¿Por qué el nombre de "fonón óptico"?

¿Por qué tenemos dos tipos diferentes de fonones, ópticos y acústicos ? ¿Por qué se llaman fonones ópticos?

Respuestas (1)

Según tengo entendido esto ocurre cuando un sólido cristalino tiene más de un átomo en la celda primitiva de la red. Para simplificar, consideraré el caso de dos tipos de átomos, que se distinguen por su posición en la celda primitiva (pero que pueden o no ser idénticos). Esto da lugar a múltiples modos de vibración. El fonón acústico corresponde a ambos tipos de átomos que se mueven en fase en el límite de longitud de onda larga (es decir, cerca del centro de la 1.ª zona de Brillouin), mientras que el fonón óptico corresponde a los dos tipos que se mueven fuera de fase, de modo que los átomos adyacentes se mueven en direcciones opuestas en el límite de longitud de onda larga.

(Para el caso de un solo átomo en la celda primitiva, también puede hacer que los átomos adyacentes se muevan en direcciones opuestas, pero esto sucede en el borde de la primera zona de Brillouin, en el límite donde la onda se convierte en una onda estacionaria).

Se llaman "ópticos" porque en los cristales iónicos pueden ser excitados por la radiación EM, con los iones positivos moviéndose en un sentido mientras que sus vecinos con carga negativa se mueven en el otro sentido.

Podemos ver los dos modos a partir de la relación de dispersión, que para dos átomos en la celda primitiva (en el caso unidimensional) viene dada por:

ω 2 = β ( 1 metro + 1 METRO ) ± ( 1 metro + 1 METRO ) 2 − 4 pecado 2 ⁡ k a METRO metro

Aquí m y M son las masas de los dos tipos de átomos. Hay dos ramas, la inferior de las cuales es la rama acústica y la superior de las cuales es la rama óptica, con un espacio entre ellas. (Tenga en cuenta que las dos ramas todavía existen para masas iguales, pero la brecha se cierra).

Ecuación copiada de este sitio , que también tiene esta bonita animación de los dos modos.

Para aclarar, creo que estarían desfasados ​​180 grados si la longitud de onda de la radiación es grande en comparación con el espacio de la red.
¿Por qué los átomos en un sólido de un solo tipo de átomo no pueden salir de fase también? ¿No serían esos fonones ópticos también?
@BeauGeste Había visto algunas referencias a "dos tipos de átomos", pero en una revisión adicional creo que esto realmente significa "dos átomos en una celda unitaria de la red". Es decir, los dos átomos se distinguen únicamente por la geometría de la red. Por ejemplo, esta página chembio.uoguelph.ca/educmat/chm729/phonons/optical.htm muestra cómo las relaciones de dispersión dan lugar a ramas acústicas y ópticas; los cálculos son para diferentes masas, pero puede ver que las ramas aún existen cuando las masas son las mismas, solo que sin la brecha entre ellas.
Eso debería decir "Es decir, los dos átomos solo necesitan distinguirse por la geometría de la red, por supuesto, también pueden tener diferente carga, masa, etc. Con un átomo por celda unitaria, también puede hacer que los átomos vecinos se muevan en direcciones opuestas, pero Creo que solo se desfasan 180 grados en el límite en que la onda se convierte en una onda estacionaria. Esto es diferente al modo óptico, que es más como dos ondas que se propagan (una para cada "tipo" de átomo) que están fuera de fase entre sí.
He ampliado (y con suerte mejorado) mi respuesta
¿Qué es esa zona de Brillouin que mencionas? ¿Es importante? ¿Cómo se aplica al caso en que la celda primitiva solo contiene un átomo?
@ Seanny123 Sí, es un concepto fundamental muy importante en la física del estado sólido. No estoy seguro de poder hacerle justicia en un comentario, ¿tal vez debería publicar una pregunta por separado sobre eso? (O eche un vistazo a un texto introductorio sobre estado sólido). La versión corta es que es una celda de la red recíproca (la red de k-vectores que surge de las transformadas de Fourier de los estados en su red original). Es relevante tanto para el caso en que la celda primitiva contiene un átomo o múltiples átomos.
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