电子–声子相互作用

电子–声子相互作用
电子-声子相互作用(electron-phonon interaction)是指电子与晶格 振动之间的相互作用。固体中带正电荷的原子实在静态时所处的平衡位置 形成晶格,晶格的周期性场使电子的能谱存在能带。在周期场中电子有确定的能量和称之为准动量的ћk,式中k是波矢,ћ是普朗克常数被2π除。表明能带电子的行为与自由电子相似。周期场的作用可归结在电子的有效质量。晶格原子实在格点(即平衡位置)附近振动,由于原子间相互牵连,各原子实的振动形成种种格波,即不同的频率、波矢和偏振的简谐波 模(简正模)。各个简正模的能量量子就是声子。故电子与声子相互作用代表了电子与晶格振动之间的作用。

概念说明

由于固体中的电子受到组成点阵的正离子对它的作用。由于离子并非静止,它们总是在平衡位置附近振动着(见点阵动力学),它们对电子的作用可以分为两部分:一部分是静止在平衡位置(即点阵阵点)上的离子造成的周期性电场。周期场除了使电子的能谱形成能带以外,并不造成对于电子的散射,即在周期场中运动的电子的能量、动量(准动量)不变;另一部分是振动所造成的相对于周期性电场的偏离的影响。由于这是离子运动的效果,所以是随时间变化的。离子的振动可分解为各种频率、波矢和偏振的简正模。各个简正模的振动态都是量子化的,点阵的振动可以用各种频率、波矢和偏振的声子来描写。电子-声子相互作用指的就是点阵振动和电子的相互作用。

理论诠释

晶格原子振动偏离其格点,周期性场在局部遭破坏,使电子运动方向偏析,即发生散射。在电子与晶格振动之间出现动量和能量的交换。当电子将一部分能量和动量转移给晶格时,晶格某一简正模的格波幅度增大,升高了该简正模的量子化能级,这时电子发射一个声子。如果在散射过程中,某一简正模格波降低了它的量子化能级,把能量和动量转移给电子,则是电子吸收一个声子的情况。这种发射或吸收声子的过程就是电子–声子相互作用的基元过程。这些过程中电子和声子满足能量和准动量守恒关系。