في الفيزياء، يعد الفونون إثارة جماعية في ترتيب دوري مرن للذرات أو الجزيئات في مادة مكثفة، خاصة في المواد الصلبة وبعض السوائل، وهو نوع من أشباه الجسيمات.
الفونونات في فيزياء الكم
- الفونون هو حالة مثارة في التكميم الميكانيكي الكمومي لأنماط الاهتزازات للبنى المرنة للجسيمات المتفاعلة، ويمكن اعتبار الفونونات كموجات صوتية كميّة، على غرار الفوتونات كموجات ضوئية كمية.
- تعتبر التجارب التي تحدث على الفونونات جزءًا مهمًا من فيزياء المادة المكثفة، إذ تعمل كدورًا أساسيا في الكثير من الخصائص الفيزيائية لأنظمة المادة المكثفة، مثل التوصيل الحراري والتوصيل الكهربائي، وكذلك في نماذج تشتت النيوترونات والتأثيرات ذات الصلة.
- الفونون هو شرح ميكانيكي كمومي لحركة اهتزازية أولية تدور فيها شبكة من الذرات أو الجزيئات بشكل موحد بتردد واحد، وفي الميكانيكا الكلاسيكية يوضع هذا الوضع العادي للاهتزاز.
- إن أي اهتزاز للشبكة يمكن تسميته تراكبًا لأنماط الاهتزاز الأولية هذه، وفي حين أن الأنماط العادية هي ظاهرة شبيهة بالموجات في الميكانيكا الكلاسيكية، فإن الفونونات تشبه الجسيمات أيضًا، بطريقة مرتبطة بثنائية الموجة والجسيم لميكانيكا الكم.
كيفية انتشار الفونونات
- بسبب الروابط بين الذرات، فإن إزاحة ذرة واحدة أو أكثر من مواقع توازنها يؤدي إلى مجموعة من موجات الاهتزاز التي تنتشر عبر الشبكة، وتظهر إحدى هذه الموجات في الشكل إلى اليمين، حيث يتم تحديد سعة الموجة من خلال إزاحة الذرات من مواقع توازنها.
- يوجد حد أدنى ممكن من الطول الموجي، يُعطى بضعف فاصل التوازن أ بين الذرات، ويمكن تعيين أي طول موجي أقصر من هذا على طول موجي أطول؛ بسبب دورية الشبكة، ويمكن اعتبار هذا أحد نتائج نظرية أخذ العينات نيكويست شانون، حيث يُنظر إلى النقاط الشبكية على أنها نقاط أخذ عينات لموجة مستمرة.
- ليس لكل اهتزاز شبكي ممكن طول موجي وتردد محددين جيدًا، ومع ذلك، فإن الأنماط العادية تمتلك أطوال موجية.
