晶格振動與聲子

光學支

想像兩排面對面的舞者,由富有彈性的帶子連在一起。他們不是一齊漂移,而是朝彼此撲去又退開,帶子時緊時鬆地一收一弛。光學支正是這樣一族晶體振動:相鄰原子朝相反方向運動,與它們之間的彈簧較著勁。

這些振動出現在重複單元含有不止一種原子的晶體裡,比如鈉氯交替排列的食鹽。由於原子彼此對著運動,它們之間的鍵被大幅拉伸和壓縮,這要花很多能量——所以光學支處在高頻,即便對最長的波也是如此,絕不會像聲學支那樣降到零。當這兩種原子帶有相反的電荷時,這一來一回就造出一個振盪的電場牽引,而光正能抓住它。

光學支之所以重要,是因為在許多材料裡,恰恰正是這類振動吸收並放出紅外光,這一族也因此得名,並能被光譜儀「看見」。一個常見的混淆:「光學」並不是說你用眼睛看得到它;而是說這種振動能與光耦合,通常是在不可見的紅外波段。

把紅外光照向一片薄薄的食鹽晶體,其中某一段紅外光會被吞掉:光那來回擺動的電場抓住了鈉離子和氯離子,讓它們彼此對著搖晃——這正是一道由光直接餵養著的光學支振動。

食鹽為何對某些紅外光不透明:光學聲子把它吸了進去。

只有當晶體的重複單元裡有兩個或更多原子時,光學聲子才存在。它們通常帶不動多少熱,因為幾乎不怎麼移動——但在材料如何回應紅外光這件事上,由它們說了算。

又稱
optical phonon branch光学声子