반전과정 (umklapp process, 反轉過程)

고체 내의 격자파(格子波)나 전자파(電子波) 등이 세 개 또는 그 이상의 파 사이에서 상호작용할 때 파수(波數)벡터의 합이 0이 아니고 역격자(逆格子)벡터와 같은 경우.

결정(結晶) 내의 전자·양공(陽孔)·포논(phonon ; 결정격자의 열진동 중에서 음향모드의 양자) 등의 상태는 브리유앵 영역(Brillouin zone) 내의 파수벡터 k에 의해 지정된다. 전자-포논 산란, 또는 포논-포논 산란 과정에서 산란 전후의 파수벡터 사이에 일정한 보전법칙이 성립한다.

예를 들어 파수벡터 k₁의 전자가 격자와 상호작용하여 파수벡터 q의 포논을 발생(또는 소멸)하고, 파수벡터 k₂의 전자로 산란되는 과정을 생각하면 파수벡터 사이에는 k₁=k₂±q+G가 성립해야 한다. 여기서 G는 역격자벡터이다.
G≠0의 과정을 반전과정 또는 U과정이라 한다. 한편 G=0의 과정은 정상과정 또는 N과정이라 한다. 반전과정에서의 운동량 보전법칙에는 여분의 운동량 23G가 등장하지만 운동량은 결정 전체로 퍼진다고 생각할 수 있다. 또한 반전과정과 정상과정에서도 에너지는 보전된다. 반전과정은 전자계(電子系)나 포논계를 열평형으로 접근시키는 기구로서 중요하다. 포논계를 예로 들면 격자의 비조화적인 항에 의해 서로 다른 포논간에 충돌이 일어난다. 정상과정만을 고려한다면 열평형에 접근하지 않는다. 왜냐하면 정상과정에서는 포논의 전운동량 p=123가 보전되므로 처음에 거시적인 에너지류(流)가 존재할 경우(P≠0) 언제까지나 열평형값(P=0)에는 접근하지 못한다. 반전과정을 고려함으로써 비로소 격자의 열전도율은 유한(有限)으로 그치게 된다.

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