Phononen

skywalker · Anmeldungsdatum: 01.04.2006 Beiträge: 198

Hi,

also, ich habe das problem den begriff Phononen zu verstehen. Habe auch schon was in wikipedia und in dem tipler was zu gelesen. aber ich kappiere das einfach nicht grübelnd

.

gibt es hier jemanden, der mir phononen in einfachen worten vielleicht erklären könnte?

danke

goa · Anmeldungsdatum: 09.05.2006 Beiträge: 75

Phononen sind die Gitterschwingungen in einem Festkörper... aber ich vermute mal dass du das bei deiner bisherigen Recherche schon erfahren hast.
Also wieviel weisst du denn schon beziehungsweise wo genau hast du denn Verständnisschwierigkeiten?
Das ganze Thema ist wie so oft nicht in 2 Sätzen zu erklären...

as_string · Moderator Anmeldungsdatum: 09.12.2005 Beiträge: 5786 Wohnort: Heidelberg

Hallo!

Ich weiß nicht genau, was Du als Antwort erwartest. Wie sollen wir bei so einer allgemeinen Frage etwas anderes schreiben, als das, was schon in einem Buch wie Tipler oder bei Wikipedia, oder auch in einem richtigen Buch über Festkörperphysik, wie dem Kittel, steht.
Der einzige Vorteil im Board ist ja, dass Du gezielt Fragen stellen kannst, was bei einem Buch nicht geht. Wir können Dir also nur richtig helfen, wenn Du genau beschreibst: "Im Tipler steht das ungefähr so und so beschrieben, diesen Punkt verstehe ich noch, aber diesen dann schon nicht mehr...". Dann könnten wir Dir sehr gut weiter helfen.

Ich will trotzdem kurz schreiben, was die Idee hinter dem ganzen ist: Du weißt ja, dass sich in einem Festkörper Schallwellen ausbreiten können. Die haben eine bestimmte Frequenz und Amplitude und so. Mit einem einzelnen Wellenpaket kann aber Energie und Impuls transportiert werden. Energie und Impuls sind aber Eigenschaften, die man eher einem Teilchen zuschreiben würde. Deshalb nennt man ein solches Wellenpaket dann auch Quasiteilchen oder (bei Schallwellen) ein Phonon.
Das ist alles ziemlich ähnlich, wie man das bei Photonen macht. Da hat man ja eine Elektromagnetische Welle und stellt fest, dass sie genau wie ein normales Teilchen Energie und Impuls transportiert. Man kann den Impuls und die Energie sogar angeben/ausrechnen und die Photonen können sich mit anderen Teilchen stoßen wobei dabei Impuls- und Energieerhaltung gilt, wie bei "richtigen" Teilchen auch.
Außerdem ist noch wichtig: Wie bei Photonen ist die Energie eines einzelnen Phonons von der Frequenz abhängig. Bei einer bestimmten Frequenz kann also eine Schallwelle nur immer ein Vielfaches der Energie eines einzelnen Phonons dieser Frequenz haben. Diese Quantelung ist ja aus der Quantenmechanik bekannt und kommt hier auch wieder vor, so dass Phononen noch mehr Eigenschaften von Teilchen haben (dass sie nur in ganzzahligen Vielfachen auftreten und es keine "halben Phononen" gibt), genau so wie Photonen auch.

Gruß
Marco

w.bars · Anmeldungsdatum: 24.07.2006 Beiträge: 202

hi,

also ich glaub das ist ein teilchen, das nicht richtig existiert, wie n elektron, sondern welches die physiker sich ausgedacht haben, wahrscheinlich weil dann irgendwelche gleichungen einfacher werden. machen die immer. Prost

goa · Anmeldungsdatum: 09.05.2006 Beiträge: 75

so kann mans auch ausdrücken.
Die Physiker nennen Teilchen die nicht wirklich existieren aber Gleichungen
einfacher machen deswegen auch Quasiteilchen. Und ja machen wir immer. Wenn die Rechnungen einfacher werden wären wir ja blöd wenn wir es nich machen würden Augenzwinkern

.

skywalker · Anmeldungsdatum: 01.04.2006 Beiträge: 198

as_string · Moderator Anmeldungsdatum: 09.12.2005 Beiträge: 5786 Wohnort: Heidelberg

Hallo!

Das gesagte gilt auch für optische Anregungen. Der Unterschied ist vor allem eine andere Dispersion bei optischen Phononen als bei akustischen.
Optische Phononen können nur in Gittern mit zwei- oder mehr-atomischer Basis vorkommen. Die Schwingungen sehen dann so aus, dass die eine Atome"sorte" gegen die andere schwingt, so dass die Frequenzen solcher Phononen auch deutlich höher ist, als die von akustischen. Sie können also auch erst bei höheren Energieen angeregt werden.
Mit "Schall" meinte ich allerdings eine allgemeine Schwingung im Festkörper. Ob das akustische oder optische Phononen sind, ist da erstmal nicht so wichtig. Wenn Du Schwingungen eines Kristalls mit einer nur einatomigen Basis verstanden hast und damit auch die akustischen Phononen, dann ist das mit den optischen auch nicht mehr so problematisch, denke ich...
Meines Erachtens besonders wichtig im Zusammenhang mit Phononen sind Stöße von anderen Teilchen (z. B. auch von Photonen; Raman-Scattering) mit einem Gitter, oder auch Stöße von Phonen untereinander. Zweitens ist sicher diese ganze Phononenbetrachtung sehr wichtig für die spezifische Wärmekapazität eines Festkörpers. Diese hängt ja davon ab, wieviele mögliche Zustände zu ein und der selben Temperatur führen (Zustandssumme) und wie sich diese Zahl mit der Temperatur ändert (das war jetzt sehr vereinfacht ausgedrückt. Bitte nicht auf die "Goldwaage" legen...). Wenn man weiß, dass Schwingungen in der Form von Phononen diskrete Energieniveuas haben, dann ergibt sich eine andere Wärmekapazität, als mit einer kontinuierlichen Energieverteilung. Das ist so ein ähnlicher Effekt, wie bei der Schwarzkörperstrahlung und den Photonen, die dabei nur diskrete Energiewerte annehmen können (je nach Frequenz, sowohl bei Photonen wie auch bei Phononen).

Gruß
Marco

PS: Bei den Details bin ich mir nicht immer so ganz sicher, weil meine Festkörper-Vorlesung jetzt auch schon ein paar Semester zurück liegt. Wenn sich da Fehler eingeschlichen haben, dann bitte ich das zu entschuldigen...