Bài giảng Vật lí chất rắn - Chương 2: Dao động của mạng tinh thể (Phần 2)

Bài giảng Vật lí chất rắn - Chương 2: Dao động của mạng tinh thể (Phần 2) cung cấp cho học viên những kiến thức về lượng tử dao động - phonon; năng lượng của một dao động điều hòa (con lắc lò xo, con lắc đơn,...); năng lượng của một sóng cơ có tần số phụ thuộc vào những đại lượng nào của sóng;... Mời các bạn cùng tham khảo chi tiết nội dung bài giảng!

VẬT LÍ CHẤT RẮN Phạm Đỗ Chung Bộ mơn Vật lí chất rắn – Điện tử Khoa Vật lí, ĐH Sư Phạm Hà Nội 136 Xuân Thủy, Cầu Giấy, Hà Nội PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2020 Chương • Dao động mạng tinh thể Dao động mạng ba chiều Dao động mạng chiều loại nguyên tử Dao động mạng chiều hai loại nguyên tử Lượng tử dao động: Phonon Nhiệt dung vật rắn Sự giãn nở nhiệt PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2020 Lượng tử dao động: phonon Năng lượng dao động điều hoà (con lắc lò xo, lắc đơn,…)? Năng lượng sóng có tần số phụ thuộc vào đại lượng sóng? Năng lượng sóng điện từ? Năng lượng sóng ánh sáng? Năng lượng chùm photon? PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2020 Lượng tử dao động: phonon Năng lượng dao động mạng có tần số ω xác định bị lượng tử hóa Photon Lượng tử lượng ánh sáng (sóng điện từ) Năng lượng chùm sáng có tần số f bị lượng tử hóa PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2020 4 Lượng tử dao động: phonon Chuẩn hạt phonon: • Năng lượng • Xung lượng • Hàm phân bố theo lượng • Tương tác (các định luật bảo toàn tương ứng) Những điểm giống khác phonon photon? PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2020 Lượng tử dao động: phonon • Năng lượng dao động tử điều hịa có tần số 𝜔 là: 𝜖 = ℏ𝜔(n + ) n mức kích thích bậc n dao động tử điều hồ • Mức ứng với n=0 (dao động bậc 0) 𝜖 = ℏ𝜔 • Năng lượng 01 phonon có tần số 𝜔: 𝜖 = ℏ𝜔 • Chuẩn xung lượng: 𝑝Ԧ = ℏ𝐾 PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2020 Phonon vs Photon Hàm phân bố Planck: 𝑛𝐾 = ℏ𝜔(𝐾) 𝑒 𝑘𝐵 𝑇 −1 Năng lượng: 𝜖 = ℏ𝜔 Xung lượng: 𝑝Ԧ = ℏ𝐾 PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2020 Năng lượng: 𝜖 = ℏ𝜈 Xung lượng: 𝑝 = ℏ𝜈/c Fig 1, p106, C Kittel, Introduction to Solid state physics, 8th Lượng tử dao động: phonon Nhiệt dung phonon • p: phương phân cực phonon PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2020 Lượng tử dao động: phonon • Điều kiện cực đại tán xạ đàn hồi tia X 𝑘′ = 𝑘 + 𝐺Ԧ • Nếu tán xạ khơng đàn hồi (có tham gia phonon) điều kiện tán xạ là: 𝑘′ + 𝐾 = 𝑘 + 𝐺Ԧ (1) 𝑘′ = 𝑘 + 𝐾 + 𝐺Ԧ (2) với 𝐾 vector sóng phonon (1) trình tán xạ tạo phonon (2) trình tán xạ hấp thụ phonon Đo vector 𝐾 sóng phonon??? PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2020 Lượng tử dao động: phonon • Trong thực nghiệm đường cong tán sắc 𝜔(𝐾) thường đo phép đo tán xạ neutron • Tương tác neutron phonon tn theo: • Định luật bảo tồn động lượng 𝑘 + 𝐺Ԧ = 𝑘′ ± 𝐾 • Định luật bảo toàn lượng ℏ2 𝑘 ℏ2 𝑘′2 = ± ℏ𝜔 2𝑀𝑛 2𝑀𝑛 PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2020 10 Lượng tử dao động: phonon Sự tán xạ không đàn hồi phonon • Đo vector sóng tần số neutron tới neutron tán xạ tìm vector sóng tần số phonon Fig 11, p101, C Kittel, Introduction to Solid state physics, 8th PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2020 11 .. .Chương • Dao động mạng tinh thể Dao động mạng ba chiều Dao động mạng chiều loại nguyên tử Dao động mạng chiều hai loại nguyên tử Lượng tử dao động: Phonon Nhiệt dung vật rắn Sự giãn... PHẠM Đỗ Chung-HNUE-2020 Lượng tử dao động: phonon • Năng lượng dao động tử điều hịa có tần số