晶格振動與聲子
倒逆過程
/ OOM-klap PROSS-ess /
想像兩輛在堵得嚴嚴實實的車流裡、保險桿貼著保險桿相互推擠的車;通常它們倆都還會繼續往前爬。可設想一條古怪的路,在足夠猛的一撞之下,一輛車忽然發現自己掉頭朝後了。倒逆過程,就是聲子之間一次帶著這種離奇轉折的碰撞——合起來的運動竟翻轉過來,朝相反的方向去了。
當兩個聲子在晶體裡相撞時,它們通常會把運動合在一起,繼續大致朝前;這種尋常的種類,叫作正常過程,對拖慢熱毫無作用。但如果這兩個聲子足夠有勁,它們合起來的動量就超出了晶格所能承載的,於是晶格本身吸走其中一大塊,把產生的聲子猛地甩向後方。德語詞 Umklapp 意為「翻轉過去」,恰好抓住了這種方向的反轉。
倒逆過程之所以重要,是因為它是熱不會無限快地流過一塊純淨、完美晶體的主要原因。它把朝前流的熱扭轉向後,從而製造出真正的熱阻。關鍵在於,倒逆過程需要有勁的聲子,所以晶體一旦變得很冷,它們就漸漸消退——這正是為什麼極其潔淨、寒冷的晶體,在缺陷取而代之成為極限之前,能把熱導得好得驚人。
一塊極純、極冷的絕緣體晶體,比如藍寶石,能一時間把熱導得比銅還好,因為倒逆過程幾乎全關掉了,幾乎沒有什麼能把熱流扭轉回去。把它熱起來,倒逆碰撞便復甦,又把熱流扼了回去。
極冷的純晶體為何是出色的導熱體:倒逆散射睡著了。
關鍵的對照是正常過程,它守恆聲子總的朝前動量,所以根本不阻礙熱。只有翻轉動量的倒逆過程,才在一塊潔淨的晶體裡真正製造出熱阻。
又稱
另見