フォノン

デジタル大辞泉

フォノン【phonon】

読み方：ふぉのん

固体における原子振動を量子化することによって現れるエネルギー量子。比熱や熱伝導はフォノン間の相互作用として、金属の電気抵抗や低温での超伝導はフォノンと電子との相互作用として説明される。音響量子。音子。

透過電子顕微鏡基本用語集

フォノン

【英】：phonon

熱散漫散乱の原因となる格子振動を量子化したもの。のエネルギーは非常に小さいので(0.1eV以下)、現在のEELSではの分光はできない。エネルギーフィルタでも、による非弾性散乱電子を現在は取り除くことはできていない。

関連する用語

• 格子振動
• 熱散漫散乱

説明に「フォノン」が含まれている用語

• フォノン
• 常誘電体

超電導用語解説集

フォノン

周期的に配列した固体原子の振動（格子振動）を量子化した概念。従来の超電導体は格子振動（フォノン）を媒介とした引力相互作用によって超電導電子対を形成している。高温超電導体では磁気的な相互作用が重要であるという立場で（特に日本では）研究が進められているが、ヨーロッパではフォノンに重きを置いた研究も多く、スピン、電荷の縞状構造の研究を契機として日本でもフォノンの重要性が見直されている。

ウィキペディア

フォノン

出典: フリー百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』 (2025/05/31 03:32 UTC 版)

フォノン（英: phonon）、音子、音響量子、音量子は、結晶中における格子振動の量子（準粒子）である。

格子振動を、音波などの弾性波が伝搬する連続的な媒質（弾性体）中の場だと考え、場の量子論を応用することにより考案された。

概要

場の量子論を結晶格子に応用し、結晶中の振動を量子化したものがフォノンである。フォノンは、光子と同様に生成や消滅をすることができ、質量は存在しない。一般的な量子力学のように粒子数が固定された系の波動関数でフォノンを記述することは難しい。

振幅が大きくなる、つまり振動が激しくなることはフォノンの数が増えることで表される。

1次元の格子振動の量子化

1次元の量子的な調和振動子はN個の同種原子から成る。 これはフォノンを考える上で、最も簡単な量子的モデルである。 このモデルは直ちに2次元、3次元に一般化することができる。

質点の位置は平衡位置からのずれx₁, x₂…として記述される。 （すなわちx_i = 0は、粒子iが平衡位置にあることを意味する) 2次元以上の場合では x_iはベクトル量となる。 この系のハミルトニアンは次のように書ける。

${\mathcal {H}}=\sum _{i=1}^{N}{\frac {p_{i}^{2}}{2m}}+{\frac {1}{2}}m\omega ^{2}\sum _{\{ij\}(\mathrm {nn} )}\left(x_{i}-x_{j}\right)^{2}$

二原子鎖の中の光学 (optical) フォノンと音響 (acoustic) フォノン

フォノンは、音響フォノンと光学フォノンの2つに大別できる。音響フォノンは、隣のフォノンと同じ位相で振動するが、光学フォノンは逆の位相で振動する。また音響フォノンも光学フォノンも電子励起などを介して光と間接的に相互作用する。光学フォノンは双極子モーメントの変化を伴うため、光との相互作用によって直接励起される（光学的に活性である）。音響フォノンは自身は分極を伴わないため、基本的に光学応答に対して直接寄与はしない。音響フォノンによる光散乱をブリルアン散乱と呼び、光学フォノンによる光散乱をラマン散乱と呼ぶ。

横型フォノンと縦型フォノン

フォノンの波数ベクトル（伝播方向）と同じ方向に格子振動する縦波と、垂直に格子振動する横波という2つのモードがある。

• 音響フォノンでは、縦型フォノンは物質の圧縮や膨張に、横型フォノンは物質のせん断ひずみに相当し、一般的には前者の復原力のほうが大きい。よって音響フォノンでは一般的に縦型フォノンのほうが伝播速度(群速度)が大きい。
• 光学フォノンにおいては、縦型フォノンにより電荷が空間的に偏り(分極Pが電荷密度ρ＝－∇・Pの変化を伴う)、分極による反電場の効果として縦型フォノンのほうが一般的に高い角振動数を持つ。

分散関係と周期性

単原子鎖のフォノンの分散関係

線形２原子鎖におけるフォノンの分散曲線。opticalは光学フォノン、acousticは音響フォノン

GaAs中の格子振動に対応するフォノンの分散関係ω=ω（k）

$k=0$一覧

• バリオンの一覧
• 中間子の一覧
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「フォノン」の例文・使い方・用例・文例

• その教授は学生たちにフォノンの熱伝導式を書かせた。