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Concept
Phonon
Résumé
En physique, un phonon correspond à une excitation collective dans un arrangement périodique d'atomes constituant une structure cristalline ou amorphe. La déformation est élastique. L'onde qui se propage peut être assimilée à une quasi-particule.
Ils permettent d'expliquer les propriétés physiques des solides :
la capacité thermique ;
la conductivité thermique ;
la capacité à propager le son ;
la dilatation thermique.
Le concept de phonon a été créé par Igor Tamm en et le mot « phonon » (du grec ancien / phonê, la voix) a été inventé par Yakov Frenkel en . Le suffixe « -on », qui apparaît dans le nom de nombreuses entités de la physique de la matière condensée (excitons, magnons, etc.) a été calqué sur la fin du mot « électron » (mot inventé par George Stoney en 1891).
Un phonon est la description quantique du mouvement vibratoire élémentaire dans lequel un réseau d'atomes ou d'ions oscille uniformément à une fréquence donnée. En mécanique classique cela correspond à un mode normal de vibration. L'analyse de Fourier permet de décomposer toute vibration du réseau comme une superposition de ces modes de vibration élémentaires. Alors que les modes normaux de la mécanique classique sont traités comme des phénomènes ondulatoires, les phonons peuvent être assimilés à une particule de la mécanique quantique.
Dans un solide, il existe des forces d'interaction (essentiellement les forces covalentes ou ioniques dans notre cas) qui maintiennent chaque atome près d'une position d'équilibre. L'interaction entre chaque paire d'atomes peut être caractérisée par une fonction d'énergie potentielle qui ne dépend que de la distance entre chacun des couples de ces atomes et de leur nature. L'énergie potentielle du réseau dans son ensemble est la somme des énergies potentielles d'interaction de chaque paire :
Cette expression, caractéristique d'un problème à N corps, ne se prête pas à une résolution que ce soit en mécanique classique ou en mécanique quantique. Il est donc nécessaire de procéder à des approximations pour poursuivre l'analyse.
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