Phonon, kristal latis atomlarının bir kuantum titreşimidir.
Kristalin malzemelerede atomlar ve moleküller aktif olarak
birbirleri ile etkileşime girerler. Bu tür termodinamik fenomenleri bireysel
atom vibrasyonlarla açıklamak kolay değildir; bu nedenle, bir kristalin atomik
titreşimlerini, kristal içinde ses dalgası yayılımı olarak (fonon kuantalarla)
düşünmek daha uygundur. Fonon terimi, foton (elektromagnetik alan kuantumu) ile
analojiyle ortaya atılmıştır.
Phonon spini sıfırdır. Phonon, bosonlara aittir ve
Bose-Einstein statistikleriyle tanımlanır.
Fonon kavramı, kinetik gaz teorisi yöntemlerini kullanarak
bir kristalin termal ve diğer özelliklerini tanımlamaya olanak tanır. Çoğu
durumda, fononlar katıların ana ısı deposudur. Kristalin bir katı maddenin ısı
kapasitesi, fonon gazının ısı kapasitesi ile hemen hemen aynıdır. Bir kristalin
termal iletkenliği, fonon gazının termal iletkenliği olarak tanımlanabilir;
termal direnç transfer işlemlerinden kaynaklanmaktadır.
Fononlarla etkileşime girerken iletim elektronlarının
saçılması, metallerin ve yarıiletkenlerin elektriksel direncinin temel
mekanizmasıdır. İletken elektronlar fononları emitleyebilir ve absoeblayabilir,
elektronlar birbirlerini çekerek düşük sıcaklıklarda bazı metaller
süperiletkenleri oluşturur. Uyarılmış atomları ve molekülleri emitleyen
fononlar, radyasyonal olmayan elektronik geçişleri sağlar. Katılardaki gevşeme
(elaksasyon) proseslerinde, fononlar tipik olarak bir kristalin diğer serbestlik
dereceleri tarafından depolanan enerjiyi boşaltmaya hizmet eder, örneğin
elektronik olanlar gibi.
Fononlar akustik ve optik olabilir.
Düşük dalga vektörlerinde, akustik fononlar lineer dağılım
(dispersiyon) yasasıyla ve birim hücredeki tüm atomların paralel kaymasıyla
tanımlanır. Dispersiyon yasası latisin ses titreşimlerini açıklar, bu nedenle
fonon akustik olarak adlandırılır.
Optik fononlar, yalnızca birim hücrelerinde iki veya daha
fazla atom türü bulunan kristallerde bulunur. Düşük dalga vektörlerinde, bu
fononların atomik titreşimleri olduğundan birim hücrenin ağırlık merkezi
kararlı kalır.
Akustik fononlarda, hem pozitif hem de negatif iyonlar
birlikte salınırlar. Optik fononlarda, pozitif ve negatif fononlar birbirlerine
karşı salınırlar. (Bak. Kuasipartikül)
Doğrusal diatomik zincirde optik
ve akustik vibrasyonlar
