Разница между оптическими фононами и акустическими фононами с точки зрения поглощения энергии - физиков.нет
Винтажный Клуб для гитаристов
6 голосов
/

Почему энергия фотона может быть непосредственно поглощена оптическим фононом, а не акустическим фононом?

Ответы [ 2 ]

1 голос
/

Вам необходимо учитывать как импульс, так и энергосбережение. Скорость звука для большинства материалов настолько низка, что вы не можете сохранить обе величины поглощения фотонов до акустических фононов.

Подумайте об энергии фотона, равной 100 мэВ (сравнимой с оптическими фононами). Тогда он имеет импульс примерно 0,5 мкм $^{-1}$. В этот момент самый высокий акустический фонон для любого распространенного материала (например, алмаза) составляет около 0,004 мэВ, поэтому он не может поглотить фотон.

На рисунках посмотрите на следующий рисунок, показывающий дисперсионные соотношения для света, оптических фононов и акустических фононов $\omega=f(k)$. Какую кривую пересекает светлая линия (красная)?

Световая линия может пересекать только оптическую фононную ветвь, но не акустическую (за исключением нулевой энергии, которая не имеет значения). Это связано с несоответствием скорости между модами, что по сути означает, что скорость звука всегда намного меньше скорости света.

enter image description here

1 голос
/

Фононы имеют разные режимы возбуждения. Один вид возбуждения называется акустическим фононом. Этот тип фонона имеет дисперсионное соотношение, например $\omega= ck$ для малых k и где c - скорость звука.

Оптический фонон, однако, имеет другое соотношение дисперсии, где $\omega\to\text{(non-zero constant)}$ как $k\to0$. В оптическом фононе соседние атомы движутся в противоположных направлениях. В ионном кристалле, поскольку соседние атомы имеют противоположный заряд, это осциллирующий диполь, с которым может взаимодействовать излучение. Оказывается, что оптические фононы с большой длиной волны (малое k, т.е. волновое число) имеют энергии, аналогичные инфракрасному излучению, поэтому они могут поглощать свет. То есть свет может возбуждать оптические фононы.

Акустические фононы имеют очень малую энергию / частоту (относительно света) для больших длин волн (малое число волн), начиная с $\omega\propto k$ для малых k, поэтому не имеют сильной связи с светом. Кроме того, они (обычно) не создают колеблющийся диполь, как оптические фононы.

См. Также рис. 22.10 Ashcroft & Mermin.

Добро пожаловать на сайт физиков.нет, где вы можете задавать вопросы и получать ответы от других членов сообщества.
...