フォノン（読み）ふぉのん（英語表記）phonon

日本大百科全書(ニッポニカ)

フォノン
ふぉのん
phonon

固体における原子（イオン）振動の量子化によって生じるエネルギー量子をいう。音響量子、音子ともいう。固体の原子は規則的な配列をしているが、それぞれの位置に静止しているのではなく、その周りで絶えず振動している。振動は原子から原子へと次々に伝わり、一種の波として固体内を伝播(でんぱ)する。固体原子が行うこのような運動を格子振動という。格子振動の振動数νは、縦波、横波の別や、波長に依存していろいろな値をとる。量子力学によると、振動は量子化され、振動のエネルギーは
　　(n+1/2)hν
（hはプランク定数、nは振動の量子数で、0または正の整数）というとびとびの値しかとりえない。基底状態（n=0）のエネルギー(1/2)hνを別にすれば、エネルギーはhνの整数倍になるから、量子数nの振動状態はエネルギーhνの「粒子」がn個存在するものとして理解できる。この「粒子」をフォノンという。これは、光の量子化により生じる粒子、フォトン（光子）と似た存在である。固体を伝わる音波の粒子という意味で、音を表す接頭語フォン（phon）からこのように名づけられた。

　フォノンは固体の性質にいろいろな役割を果たす。絶縁体においては、低温の比熱はフォノンの励起として説明され、熱伝導はフォノンの流れとして理解できる。金属では、フォノンは伝導電子と強く相互作用しており、電子の運動を妨げて、電気抵抗の原因になる。また、電子間にはフォノンの媒介によって引力が働く。鉛や水銀などの金属が低温で超伝導になる原因はこの力にある。

［長岡洋介］

出典　小学館　日本大百科全書(ニッポニカ)

ブリタニカ国際大百科事典 小項目事典

フォノン
phonon

結晶中の原子またはイオンは平衡位置のまわりで小さく振動している。この振動は波になって結晶中を伝わり，本質的には音波と同じ性質をもっている。この振動を固有振動に分け，それぞれの固有振動を量子化するとエネルギーが hνの整数倍となる。h はプランク定数，νは振動数である。この振動の波をエネルギー hνの粒子の集合とみなして，この粒子をフォノンという。音子，音量子，音響量子などとも呼ばれる。各固有振動は一定の波数 k をもつが，これはフォノンが運動量 p＝ℏk（ℏ＝h/2π）をもつことに対応する。簡単な結晶では振動数νは波数 k に比例し，ν＝ck/2π（c は音速）と書けるので，フォノンのエネルギーと運動量との関係は hν＝cp となる。複雑な結晶では振動数が波数に依存しない固有振動がみられ，それに対応するフォノンのエネルギーは運動量に強くは依存しない。前者を音響学的分岐，後者を光学的分岐という。超伝導現象は金属内電子がフォノンを交換することによって起こる引力に起因する。

出典　ブリタニカ国際大百科事典 小項目事典