声的波粒二象性

半导体物理讲到格波散射时，有学生问什么是声子？

给一些没有学过固体物理的人讲什么是声子，还真不太容易。

声子是声波量子化后的能量子、声子是根据声波的粒子性等效出来的粒子。等效粒子可能比较容易理解。

等效的办法物理学中比比皆是，比如激子，比如极化子。

我们都听说过,金属中是电子导电,半导体中是电子和空穴导电。但是,如果我告诉你,半导体中根本没有所谓的电子或空穴导电,你信吗?如果这是真的,那么,半导体里究竟是什么在导电呢?

在半导体中，如果一个电子从满的价带激发到空的导带上去，则在价带内产生一个空穴，而在导带内产生一个电子，从而形成一个电子-空穴对。空穴带正电，电子带负电，它们之间的库仑吸引互作用在一定的条件下会使它们在空间上束缚在一起，这样形成的复合体称为激子。

在物理上有两种类型的激子：一种是弗仑克尔激子，它是一种其激发仅定域在分子内部或分子附近的紧束缚激子，故也称为小激子；另一种是瓦尼尔激子，它可以在多个分子间离域，其电子和空穴之间的库仑作用由于距离较远而很弱，故也称为大激子。对于具有弱的相互作用的有机半导体，处于激发态的电子和空穴的相互作用大都属于弗仑克尔激子。

不管是大激子还是小激子，总之，半导体里有电子就一定有空穴同时导电，或者说是激子在导电。

 在极性半导体中,原子由带电离子构成.当电子(空穴)在半导体中运动时,电子(空穴)由于带负(正)电,会吸引正(负)电荷离子围绕在其周围,形成所谓的局域品格畸变，电子或者空穴与“畸变”一起运动,可以构成复合粒子,称为极化子。极化子可以看成是电子"穿着衣服"运动.所以,在极性半导体中是极化子导电而不是电子或空穴导电。

激子或极化子都是准粒子,是数学上为了计算方便引入的等效粒子,跟空穴一样,他们都不是真实的实际存在的粒子。

除了等效，还有更容易理解的说法吗？

可能波粒二象性是一条途径。

光的波粒二象性以及微观粒子的波粒二象性已经被很多人接受。微观粒子有时候会表现出波的性质。反之，波在某种条件下，会表现出粒子性，即粒子的性质。光波就是这样，在某种条件下会表现出粒子性，所以可把光波看成粒子。或者说把电磁波看成粒子。这个粒子就是光子。

同样的道理，声波在晶体中表现出粒子性，所以可把声波看成粒子。或者说把声波等效成粒子。这个粒子就是声子。

波粒二象性

很多人以为光子跟声子的区别是光子是实物粒子，而声子只是等效粒子。声子跟空穴那样实际上不存在。但是从上面二象性的角度，它们不应该存在这样的差别。即声子也应该是实物粒子。能证明声子的粒子性并被广泛承认的实验有很多。同电子一样，声子有通常的延展状态，也有空间局域状态。但是单个的光子我们已经得到，那么单个的声子实验上是否可以得到？目前可能还不行。

从弦论的角度，每个粒子对应于弦的一种振动状态。这里粒子的概念更加被拓展了。既包括已知的可见的，也包括暗物质所隐含的。从这个角度，实物粒子的概念又有问题了。声子能否看成实物粒子就不那么重要了。