翻轉散射
在晶體材料中， 翻轉散射（Umklapp scattering），又稱U-過程或Umklapp過程）描述了當波矢（通常寫為k）落在第一布里淵區之外的散射過程。由於晶體材料的周期性，落在第一布里淵區之外的任意一點可經由翻轉散射，變換為第一布里淵區內的一個點。該散射是違反動量守恆定律的，如圖一右側所示：指向右側的兩個波矢在U-過程中可以合併成一個指向左側的波矢。
翻轉散射的例子包括電子晶格勢散射或非諧波聲子-聲子（或電子-聲子）散射過程，反映的是在第一布里淵區之外的電子態或聲子。翻轉散射是限制晶體材料熱導率的過程之一。
由於晶格的周期性結構，聲子的動量是量子化的，與晶格常數相關。在晶格中，聲子散射會導致聲子的動量發生改變。圖一左側表示的是兩個入射聲子k1和k2（紅色）的可能散射過程，產生的出射聲子為k3（藍色）。只要k1與k2之和落在第一布里淵區內（灰色方塊），則發生的是正常散射（N-過程），保持了聲子動量的守恆。
隨着聲子動量的增加，k1和k2變大，使得它們的總和（k'3）落在第一布里淵區之外，如圖一右側所示。此時第一布里淵區外的k'3在物理上等效於通過添加倒易矢量G進行變換後位於第一布里淵區內部的矢量k3。此過程被即為翻轉散射（U-過程），在U-過程中聲子的總動量不守恆。
翻轉散射是低缺陷晶體低溫下電阻率的主要過程[1] （與在高溫下占主導地位的聲子電子散射相反，而高缺陷晶格則在任何溫度下都會導致散射）。另外，翻轉散射通常是晶體中導熱的一個重要散射機制，因為它導致聲子的散射角度變得較大，從而增加了熱傳導的阻礙。[2]
歷史
該名稱源自德語單詞umklappen（翻轉）。魯道夫·佩爾斯在他的自傳《逝者之鳥（Bird of Passage）》中指出，他是該詞的創始人，是於1929 年在沃爾夫岡·泡利的指導下進行晶格研究時創造的。 佩爾斯寫道，「……我使用了德語術語Umklapp （翻轉），而這個相當醜陋的詞一直被使用……」。 [3]
另見
參考
- ^ Niel W. Ashcroft and N. David Mermin, (1976) "Solid State Physics", Holt Rinehart and Winston, New York. See pages 523-526 for a discussion of resistivity at high temperatures, and pages 526-528 for the contribution of Umklapp to resistivity at low temperatures.
- ^ Ashcroft, Neil W.; Mermin, N. David. Solid state physics Repr. South Melbourne: Brooks/Cole Thomson Learning. 1976: 505. ISBN 978-0030839931.
- ^ Peierls, Rudolf. Bird of Passage: Recollections of a Physicist. Princeton University Press. 1985. ISBN 978-0691083902.
- ^ W. Lenz. Beitrag zum Verständnis der magnetischen Erscheinungen in festen Körpern. Physik. Z. 1920, 21: 613-615.