Ve fyzice, co je fonon?

Phonon je množství energie nalezené uvnitř vibrace. Jsou přítomny ve všech objektech, které aktivně vibrují, jako jsou krystaly křemene. Jeden způsob, jak zvážit fonon, je jako rezonující částice ve vlně. Stejně jako „foton“ je kvantová částice ve světelné vlně, fonon je částice ve zvukové vlně. Termín „phonon“ je odvozen od řeckého slova „phone“, což znamená „zvuk nebo hlas“.

Ruskému fyzikovi Igorovi Tammovi je připisována první teoretizace pojmu fononů. Od tohoto konceptu byl představen v roce 1932, tato množství byla integrována do odvětví fyziky známého jako kvantová mechanika. Jsou součástí objevujícího se a pokračujícího výzkumu ve fyzice. Phonon je často klasifikován jako “quasiparticle” nebo “kolektivní excitation,” který obecně znamená, že to může být pozorováno jako jev, ale ne specificky extrahovaný jako individuální fyzický objekt.

Fonony se nechovají jako nezávislé částice, ale místo toho interagují s jinými fonony v objektu. Tato interakce způsobí, že skupiny fononů vytvoří řetězce nebo mřížkové struktury. Jeden telefon je schopen přenést svou energii na další v řetězci. Dlouhá mříž nebo jejich skupina je schopna přenášet nepřetržitou energii ve formě elektřiny nebo tepla.

Porozumění chování fononů považuje mnoho termodynamických odborníků za klíč k vytvoření velmi účinných vodivých nebo izolačních materiálů. Vysoká vodivost je důležitá v oblasti informatiky a skladování energie, zatímco extrémní izolace je užitečná pro ochranné materiály. Výzkum pokračuje, protože někteří vědci se domnívají, že užitečné materiály mohou být vytvořeny jako výsledek studia způsobu fungování a interakce fononů.

Vědci z Massachusetts Institute of Technology (MIT) vytvořili jeden takový materiál v roce 2010. Odborníci MIT spojili několik vrstev různých krystalických materiálů do vzoru navrženého tak, aby odrážel fonony. Během experimentu krystalický materiál úspěšně zastavil pohyb fononů a přiměl je, aby se odrazily nebo „odrazily“ zpět v opačném směru.

Výzkum fononů může v budoucnu vést k rozvoji praktického vývoje. Některé příklady vynálezů, které jsou možné manipulací s fonony, zahrnují ochranné tepelné stínění pro kosmické lodě, vynikající izolaci pro mrazivé chladné prostředí a kolektory energie pro přenosná zařízení. Úspěšná manipulace může vést k vědeckým průlomům podobným rychlému růstu elektroniky v pevné fázi, jako jsou tranzistory během druhé poloviny 20. století.