In fisica il fonone è una quasiparticella che descrive un quanto di vibrazione in un reticolo cristallino rigido.
Lo studio dei fononi è importante nella fisica dello stato solido, poiché essi giocano un ruolo importante nella comprensione di molte proprietà dei solidi, quali il calore specifico, la conduzione termica, la conduzione elettrica e la propagazione del suono. Il nome fonone deriva dal greco φωνή (phoné: suono).
I fononi sono la controparte quantistica di quello che in meccanica classica è noto come sviluppo in modi normali, ovvero la scomposizione delle vibrazioni in “vibrazioni elementari”, dette modi normali. In quest’ottica, tutte le vibrazioni possono essere viste e descritte formalmente come una sovrapposizione dei modi normali. Le vibrazioni elementari, nel seguito descritte nel caso unidimensionale, da un punto di vista classico sono delle onde.
Dal punto di vista della meccanica quantistica, anche nei fononi si può osservare il cosiddetto dualismo onda-particella, ovvero la presenza contemporanea di proprietà delle onde e delle particelle. La manifestazione più evidente del comportamento di particella è data dallo scattering Brillouin e Raman, in cui l’interazione tra fotoni e fononi viene matematicamente descritta come un semplice processo d’urto.
I fononi furono introdotti all’inizio del Novecento da Debye ed Einstein, all’interno dei rispettivi modelli per il calore specifico dei solidi, quando videro che il calcolo della funzione di partizione (e quindi delle quantità caratteristiche della meccanica statistica, come l’energia media ed i numeri d’occupazione medi) relativa alle oscillazioni del reticolo cristallino portava a risultati analoghi a quelli ottenuti nell’ambito della teoria statistica delle particelle identiche di spin intero: i bosoni. Fu appunto questa analogia di base con i bosoni, che portò ad identificare i modi normali del reticolo cristallino con i fononi. Come i fotoni sono quanti di onde elettromagnetiche, nel modello di Debye i fononi sono quanti di onde sonore, che si propagano all’interno del solido.
La spiegazione microscopica della superconduttività si basa sullo scambio tra elettroni di fononi, che danno luogo alle cosiddette coppie di Cooper.
Crediti:
https://it.wikipedia.org/wiki/Fonone
