Techniklexikon

Phononenspektrum

Festkörperphysik, ein Kristall mit  Atomen in der Elementarzelle besitzt zu jedem Impuls  innerhalb der ersten Brillouin-Zone genau  Normalschwingungen (Schwingungen, kleine)  mit , von denen drei akustische, der Rest optische Moden (Gitterschwingungen) sind. Die Frequenzen sind periodisch im reziproken Raum,  mit  als beliebigem reziprokem Gittervektor (reziprokes Gitter). Im langwelligen Grenzfall  verschwinden die Frequenzen der drei akustischen Moden linear,  mit der Schallgeschwindigkeit  (eine longitudinale und zwei transversale). Experimentell lässt sich das Phononenspektrum durch inelastische, kohärente Neutronenstreuung bestimmen.

Phononenspektrum: Phononenspektrum von Germanium in a) [111]- und b) [100]-Richtung. Die jeweils unteren beiden Kurven, die durch den Nullpunkt gehen, sind die akustischen Zweige (benachbarte Atome schwingen gleichphasig), die oberen beiden die optischen (benachbarte Atome schwingen gegenphasig). Die Schwingungsrichtung der Atome relativ zum Wellenvektor k ist longitudinal () bzw. transversal (). Die transversalen Zweige sind zweifach entartet.