Gitterschwingung

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Ein Teil des Energieinhalts fester Körper steckt in der thermischen Bewegung der Atome oder Moleküle. Mit wachsender Temperatur steigt die mittlere Amplitude dieser oszillierenden Bewegungen an.

In Kristallen können sich die einzelnen Atome nicht unabhängig voneinander bewegen. Die Gesamtenergie kann als Summe der Energien von Schallwellen bestimmter Frequenz beschrieben werden, die den Kristall durchziehen. Diese sich in Kristallen ausbreitenden Schallwellen werden auch als Gitterschwingungen bezeichnet.

Bestimmte thermische Eigenschaften der Festkörper lassen sich dadurch beschreiben, dass man den Gitterschwingungen Teilcheneigenschaften zuschreibt. In diesem Fall spricht man auch von Phononen. Für diese gilt die quantenmechanische Grundgleichung

wobei h das Plancksche Wirkungsquantum und ν die Frequenz der Gitterschwingung sind.

Auf Grund der Phononenvorstellung konnte Debye die Temperaturabhängigkeit der spezifischen Wärmekapazität fester Körper erklären (Debye-Modell). Auch für die Theorie der Wärmeleitung in festen Körpern erwiesen sich die Phononen als zweckmäßig. Der elektrische Widerstand in Metallen und Halbleitern wird zu einem wesentlichen Teil durch den Energie- und Impulsaustausch zwischen Elektronen und Phononen bestimmt.