Anharmonisten vaikutusten ymmärtäminen molekyyleissä ja kiteissä

Anharmonisella tarkoitetaan sitä tosiasiaa, että molekyylin tai kiteen potentiaalienergialla ei ole yksinkertaista harmonista muotoa. Toisin sanoen järjestelmän potentiaalienergiaa ei voida kuvata yhdellä yksinkertaisella oskillaattorimallilla. Sen sijaan potentiaalienergialla on monimutkaisempi, epälineaarinen muoto, joka riippuu tutkittavan järjestelmän erityisistä yksityiskohdista.

Anharmoniset vaikutukset voivat syntyä useista lähteistä, mukaan lukien:

1. Epälineaariset vuorovaikutukset atomien tai molekyylien välillä: Kun atomien tai molekyylien väliset vuorovaikutukset eivät ole lineaarisia (eli ne eivät ole verrannollisia käytettyyn voimaan), järjestelmän potentiaalienergia on epäharmoninen.
2. Kidekenttävaikutukset: Kiteisissä materiaaleissa ionien väliset sähköstaattiset voimat voivat johtaa epäharmonisiin vaikutuksiin järjestelmän potentiaalienergiassa.
3. Tunnelointivaikutukset: Järjestelmissä, joissa tunnelointi on tärkeää (esim. kemiallisissa reaktioissa), tunnelointiprosessin kvanttimekaanisesta luonteesta voi johtua anharmonisia vaikutuksia.
4. Kvanttivaihtelut: Alhaisissa lämpötiloissa kvanttivaihtelut voivat tulla merkittäviksi ja johtaa epäharmonisiin vaikutuksiin järjestelmän potentiaalisessa energiassa.

Anharmonisilla vaikutuksilla voi olla tärkeitä seurauksia molekyylien ja kiteiden käyttäytymiseen. Ne voivat esimerkiksi johtaa epälineaarisiin optisiin ominaisuuksiin, kuten toisen harmonisen syntymiseen, ja voivat myös vaikuttaa kiteisten materiaalien fononidispersiosuhteisiin ja lämmönjohtavuuteen.