Explanation

声子是晶格振动的简正模的量子。晶格具有周期性，因此晶格的振动模式具有波的形式，被称为格波。一个格波表示晶体所有原子都参与的一种振动模式。原子总是围绕着其平衡位置不断振动。这些原子通过它们之间的相互作用力相互联系。一般来说，原子之间的相互作用力可以很好地近似为弹性力，这使得振动以弹性波的形式在晶体中传播。这种振动可以理论上被认为是一系列基本的振动，即简正振动的叠加。当原子振动的振幅相对于原子间距很小时，这意味着简正振动模式之间可以近似看作是独立的。换句话说，每一种简正振动模式实际上就是一种具有特定频率、波长和一定传播方向的弹性波，整个系统就相当于一系列相互独立的谐振子构成。这些谐振子的能量将是连续的，根据量子力学，它们的能量必须是量子化的，只能取整数倍的离散值，即E_n = (n + 1/2)?ω，其中 n 为非负整数，? 为约化普朗克常数，ω 为格波的振动频率。这些能态 E_n 可以被认为是由多个能量为 ?ω 的“激发子”相加而成，而这种量子化了的弹性波的最小单位就叫声子。声子是全体原子集体的，而不是单独一个原子的运动模式的量子。声子是一种准粒子，具有空间坐标参数和动量。由于化学势为零，声子服从玻色-爱因斯坦统计，是一种玻色子。由于是准粒子，所以它不具有真正的质量，也不能从晶体中取出声子，因此不能简单地将声子等同于晶格振动中的简谐振子。声子本身并不具有物理动量，但携带有准动量，格波波矢代表声子波矢，并具有能量 ?ω（其中 ? 为约化普朗克常数，ω 为格波的振动频率）。这个能量并不归属于某一个特定的原子，而代表一种集体激发，只是这种激发具有粒子的属性。谐振子的激发态可以包含任意数量的声子，因此声子数可以相互产生和消失。声子动量的守恒定律也不同于一般的粒子，而且声子不能脱离晶体存在。声子只是格波激发的量子，被称为集体振荡的元激发或准粒子。

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