Современная электроника №4/2026

ВОПРОСЫ ТЕОРИИ 56 WWW.CTA.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА • № 4 / 2026 Рис. 1. Существует два типа фононов: оптические и акустические [5] В прошлом году в журнале «Современная электроника» были опубликованы три статьи, посвящённые юбилею выдающегося российского физика-теоретика Игоря Евгеньевича Тамма (СОЭЛ № 7–9, 2025). В частности, были описаны современные быстродействующие электрооптические модуляторы, поверхностные состояния Тамма, запрещённые фотонные зоны и фотонные кристаллы. В этих статьях умышленно не затрагивались темы поляритонов, оптических состояний Тамма (ОСТ) и плазмон-поляритонов Тамма (ППТ). Поскольку ключевой вклад в раннюю разработку этих явлений в основном принадлежит российским учёным, целесообразно посвятить их открытию более подробные отдельные статьи. Ниже рассмотрены два основных типа гибридных фотонных частиц: экситон-поляритоны и фонон-поляритоны. Виктор Алексеев Фононы и экситоны Прежде чем перейти к описанию поляритонов, имеет смысл напомнить, что представляют собой три базовые квазичастицы, которые мы будем использовать в этой статье. Под тер- мином «квазичастица» (Quasiparticle – QP) в том смысле, в котором его ввёл Лев Давидович Ландау [1], подразу- мевается некоторая математическая абстракция, обладающая свойствами множества частиц микромира, кото- рая вводится в квантовой механике при решении системы уравнений, описывающих поведение этого множе- ства. С этой точки зрения QP позволяет отвлечься от конкретных физических свойств индивидуальной частицы и рассматривать их коллективное пове- дение и свойства как качества едино- го объекта. Современный математи- ческий аппарат и вычислительные мощности в принципе не позволяют решить систему точных уравнений, описывающих поведение элементар- ных частиц с учётом всех существу- ющих в микромире взаимодействий. Вместо этого используется одно урав- нение, записанное для квазичастицы. Придерживаясь хронологии раз- вития событий, рассмотрим первую интересующую нас квазичастицу, характеризующую колебания кри- сталлической решётки, получившую современное название «фонон». Идея квантованных колебаний кри- сталлической решётки впервые воз- никла в опытах столпов российской физики Г.С. Ландсберга и Л.И. Ман- дельштама по комбинационному рас- сеянию света в кристаллах. В 1928 году они обнаружили сдвинутые спек- тральные линии, соответствующие обмену энергией между светом и коле- баниями решётки [2]. В 1930 году Игорь Тамм для описания квантов колебаний ионов кристалли- ческой решётки использовал понятие акустических квантов в твёрдом теле, которые представляли собой наимень- шие порции вибрации ионов кри- сталлической решётки. Тамм назвал их «квантами упругости – Elastische Quanten» (современное название – акустические кванты) [3]. Однако возникновение самого этого термина обычно связывают с работой советского физика-теоретика Якова Ильича Френкеля, в которой для опи- сания квазичастиц звуковых волн он впервые использует термин «фонон»: «…which we shall call phonons» [4]. Впоследствии термин «фонон», обо- значающий квант колебаний кри- сталлической решётки, закрепился в современной научной литературе. Фонон описывает нормальные моды колебаний атомов в твёрдых телах и имеет корпускулярно-волновой дуа- лизм. Существует два типа фононов (рис. 1). Акустические фононы представля- ют собой низкоэнергетические коле- бания, при которых атомы в кри- сталлической решётке колеблются синхронно, создавая волны, которые переносят энергию из одной части материала в другую. Эти фононы характерны для материалов с высо- кой теплопроводностью (металлов). Акустический фонон Атомы в решётке движутся совместно в одном направлении Ион натрия (Na + ) Хлорид-ион (Cl – ) Оптический фонон Атомы в решётке движутся совместно в противоположных направлениях