värähtelykvantteja

Värähtelykvantteja, tunnetaan myös nimellä fononit, ovat kvanttimekaanisia värähtelytilan kantoaaltoja kiteisissä kiinteissä aineissa. Ne ovat ikään kuin kvantittuneita ääniaaltoja tai lämpövärähtelyjä materiaalin hilassa. Fononit eivät ole varsinaisia hiukkasia samassa mielessä kuin elektronit tai fotonit, vaan ne ovat kollektiivisia viritystiloja, jotka kuvaavat hilan atomien tai molekyylien yhteistä liikettä.

Värähtelykvanttien olemassaolo perustuu siihen, että atomien väliset vuorovaikutukset kiteessä eivät ole staattisia, vaan ne värähtelevät jatkuvasti tasapainoasemansa ympärillä. Näitä värähtelyjä voidaan käsitellä kvanttiteorian mukaisesti, jolloin energia ja liikemäärä jakautuvat kvantteihin. Jokaisella fononilla on tietty energia ja liikemäärä, jotka liittyvät toisiinsa dispersiorelaatiolla.

Fononeilla on keskeinen rooli monissa kiinteiden aineiden ominaisuuksissa. Ne vastaavat lämmönjohtavuudesta, sillä lämpöenergia välittyy aineessa pääasiassa fononien avulla. Myös sähkönjohtavuuteen vaikuttavat fononit, jotka voivat sirottaa elektroneja ja siten lisätä resistanssia. Lisäksi fononit osallistuvat äänen etenemiseen ja materiaalien akustisiin ominaisuuksiin. Fononien tutkimus on tärkeää esimerkiksi uusien materiaalien kehittämisessä ja niiden ominaisuuksien ymmärtämisessä.