Diferencia entre modos mecánicos y fonones.

Como se indica en este artículo de revisión:

Los modos mecánicos son largos en comparación con el espacio interatómico. Es natural hacer la distinción entre modos nanomecánicos y fonones : los primeros son modos de longitud de onda larga y baja frecuencia fuertemente afectados por las condiciones de contorno del nanodispositivo, mientras que los últimos son modos vibratorios con longitudes de onda mucho más pequeñas que las dimensiones típicas del dispositivo. Los fonones son relativamente poco afectados por la geometría del resonador y [...] son ​​esencialmente idénticos en naturaleza a los fonones en un medio infinito

Mi sensación es, sin embargo, que "phonon" se usa en todo tipo de contextos diferentes, generalmente se intercambia con el modo mecánico e incluso se usa donde no hay un sólido vibrante (por ejemplo, en osciladores armónicos). ¿Me podrían ayudar a aclarar un poco la diferencia y la nomenclatura?

Respuestas (1)

Creo que probablemente estén tratando de caracterizar pequeños dispositivos mecánicos. Una parte de este análisis sería analizar su movimiento.

Un movimiento que puede hacer es vibrar. Si la longitud de onda de la vibración es mucho más pequeña que el tamaño del objeto, entonces la vibración no puede decir qué tan pequeño es el objeto, y la vibración se comportará de la misma manera que si el objeto fuera infinitamente grande. Este tipo de vibración es lo que él llama un fonón.

Por otro lado, si la longitud de onda es aproximadamente tan grande como el objeto, se comportará de manera diferente a como lo haría para un objeto infinito, y la forma en que se comporte dependerá de la forma. Esto es lo que él llama un modo mecánico. Por ejemplo, si tiene una barra larga, habrá un modo de flexión asociado con la flexión de la barra para que su eje largo sea curvo. Este modo es cualitativamente diferente de cualquier cosa que ocurriría en un material a granel. Es importante entender estos modos mecánicos.

Y realmente no he escuchado el uso de fonones en todo tipo de contexto como un oscilador armónico.

Entonces, ¿hay alguna diferencia fundamental entre un fonón y un modo mecánico?
Yo diría que no. Simplemente toma su hamiltoniano microscópico y encuentra todos los modos normales. Luego haces una distinción un tanto arbitraria de que las que se ven como ondas planas son fonones, y las que se ven diferentes porque ven las condiciones de contorno son lo que él llama modos mecánicos.
Estoy de acuerdo en que, en muchos casos, la distinción es algo arbitraria. Sin embargo, en algunos casos, la distinción es bastante clara. Por ejemplo, una viga independiente tiene modos de torsión (donde la viga gira), modos de dilatación (donde el área de la sección transversal aumenta y disminuye), ondas superficiales de Rayleigh, etc. Los medios infinitos simplemente no tienen modos análogos. Por el contrario, tanto los haces como los medios infinitos tienen modos que parecen bastante idénticos, como los modos transversal y longitudinal. Dicho esto, en algunos contextos (como las nanoestructuras muy pequeñas) todas las vibraciones suelen llamarse fonones.
Diferencia entre modos mecánicos y fonones.
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