Твердое тело как газ возбуждений

ФОНОНЫ

Понятие квазичастицы является фундаментальным в физике конденсированного вещества (и в физике твердого тела в частности). Введение данного понятия существенно упростило методы описания широкого круга процессов в системах многих частиц с сильным взаимодействием. Концепция квазичастиц (разработка которой в немалой степени принадлежит Л. Д. Ландау) позволила свести сложную динамику системы сильно взаимодействующих частиц к более простой динамике квазинезависимых объектов.

Описание

Л7 Квазичастицы

Колебательные моды одноатомной решетки. Линейная одноатомная цепочка

квазичастица иначе элементарное возбуждение (англ. quasiparticle) — элементарное возбуждение (квант коллективного колебания) совокупности сильно взаимодействующих частиц.

Между квазичастицами и обычными элементарными частицами существуют как сходства, так и принципиальные различия. Так же как и обычная частица, квазичастица может быть локализована в пространстве и сохранять свою локализацию в процессе движения; может взаимодействовать как с частицами, так и с другими квазичастицами (при этом выполняются механические законы сохранения квазиимпульса и квазиэнергии; для квазичастиц с квадратичным законом дисперсии может быть также введено понятие эффективной массы — поведение такой квазичастицы во многом сходно с поведением обычной частицы). С другой стороны, квазичастицы (в отличие от обычных частиц) не могут существовать вне среды, элементарными возбуждениями которой они, по сути, являются.

По внутренней структуре квазичастицы можно разделить на два класса: одночастичное возбуждение, представляющее собой одну частицу, обросшую «шубой» за счет взаимодействия с другими возбуждениями (например, дырка в окружении пар частица-дырка) и коллективное возбуждение, представляющее собой комплекс равноправных компонент (например, экситон, плазмон и т.д.).

В качестве примеров квазичастиц можно привести следующие: фонон, плазмон, экситон, дырка, магнон. Существуют и более сложные квазичастицы, представляющие собой комбинации перечисленных выше. Если у двух типов квазичастиц в данной системе имеются близкие значения энергии и импульса, то происходит смешивание (гибридизация) таких квазичастиц с появлением двух новых, каждая из которых обладает некоторыми чертами обеих исходных квазичастиц. Так, смешивание фотона с экситоном или оптическим фононом ведет к поляритонам; смешиванию фотона и магнона отвечает квазичастица светомагнон.

Таблице 3.1 Основные квазичастицы твердого тела

Квазичастица	Соответству- ющая элемен- тарная частица	Учитываемое взаимодействие	Стати- стика
Квазисвободный электрон, дырка	Электрон	Кулоновское взаимодействие электрона с ионами решетки	Ф-Д
Фонон		Взаимодействие тепловых колебаний соседних атомов решетки	Б-Э
Экранированный квазисвободный электрон	Электрон	Кулоновское взаимодействие электрона с электронами	Ф-Д
Плазмон		Взаимодействие колебаний электронов твердого тела	Б-Э
Полярон	Электрон	Кулоновское притяжение электроном положительных ионов и отталкивание отрицательных при движении по ионному кристаллу	Ф-Д
Экситон		Кулоновское притяжение электрона и дырки	Б-Э
Поляритон	Фотон	Силовое взаимодействие переменного электрического поля с положительны­ми и отрицательными ионами (воз­буждение их колебаний) при движе­нии фотона по ионному кристаллу	Б-Э
Магнон		Взаимодействие ориентации магнитных моментов соседних атомов	Б-Э
Куперовская пара	Два электрона	Притяжение двух электронов за счет обмена виртуальными фононами	Б-Э

Ф-Д – статистика Ферми-Дирака; Б-Э – статистика Бозе – Эйнштейна

Дата добавления: 2014-01-15