第1章
フォノンとは何か？
量子化された格子振動としてのフォノンの概念を導入します。 固体中の原子運動の古典的記述から量子的記述への移行を探ります。
格子振動
量子化
基準振動
調和近似
シリーズ概要
フォノンは結晶材料における格子振動を記述する基本的な準粒子です。 フォノンの理解は、熱伝導率、比熱、熱膨張など固体の多くの性質を 説明するために不可欠です。このシリーズでは、学部生や凝縮系物理学に 新しく触れる研究者に適した、わかりやすい入門を提供します。
学習目標
- 量子化された格子振動としてのフォノンの物理的起源を理解する
- フォノン分散関係とバンド構造を解釈できるようになる
- フォノンと材料の熱的性質との関連を把握する
- フォノン計算の基本的な計算アプローチを学ぶ
- フォノン特性を測定する実験手法を知る
前提知識
- 結晶構造の基礎的な理解
- 古典力学（調和振動子）
- 量子力学の初歩的概念
- 基本的な微積分と線形代数
章一覧
第2章
フォノン分散関係
分散関係を通じてフォノン振動数が波数ベクトルにどのように依存するかを学びます。 単原子鎖と二原子鎖を含む簡単なモデルを学習します。
単原子鎖
二原子鎖
音響モード
光学モード
第3章
フォノン状態密度
周波数空間におけるフォノンモードの分布を理解します。 フォノンDOSを近似するDebyeモデルとEinsteinモデルを導入します。
DOS定義
Debyeモデル
Einsteinモデル
Van Hove特異点
第4章
固体の熱的性質
フォノンが比熱、熱膨張、およびこれらの量の温度依存性を含む 材料の熱的性質をどのように決定するかを学びます。
比熱
熱膨張
Grüneisenパラメータ
低温挙動
第5章
実材料のフォノン
金属、半導体、絶縁体を含む実材料のフォノン特性を探求します。 実験的測定手法の導入も行います。
実材料
中性子散乱
ラマン分光
計算ツール