Dr. Eddwi Hesky Hasdeo

Video ini membahas konsep vibrasi kristal pada basis monoatomik dalam fisika zat padat. Kristal tersusun atas atom-atom yang bergetar dengan gaya ikat tertentu, dan getaran ini dapat dikuantisasi sebagai fonon. Analogi fonon mirip dengan foton dalam gelombang elektromagnetik. Dengan persamaan klasik, kita dapat mendeskripsikan mode-mode getar kristal, yang terkait dengan nilai K atau omega dalam persamaan dispersi. Melalui analisis matematis, dispersi kristal satu dimensi dapat dijelaskan, menunjukkan bagaimana mode-mode getar direpresentasikan dalam frekuensi. Video ini memberikan gambaran awal sebelum mengulas lebih lanjut konsep dispersi dan getaran dalam vibrasi kristal.

Oke, pada pelajaran sebelumnya kita belajar bahwa

walaupun kita tidak memperhatikan struktur kristal, kita akan memiliki gelombang elastik

material yang kita pelajari adalah zat padat.

Di sini, perbedaan dengan sebelumnya adalah sekarang kita memperhatikan

struktur atomistik dari kristal tersebut.

Jadi kita melihat bahwa kristal itu tersusun atas

atom-atom gitu ya, dan atom-atom itu memiliki gaya ikat

tertentu gitu ya, dan akhirnya kita mau bertanya bagaimana

getaran atau gelombang yang ada di dalam atom-atom tersebut.

Kemudian dengan memahami lebih dalam lagi secara atomistik gitu ya,

harapannya kita bisa memahami aplikasi-aplikasinya.

kenapa ketika kita masukkan makanan dalam microwave, makanan tersebut menjadi

panas. Itu terjadi getaran sebenarnya di dalam

makanan tersebut, dan getaran itu ternyata secara

kuantum dapat kita kuantisasi. Getaran itu terdiri dari berbagai macam

mode, dan mode-mode getaran itu sebenarnya mungkin dari

kacamata makroskopik terlihat random gitu ya,

tapi secara mikroskopik merupakan kumpulan dari mode-mode, dan

tertentu gitu ya, dengan bobot tertentu sehingga akhirnya tercipta getaran

yang mungkin terlihat random secara makroskopik. Dan sekarang kita mencoba

kita sebut, pelajaran kita adalah vibrasi kristal, dan mirip

dengan vibrasi elektron gitu ya, kita misalkan

lihat ya elektron yang terikat dalam atom,

misalkan hidrogen gitu ya, kalau dia memiliki vibrasi,

dia bergetar gitu ya, katakanlah dia berpindah keadaan

1S gitu ya, maka dia akan memancarkan cahaya,

jadi cahaya itu muncul karena adanya deeksitasi elektron dari

energi yang lebih tinggi ke energi yang lebih rendah, kita sebut dia mengalami vibrasi,

Max Planck, cahaya itu merupakan kumpulan paket-paket energi

yang besarnya tertentu, yang disebut sebagai habar omega gitu ya,

dan paket-paket energi ini yang kita kemudian sebut sebagai foton,

nah sekarang ada getaran di dalam kristal,

dan getaran itu secara mekanika kuantum harus memiliki

paket-paket energi tertentu, dan ini kita ambil analogi ya,

antara foton, dan getaran dalam kristal ini memiliki paket-paket

energi tertentu yang kita sebut sekarang sebagai fonon,

diambil dari kata fon, yang artinya adalah bunyi,

bisa kita kuantisasi nanti, ada caranya untuk mengkuantisasinya,

dan pada akhirnya secara kuantum kita bisa menyebut dia

motion gitu ya, gerakan kolektif yang kita sebut sebagai fonon,

analoginya mirip dengan gelombang elektromagnetik

yang kemudian kita sebut sebagai foton di dalam kuantum,

kenapa gitu ya, kok bisa kita punya foton ataupun fonon gitu ya,

intinya adalah kalau dalam mekanika kuantum ada dualismo ya,

jadi dalam gelombang itu selalu kita bisa anggap sebagai partikel,

nah gelombang di dalam zat padat gitu ya,

itu bisa juga kita anggap sebagai partikel, karena nanti

dia bisa berinteraksi dengan elektron, bisa mengalami scattering, dan seterusnya,

dan kita akan melihat bagaimana scattering itu di dalam bab ini.

Oke, kita akan langsung mulai dengan melihat

sangat sederhana, yaitu kristal satu dimensi.

Pertanyaannya adalah bagaimana kita bisa mendeskripsikan

Cara yang paling gampang untuk mendeskripsikan mode-mode getar ini adalah

dengan persamaan klasik ya, jadi f sama dengan kx

Dan sekarang kita mengibaratkan kristal satu dimensi ini

Kenapa kok kita bisa menggambarkan kristal-kristal ini

sebagai oscilator harmonik? Kalau teman-teman ingat dulu,

misalkan kita punya kristal yang berikatan secara thunderbolt

misalkan ya, ataupun kristal yang berikatan secara

sumbu Y-nya itu adalah potensial, dan sumbu X-nya itu adalah

Bentuknya selalu begini, jadi di bagian sini itu ada

bagian yang atraktif gitu ya, makin, eh sorry, bagian sini adalah

bagian repulsif, kalau dia makin terlalu dekat dia akan mencoba untuk

menolak-menolak gitu ya, dan bagian sini adalah bagian yang

atraktif. Nah kalau kita jumlah, kita selalu mendapatkan bentuk

ini, dan di sini adalah tempat di mana dia mengalami equilibrium.

Nah selalu di bagian equilibrium ini, kita selalu bisa ekspansi dia ya.

kuadratik gitu, bentuk kuadratik, dan potensial yang memiliki

bentuk kuadratik, kalau kita ingat potensial yang memiliki bentuk kuadratik setengah

kR kuadrat atau setengah kX kuadrat, ini selalu kita bisa

Gaya-gayanya itu turunan pertama dari potensial ini gitu ya,

kalau kita ingat X itu apa di sini, X itu adalah berapa besarnya regangan

yang dialami. Misalkan sekarang kita punya atom-atom

yang posisinya diskret gitu ya, sekarang kita kasih nama dia S di sini,

S itu ya terserah atom keberapa, indeks dari atom itu gitu ya,

kemudian di sini pasti ada S minus 1, di sini ada S