Fonon
Inom fysiken är en fonon en kvantiserad gittervibration. Ordet kvantiserad används inom fysiken för att betyda att endast vissa värden av något är tillåtna. Något som är kvantiserat kan man tänka sig som en trappa; man kan bara gå från steg till steg och man kan inte stå mellan stegen. Något som inte är kvantiserat kan man tänka sig som en ramp eller en jämn lutning; man kan förflytta sig hur långt som helst uppåt eller nedåt. Ett gitter är den upprepande eller periodiska strukturen i en kristall. En kristall består av atomer eller molekyler i ett visst mönster. De punkter i mönstret där atomerna eller molekylerna är placerade är gitteret. Fasta ämnen, vätskor och gaser kan alla uppleva vibrationer. Att en vibration är kvantiserad innebär att endast vissa frekvenser av vibrationer är tillåtna.
Intuitivt sett finns det ingen anledning till att gittervibrationer skulle vara kvantiserade. De makroskopiska eller storskaliga vibrationerna i ett material är inte kvantiserade och kan i princip anta vilken frekvens som helst. Det är först när vi betraktar de små vibrationerna hos de partiklar som utgör ett material - atomer och molekyler - som begreppet kvantisering och fononer blir viktigt. För att förstå varför fononer existerar behövs komplicerad kvantmekanik. Utan att gå in på alltför många detaljer analyseras interaktionerna mellan de ingående atomerna eller molekylerna i en kristall kvantmekaniskt. På grund av att de är ordnade i ett mönster som upprepas finner man, när man kommer fram till ett matematiskt uttryck för svängningsfrekvensen, att det endast finns tydliga kvantiserade värden som är tillåtna. Det finns tyvärr inget enkelt sätt att förklara detta.
Frågor och svar
F: Vad är en fonon?
A: En fonon är en kvantiserad gittervibration inom fysiken.
F: Vad betyder ordet "kvantiserad" inom fysiken?
S: Inom fysiken betyder ordet kvantiserad att endast vissa värden av något är tillåtna.
F: Hur kan man tänka sig något som är kvantiserat?
S: Något som är kvantiserat kan man tänka sig som en trappa; man kan bara gå från steg till steg och man kan inte stå mellan stegen.
F: Vad är ett gitter?
S: Ett gitter är den upprepande eller periodiska strukturen i en kristall, som består av atomer eller molekyler i ett visst mönster med punkter på mönstret där atomerna eller molekylerna är placerade.
F: Kan fasta ämnen, vätskor och gaser alla uppleva vibrationer?
S: Ja, fasta ämnen, vätskor och gaser kan alla uppleva vibrationer.
F: Varför finns fononer?
S: För att förstå varför fononer existerar krävs komplicerad kvantmekanik. Utan att gå in på alltför många detaljer analyseras växelverkan mellan de ingående atomerna eller molekylerna i en kristall kvantmekaniskt. På grund av att de är ordnade i ett mönster som upprepas finner man, när man kommer fram till ett matematiskt uttryck för svängningsfrekvensen, att det endast finns tydliga kvantiserade värden som är tillåtna.
