Dalam fisika, suatu materi dapat dianggap sebagai sistem terdiri dari partikel-partikel seperti atom, ion, atau molekul yang bergerak dengan kecepatan tertentu. Ketika partikel-partikel ini berinteraksi dengan cara apapun, maka akan timbul proses skattering yang dapat mempengaruhi perilaku material tersebut.

Salah satu jenis proses skattering yang penting dalam materi adalah skattering phonon (gelombang suara). Phonon adalah gelombang suara yang terjadi pada material ketika atom-atom atau molekul-molekulnya bergerak dan menghasilkan suatu getaran. Skattering phonon dapat terjadi melalui beberapa mekanisme, seperti:

1. Umklapp scattering: Proses skattering ini terjadi ketika dua gelombang suara bertemu dan bergabung menjadi satu gelombang suara yang lain.
2. Phonon-impurity scattering: Proses skattering ini terjadi ketika gelombang suara menginteraksi dengan impuriti (partikel asing) di dalam material.
3. Phonon-electron scattering: Proses skattering ini terjadi ketika gelombang suara menginteraksi dengan elektron-elektron di dalam material.
4. Boundary scattering: Proses skattering ini terjadi ketika gelombang suara mencapai batas-batas material dan terrefleks atau tersebar.

Masing-masing proses skattering dapat dicitra oleh rate relaxation 1/ yang adalah kebalikan dari waktu relaksasi. Dengan menggunakan aturan Matthiessen, maka semua proses skattering dapat diintegrasikan menjadi satu dan dibandingkan dengan waktu relaksasi gabungan .

Umklapp Scattering

Proses skattering Umklapp ini terjadi ketika dua gelombang suara bertemu dan bergabung menjadi satu gelombang suara yang lain. Rate relaxation untuk proses skattering Umklapp ini diberikan oleh:

τ = (1/Γ) * (ω^2 + Ω^2)^(-1/2)

Dimana Γ adalah parameter Gruneisen anharmonicity, μ adalah modulus geser, V0 adalah volume per atom, dan ω adalah frekuensi Debye.

Three-phonon and Four-phonon Process

Proses skattering tiga-gelombang suara dan empat-gelombang suara juga penting dalam materi. Proses-proses ini dapat menghasilkan reduksi thermal conductivity (ketahanan termal) material.

Studi-studi terakhir menunjukkan bahwa proses skattering empat-gelombang suara dapat mempengaruhi reduksi ketahanan termal material. Hal ini berarti bahwa faktor-faktor lain seperti struktur kristal dan komposisi material juga perlu diambil menjadi pertimbangan.

Kesimpulan

Skattering phonon adalah proses penting yang mempengaruhi perilaku material. Dengan menggunakan aturan Matthiessen, maka semua proses skattering dapat diintegrasikan menjadi satu dan dibandingkan dengan waktu relaksasi gabungan . Proses-proses skattering seperti Umklapp scattering, phonon-impurity scattering, phonon-electron scattering, dan boundary scattering juga penting untuk memahami perilaku material.