Fonon
In de fysica is een fononetoestel een gekwantificeerde trilling. Het woord quantized wordt in de natuurkunde gebruikt om aan te geven dat alleen bepaalde waarden van iets toegestaan zijn. Iets wat gekwantificeerd is, kun je zien als een trap; je kunt alleen van de ene naar de andere trap gaan en je kunt niet tussen de treden staan. Iets dat niet gekwantificeerd is, kun je zien als een helling of gladde helling; je kunt elke afstand naar boven of naar beneden bewegen. Een raster is de herhalende of periodieke structuur van een kristal. Een kristal bestaat uit atomen of moleculen in een bepaald patroon. De punten op het patroon waar de atomen of moleculen zich bevinden zijn het rooster. Vaste stoffen, vloeistoffen en gassen kunnen allemaal trillingen ervaren. Een trilling die wordt gekwantificeerd betekent dat alleen bepaalde trillingsfrequenties zijn toegestaan.
Intuïtief is er geen reden om trilling te kwantificeren. De macroscopische of grootschalige trillingen van een materiaal worden niet gekwantificeerd en kunnen in wezen elke frequentie aannemen. Pas als we rekening houden met de kleine trillingen van de deeltjes waaruit een materiaal-atoom en molecuul bestaat, wordt het begrip kwantisatie en fononon belangrijk. Om te begrijpen waarom er fononen bestaan, is een gecompliceerde kwantummechanica nodig. Zonder al te veel in detail te treden, worden de interacties tussen de samenstellende atomen of moleculen van een kristal kwantummechanica geanalyseerd. Door hun rangschikking in een patroon dat zich herhaalt, wanneer men tot een wiskundige uitdrukking voor de frequentie van de oscillatie komt, vindt men dat er alleen verschillende kwantumwaarden zijn toegestaan. Er is helaas geen eenvoudige manier om dit te verklaren.
Vragen en antwoorden
V: Wat is een fonon?
A: Een fonon is een gekwantificeerde trilling in de natuurkunde.
V: Wat betekent het woord "gekwantificeerd" in de natuurkunde?
A: In de natuurkunde betekent het woord "gekwantificeerd" dat slechts bepaalde waarden van iets zijn toegestaan.
V: Hoe kan aan iets dat gekwantificeerd is worden gedacht?
A: Iets dat gekwantificeerd is kan worden beschouwd als een trap; u kunt alleen van trede naar trede gaan en u kunt niet tussen de treden staan.
V: Wat is een rooster?
A: Een rooster is de zich herhalende of periodieke structuur van een kristal, bestaande uit atomen of moleculen in een bepaald patroon met punten op het patroon waarop de atomen of moleculen zich bevinden.
V: Kunnen vaste stoffen, vloeistoffen en gassen allemaal trillingen ervaren?
A: Ja, vaste stoffen, vloeistoffen en gassen kunnen allemaal trillingen ervaren.
V: Waarom bestaan er fononen?
A: Om te begrijpen waarom fononen bestaan, is ingewikkelde kwantummechanica nodig. Zonder al te veel in detail te treden, worden de interacties tussen de samenstellende atomen of moleculen van een kristal kwantummechanisch geanalyseerd. Vanwege hun ordening in een zich herhalend patroon, komt men tot de conclusie dat er, wanneer men tot een wiskundige uitdrukking komt voor de frequentie van de oscillatie, slechts verschillende gekwantificeerde waarden zijn toegestaan.
