由正負(fù)離子構(gòu)成的一維無限長原子鏈,離子間距為a,離子的質(zhì)量相等,為M,電荷交替變化,第n個(gè)離子的電荷為e(−1)n,離子間的相互作用是兩種相互作用的總和,(1)原子間的近鄰相互作用,恢復(fù)系數(shù)為β,(2)離子間的庫侖相互作用。
(1)證明,庫侖相互作用對(duì)原子力常數(shù)的貢獻(xiàn)為:
ε0為介電系數(shù),m為自然數(shù)。
(2)證明色散關(guān)系可以表示為
,
其中,ε0為介電系數(shù)。
(3)證明,當(dāng)qa=π/a時(shí),
考慮一個(gè)全同原子組成的平面方格子,正方形的邊長為a,每個(gè)原子的質(zhì)量為M,最近鄰原子的力常數(shù)為β。用ul,m記第l列,第m行的原子垂直于格點(diǎn)平面的位移。
(1)證明運(yùn)動(dòng)方程為:
(2)設(shè)解的形式為
,
證明色散關(guān)系為
。
(3)證明獨(dú)立解存在的區(qū)域?yàn)檫呴L為2π/a的正方形區(qū)域的正方形,分別畫出q=qx,qy=0,和qx=qy時(shí)的ω(q)圖。
(4)對(duì)于長波長極限,qa<<1時(shí),證明
(5)在第一布里淵區(qū)畫出等ω線,并標(biāo)出ω的極大值點(diǎn),極小值點(diǎn)和鞍點(diǎn)。
原子質(zhì)量為M,晶格常數(shù)為a的無限長一維單原子鏈,僅考慮近鄰相互作用,近鄰原子之間的相互作用為β。如果相對(duì)平衡位置位移為un=Acos(qna−ωt)。
(1)求該格波的時(shí)間平均能量中勢(shì)能和動(dòng)能相等。
(2)求該格波平均每個(gè)原子的時(shí)間平均能量。
(1)第n個(gè)原子相對(duì)平衡位置位移為un=Acos(qna−ωt),