Hvad er en Phonon inden for fysik?

Et fonon er en mængde energi, der findes i en vibration. Disse findes i alle objekter, der aktivt vibrerer, såsom kvartskrystaller. En måde at overveje et fonon på er som en resonanspartikel i en bølge. Ligesom en "foton" er en kvantepartikel i en lysbølge, er en fonon en partikel i en lydbølge. Udtrykket "fonon" stammer fra det græske ord "telefon", som betyder "lyd eller stemme."

Den russiske fysiker Igor Tamm krediteres med først at teoretisere begrebet fononer. Siden dette koncept blev introduceret i 1932, er disse mængder blevet integreret i den fysikgren, der er kendt som kvantemekanik. De er en del af nye og fortsatte forskning inden for fysik. Et fonon klassificeres ofte som en "kvasipartikel" eller "kollektiv excitation", hvilket generelt betyder, at det kan observeres som et fænomen, men ikke specifikt udtrækkes som et individuelt fysisk objekt.

Phononer opfører sig ikke som uafhængige partikler, men interagerer i stedet med andre fononer inden for et objekt. Denne vekselvirkning får grupper af fononer til at danne kæder eller gitterstrukturer. Ét fonon er i stand til at overføre sin energi til den næste i kæden. Et langt gitter eller en gruppe af disse er i stand til at overføre kontinuerlig energi i form af elektricitet eller varme.

At forstå fonons opførsel ses af mange termodynamiske eksperter som nøglen til at skabe meget effektive ledende eller isolerende materialer. Høj ledningsevne er vigtig inden for datalogi og magtopbevaring, mens ekstrem isolering er nyttigt til beskyttelsesmaterialer. Forskning fortsætter, da nogle forskere mener, at nyttige materialer kan bygges som et resultat af at studere, hvordan fononer fungerer og interagerer.

Forskere ved Massachusetts Institute of Technology (MIT) skabte et sådant materiale i 2010. MIT-eksperterne kombinerede flere lag af forskellige krystalmaterialer i et mønster designet til at reflektere fononer. Under eksperimentet stoppede krystalmaterialet med succes bevægelsen af ​​fononer og fik dem til at reflektere eller "hoppe" tilbage i den modsatte retning.

Phonon-forskning kan føre til udvikling af praktisk udvikling i fremtiden. Nogle eksempler på opfindelser, der er mulige ved at manipulere fononer, inkluderer beskyttende termisk afskærmning til rumskibe, overlegen isolering til frysning af kolde miljøer og energisamlere til bærbare enheder. Vellykket manipulation kan føre til videnskabelige gennembrud, der ligner den hurtige vækst i faststofelektronik, såsom transistorer i anden halvdel af det 20. århundrede.