計算由N個質量為M的相同原子組成一維單原子鏈的聲子態(tài)密度g(ω),設單原子鏈的原胞長度為a,β為恢復力常數(shù)。
由正負離子構成的一維無限長原子鏈,離子間距為a,離子的質量相等,為M,電荷交替變化,第n個離子的電荷為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,庫侖相互作用對原子力常數(shù)的貢獻為:
ε0為介電系數(shù),m為自然數(shù)。
(2)證明色散關系可以表示為
,
其中,ε0為介電系數(shù)。
(3)證明,當qa=π/a時,
考慮一個全同原子組成的平面方格子,正方形的邊長為a,每個原子的質量為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平面的位移。
(1)證明運動方程為:
(2)設解的形式為
,
證明色散關系為
。
(3)證明獨立解存在的區(qū)域為邊長為2π/a的正方形區(qū)域的正方形,分別畫出q=qx,qy=0,和qx=qy時的ω(q)圖。
(4)對于長波長極限,qa<<1時,證明
(5)在第一布里淵區(qū)畫出等ω線,并標出ω的極大值點,極小值點和鞍點。