פונון
קוואזי-חלקיק / ויקיפדיה האנציקלופדיה encyclopedia
פונון בפיזיקה הוא אופן תנודה מקוונטט המתקיים בגבישים מוצקים, ובנוזל-על של הליום 4. בעקבות האינטראקציות הבין אטומיות בגביש המוצק תזוזות האטומים מקיימות משוואת גלים, שפתרונה הוא בקירוב גל מתקדם בצורה הרמונית. מבחינה זו פונון מתאר קוואזי-חלקיק בחומר, הנושא את שדה הכוחות הבין אטומיים. מחקר הפונונים הוא חלק חשוב בפיזיקה של מצב מוצק, משום שלפונונים תפקיד חשוב בקביעת התכונות הפיזיקליות של מוצקים, ובכללן מוליכות תרמית ומוליכות חשמלית. באופן כללי, פונונים המאופיינים באורך גל גדול מהווים את גלי הקול המתפשטים במוצק, ומכאן שמם פונון, קול ביוונית. פונונים בעלי אורך-גל קצר יותר אחראיים לקיבול החום במוצקים. במבודדים תרמיים, פונונים הם גם המנגנון המרכזי המאפשר הולכת חום.
פונונים הם המקבילה הקוונטית של אופני תנודה נורמליים, הידועים גם בפיזיקה קלאסית, ומתקיימים כאשר חלקים בעצם מתנודדים באותה תדירות. לפי תוצאה ידועה של מכניקה קלאסית, תנודה נתונה כלשהי של העצם ניתנת לביטוי כסופרפוזיציה של אופני תנודה נורמליים, בתדירויות שונות. למרות שבמכניקה הקלאסית אופני תנודה הם תופעה גלית, הרי במכניקה הקוונטית מביאים בחשבון גם את התכונות החלקיקיות שלהם, ומטפלים בהם כאל חלקיקים, הקרויים פונונים.
הפונונים הם בוזונים בעלי ספין אפס.
תנודה בגביש יכולה להיווצר כתוצאה מדחיסה או מתיחה של המרחק בין אטומים שכנים, פונון כזה נקרא פונון אורכי (LA), או על ידי תזוזה בניצב לציר ההתקדמות, כעין פעולת גזירה בדומה למיתר גיטרה. פונון כזה יקרא פונון רוחבי (TA), והוא כולל שתי דרגות חופש, הפורשות את המישור הניצב להתקדמות במרחב התלת־ממדי. תנודה בנוזל על נקראת רוטון, או מקסון: רוטון הוא עירור, כאשר יחס הפיזור של העירורים הייסודים מראה רגעים קרובים למינימום באנרגיה (כאשר המומנטום עולה) וכאשר המומנטום קרוב למינימום, הפונון נקרא מקסון.
בנוסף, כאשר תא היחידה הקונבנציונלי של הסריג מורכב מאטומים שונים או ממרחקים שונים בין אטומים, ייווצרו בנוסף לפונונים האקוסטיים בעלי אורכי הגל הארוכים, גם פונונים שאורך הגל שלהם הוא מסדר גודל של תא היחידה, (קרי: אטומים שכנים ינועו לכיוונים מנוגדים), שלהם תהיה אנרגיה גבוהה יותר (תנודות מהירות יותר). אופני תנודה אלו נקראים גם פונונים אופטיים, מכיוון שאפשר לעורר אותם על ידי קרינת אור (בדרך כלל בתחום התת-אדום).