晶格振動與聲子
聲學支
設想一長排人手拉著手輕輕搖擺。如果大家幾乎在同一刻朝同一邊傾倒,整排人就會一齊漂移,像體育場看台上緩緩掠過的一道波。聲學支正是這樣表現的那一族晶體振動:相鄰的原子朝同一方向運動,幾乎齊步。
這些是固體裡低頻的振動。由於相鄰原子彼此之間幾乎沒有相對移動,它們之間的彈簧也就幾乎沒被拉伸,所以需要的能量極少——這正是它們頻率低的原因,而對於最長的波,頻率一路降到零。在那些長波長上,這種運動恰恰就是尋常的聲音穿過材料在傳播,「聲學」之名便由此而來。每一塊晶體都有聲學支,無論它由什麼構成。
聲學支之所以重要,是因為它把聲音、以及在尋常溫度下固體裡的大部分熱都帶過固體。有一點值得說清楚:這裡的「聲學」是給原子如何一齊運動貼的標籤,並不是說你能聽見它——大多數聲學聲子振動得遠比你耳朵能察覺的任何聲音都快。
一場地震會把脈衝送過堅硬的岩石,它們相隔幾秒鐘先後抵達遠方的城市。那些地震波,就是地殼的巨型聲學支振動——它們是同一種原子搖擺裡最長、最慢的那一類親戚,而正是這種搖擺,把指甲在桌面上的輕叩傳了過去。
地震波是行星尺度上的聲學支振動。
只有當晶體重複單元裡不止一個原子時,聲學支和光學支才成對出現。每個原胞只有一個原子的晶體,就只有聲學支——沒有第二群原子可供它對著運動。
又稱
另見