Diffusion Umklapp
Le terme diffusion Umklapp (de l'allemand umklappen, rabattre) désigne une réflexion du vecteur d'onde d'un phonon sur la zone de Brillouin. Le phénomène a été découvert par Rudolf Peierls et Wolfgang Pauli en 1929.
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Lors de la collision de deux phonons, les vecteurs d'onde k1 et k2 s'ajoutent. Si le vecteur résultant k3 sort de la zone de Brillouin, alors celui-ci est équivalent à la somme d'un vecteur G, du réseau réciproque, et d'un vecteur k'3 de direction différente. Le vecteur d'onde correspond à la fréquence spatiale du phénomène, or, les phonons étant des vibrations du réseau, leur longueur d'onde ne peut être inférieure à la distance entre deux atomes dans une direction donnée, ou plutôt, une longueur d'onde inférieure « ne se verra pas » ; le vecteur G correspond à la fréquence spatiale du réseau (inverse de la distance entre les atomes). Le phonon résultant est donc équivalent à un phonon allant dans une direction différente, qui peut être quasi-opposée. La conservation de l'énergie est assurée par la périodicité du spectre des énergies dans l'espace réciproque : E(k3) = E(k3+G)[1].
Ce processus de diffusion est le facteur principal de la résistance thermique de conduction à haute température dans les cristaux ayant peu de défauts. La diffusion Umklapp prédit une dépendance en température de la conductivité thermique en 1/T[2].
Références
- Ashcroft, Neil W., Solid state physics, Holt, Rinehart and Winston, (ISBN 0-03-083993-9, 978-0-03-083993-1 et 0-03-049346-3, OCLC 934604, lire en ligne)
- Kittel, Charles., Introduction to solid state physics, Wiley, (ISBN 0-471-41526-X, 978-0-471-41526-8 et 0-471-68057-5, OCLC 55228781, lire en ligne)