: Διαφορά μεταξύ των αναθεωρήσεων

Το '''φωνόνιο (phonon)''' στη [[Φυσική]], είναι το [[κβάντο]] (ελάχιστο διακριτό πακέτο) [[ενέργεια|ενέργειας]] που μπορεί να μεταφερθεί με μηχανικές [[ταλάντωση|ταλαντώσεις]] των [[άτομο|ατόμων]] σε ένα στερεό [[κρύσταλλος|κρύσταλλο]] και αντιστοιχεί στη μηχανική ταλάντωση του ελάχιστου ταλαντωτή του [[κρυσταλλικό πλέγμα|κρυσταλλικού πλέγματος]]. Για μονοατομικό κρύσταλλο ο ελάχιστος ταλαντωτής είναι το ένα άτομο. Η μηχανική ταλάντωση του ελάχιστου ταλαντωτή αντιστοιχεί στο ελάχιστο [[στάσιμο κύμα]] που μπορεί να αναπτυχθεί στον κρύσταλλο από μια σειρά στάσιμα κύματα (ή «κανονικούς τρόπους» ή normal modes) που δύνανται να αναπτυχθούν σε αυτόν δεδομένων των διαστάσεών του. <ref name="springs" group="Σημ."/> Το ελάχιστο στάσιμο κύμα, που αντιστοιχεί στο φωνόνιο του μονοατομικού κρυστάλλου, έχει τον κυματαριθμό <math>\rm k = \frac{2 \cdot \pi}{\lambda}</math> με <math>\lambda = 2 \cdot \alpha</math> όπου <math>\mathbf{\lambda}</math> το [[μήκος κύματος]] του στάσιμου κύματος και <math>\mathbf{\alpha}</math> η απόσταση μεταξύ δύο ατόμων του κρυστάλλου. Το μήκος κύματος δηλαδή που αντιστοιχεί στο φωνόνιο ισούται με δύο φορές την απόσταση του ενός ατόμου/ταλαντωτή από το διπλανό του στο πλέγμα του μονοατομικού κρυστάλλου. <ref name="complexcrystal" group="Σημ."/>

Το φωνόνιο είναι το μικρότερο πακέτο ενέργειας που προστίθεται ή αφαιρείται για να μορφώσει έναν [[ήχος|ήχο]] που ταξιδεύει μέσα στο στερεό, ως μέρος μιας σειράς «κανονικών τρόπων» ταλάντωσης του στερεού που σχηματίζουν τον ήχο με επαλληλία, των οποίων ο κυματαριθμός της ταλάντωσης λαμβάνει διακριτές τιμές <math>k_n = {n\pi \over N\alpha}

\quad</math> όπου <math>\ n = 0, \pm1, \pm2, ... , \pm N\ </math> , όπου <math>\ N</math> ο (πεπερασμένος) αριθμός των ατόμων του πλέγματος, και <math>\mathbf{\alpha}</math> η απόσταση μεταξύ των ατόμων. Αυτοί οι «κανονικοί τρόποι» ταλάντωσης είναι τα στάσιμα κύματα, οι [[ιδιοσυχνότητα|ιδιοσυχνότητες]] που δύνανται να αναπτυχθούν εντός του μακροσκοπικού συστήματος του στερεού και εξαρτώνται από τις διαστάσεις του. Οποιοσδήποτε ήχος ταξιδεύει μέσα στο στερεό μπορεί να αναχθεί σε επαλληλία των κανονικών αυτών τρόπων ταλάντωσης που ο μικρότερος όλων είναι το φωνόνιο.Τα φωνόνια ταξιδεύουν με ηχητικές (κλασσικές) ταχύτητες, πολύ μικρότερες δηλαδή της [[ταχύτητα του φωτός|ταχύτητας του φωτός]]. Στην ουσία καθορίζουν την [[ταχύτητα του ήχου|ταχύτητα διάδοσης του ήχου]] μέσα στα στερεά.

Το ενδιαφέρον είναι ότι, εκτός από κβάντα ενεργειακών κυμάτων, τα φωνόνια μπορεί να θεωρηθεί ότι έχουν τη συμπεριφορά [[Κβαντική μηχανική|κβαντομηχανικού]] σωματιδίου, καθώς από το φορμαλισμό αντιστοιχίζονται σε αυτά ιδιότητες θέσης και [[ορμή|ορμής]].

Τα φωνόνια παίζουν σημαντικό ρόλο στη [[θερμική αγωγιμότητα]] στα υλικά ως φορείς ενέργειας μέσα σε αυτά και στη [[ηλεκτρική αγωγιμότητα]] των υλικών. Σε [[θερμοκρασία|θερμοκρασίες]] που πλησιάζουν το [[απόλυτο μηδέν]] τα φωνόνια δημιουργούν συνθήκες ώστε τα ηλεκτρόνια να συνταξιδεύουν με μηδενικές σχεδόν απώλειες ενέργειας και με τον τρόπο αυτό εξηγείται το φαινόμενο της [[υπεραγωγιμότητα|υπεραγωγιμότητας]] των υλικών, κυρίως [[μέταλλα|μετάλλων]], που την αναπτύσσουν σε αυτές τις θερμοκρασίες. Μεταφέροντας ενέργεια ακόμη αλλάζουν τη [[θερμοκρασία]] των αγωγών άρα και την [[Ηλεκτρική αντίσταση|ηλεκτρική αντίστασή]] τους. Επίσης με την αύξηση της θερμοκρασίας αλλάζουν οι ενδοατομικές αποστάσεις και αλλάζει και το φωνόνιο. Φαίνεται πως παίζουν σημαντικό ρόλο στο [[φαινόμενο σήραγγος]] με εφαρμογές στους [[ημιαγωγός|ημιαγωγούς]], στις μετρήσεις απεικόνισης επιφανειών από [[:en:Scanning tunneling microscope|σαρωτικά μικροσκόπια σήραγγος]] κλπ.<ref>{{cite journal|author=Ard A. Louis, James P. Sethna|journal=Phys. Rev. Lett.|title=[http://xxx.lanl.gov/PS_cache/cond-mat/pdf/9406/9406043v2.pdf Atomic Tunneling from a Scanning-Tunneling or Atomic-Force Microscope Tip: Dissipative Quantum Effects from Phonons]|volume=74|year=1995|pages=1363–1366|doi=10.1103/PhysRevLett.74.1363}}</ref>