За счет тепловой энергии атома кристалла совершают колебания вокруг своего положения равновесия.
Причем за счет сил связи между атомами колебания передаются от одного атома к другому. Таким образом этот коллективное движение атомов охватывает весь кристалл в виде упругих колебаний различных частот и длин волн. Найдем частоты и длины волн этих нормальных колебаний.
Рассмотрим одномерный цепь длиной L с N атомов, расстояние между которыми а. Выясним, какие длины волн могут в нем возникнуть. Как видно из рис.3.2 возможен целый набор длин волн от 2L к 2L / N, причем существует минимальное значение ?min = 2L / N = 2а. Этой минимальной длине волны соответствует максимальная циклическая частота колебаний, которая названа частотой Дебая, Исходя из определения, следует отметить, что температура Дебая это такая температура, выше которой в кристалле возбуждаются все возможные частоты колебаний. При меньших температурах теплового возбуждения испытывают низкочастотные колебания, а высокочастотные нет. По мере роста температуры частотная граница возбужденных и невозбужденных колебаний возрастает, приближаясь к своему предельному значению - частоты Дебая.
Таким образом температура Дебая разделяет температурную шкалу на область низких (Т <?D) и высоких (Т> ?D) температур, в которых свойства веществ существенно различны. В табл.3.1 приведены значения температуры Дебая для некоторых веществ. При температуре в кристалле возбуждаются колебания с различными частотами и энергиями. Порция (квант) энергии ћ?, на которую изменяется энергия нормальных колебаний кристаллической решетки называется фононов. Эти квазичастицы введены для упрощения физической модели твердого тела. По фононной модели твердое тело рассматривается как сосуд, ограниченная поверхностью кристалла, заполненная фононным газом.