晶格振动与声子

光学支

想象两排面对面的舞者,由富有弹性的带子连在一起。他们不是一齐漂移,而是朝彼此扑去又退开,带子时紧时松地一收一弛。光学支正是这样一族晶体振动:相邻原子朝相反方向运动,与它们之间的弹簧较着劲。

这些振动出现在重复单元含有不止一种原子的晶体里,比如钠氯交替排列的食盐。由于原子彼此对着运动,它们之间的键被大幅拉伸和压缩,这要花很多能量——所以光学支处在高频,即便对最长的波也是如此,绝不会像声学支那样降到零。当这两种原子带有相反的电荷时,这一来一回就造出一个振荡的电场牵引,而光正能抓住它。

光学支之所以重要,是因为在许多材料里,恰恰正是这类振动吸收并放出红外光,这一族也因此得名,并能被光谱仪「看见」。一个常见的混淆:「光学」并不是说你用眼睛看得到它;而是说这种振动能与光耦合,通常是在不可见的红外波段。

把红外光照向一片薄薄的食盐晶体,其中某一段红外光会被吞掉:光那来回摆动的电场抓住了钠离子和氯离子,让它们彼此对着摇晃——这正是一道由光直接喂养着的光学支振动。

食盐为何对某些红外光不透明:光学声子把它吸了进去。

只有当晶体的重复单元里有两个或更多原子时,光学声子才存在。它们通常带不动多少热,因为几乎不怎么移动——但在材料如何回应红外光这件事上,由它们说了算。

又称
optical phonon branch光学声子