晶格振动与声子
德拜温度
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每一件乐器都有它能发出的最高音;调得再高,它就是上不去。晶体对振动而言也有点像这样——它有一个能振动到的最高频率。德拜温度,就是用温度的语言,把那道天花板坐落在何处,凝结成的一个数字。
它充当两种区间之间的分界线。在远高于其德拜温度时,固体足够热,几乎所有振动模式都醒着、忙碌着,材料的表现也正如古老的经典物理所预期的那样。在远低于它时,高频的模式被量子规则冻结,只剩最柔和、波长最长的振动还在搅动。德拜温度大致标出这道过渡,让你一眼就能看出某个温度,对那种特定材料而言究竟算「热」还是「冷」。
德拜温度作为固体的一枚快速指纹而重要:数值高,意味着轻原子被又硬又强的键拴着。钻石的德拜温度大得出名,约为 2000 度,这正是为什么哪怕一颗温热的钻石,就振动而言仍然是「冷」的。诚实的提醒是:它是一个特征尺度,而非一个分明的开关——在那个温度上并不会发生什么戏剧性的事,从一种区间到另一种的转变是渐进的。
铅的德拜温度很低,接近 100 开尔文,钻石的却约为 2000。所以在室温下,铅在振动上是「热」的,全部模式都活跃着,钻石却仍然是「冷」的——这是它为何如此坚硬、又如此痛快地导热的一条线索。
又软又重的铅,对比又硬又轻的钻石:德拜温度相差二十倍。
尽管名字里带「温度」,德拜温度其实是材料的键和原子质量的一种属性,并不是你把它加热到的某个温度。一块给定的晶体,无论它待在烤箱里还是冰柜里,带着的都是同一个德拜温度。
又称
另见