Phononinteractie

Phononinteractie verwijst naar de interacties die betrokken zijn bij phonons, de kwantiseringen van latticetrillingen in kristallijne vaste stoffen. Phonons vormen de energie-dragers van trillingen in het rooster en komen in verschillende typen voor, zoals akoestische en optische phonons. De interacties tussen phonons onderling en met andere excitatievormen bepalen veel fysieke eigenschappen van materialen.

Een belangrijk onderdeel is de elektron-fononinteractie, waarbij trillende roosteratomen coupling hebben met elektronenzustanden. Deze interactie speelt een sleutelrol bij elektrische weerstand in metalen, bij de optische en elektrooptische eigenschappen van materialen, en bij supergeleiding in conventionele superconductoren via het BCS-scenario. De sterkte van deze coupling beïnvloedt onder andere de kritieke temperatuur en de verdeling van elektronische staten.

Phonon-phononinteracties ontstaan door anharmoniciteit van het kristalrooster. Deze processen leiden tot de afbraak of scattering van phonons en bepalen de levensduur en breedte van phononlijnen. Umklappprocessen dragen bij aan thermische weerstand en daarmee aan de warmtegeleiding van vaste stoffen, vooral bij hoge temperaturen, terwijl andere fasen van phonon-phonon interactie bijdragen aan de warmtecapaciteit en de warmtegeleiding in isolatoren.

Experimenten zoals neutronenrooster spectroscopie, Raman- en infraroodspectroscopie en inelastische röntgendiffractie worden gebruikt om phonondispersies en -levensduren te meten. Theoretisch worden phononinteracties bestudeerd met behulp van perturbatietheorie, many-body theorie en de Boltzmann-transportvergelijking, die samen inzicht geven in transporteigenschappen en warmtebeheer.

Toepassingen van begrip rond phononinteractie liggen in thermische materialen, halfgeleiders, supergeleiders en thermoelectrische systemen, waar controle over phononprocessen de prestaties kan verbeteren.