Hva er en fonon i fysikk?

Et fonon er en mengde energi som finnes i en vibrasjon. Disse er til stede i alle objekter som aktivt vibrerer, for eksempel kvartskrystaller. En måte å vurdere et fonon på er som en resonanspartikkel i en bølge. Akkurat som et "foton" er en kvantepartikkel i en lysbølge, er et fonon en partikkel i en lydbølge. Begrepet "fonon" er avledet fra det greske ordet "telefon", som betyr "lyd eller stemme."

Den russiske fysikeren Igor Tamm blir kreditert med å først teoretisere begrepet fononer. Siden dette konseptet ble introdusert i 1932, har disse mengdene blitt integrert i grenen av fysikk kjent som kvantemekanikk. De er del av fremvoksende og videreført forskning innen fysikk. Et fonon er ofte klassifisert som en "kvasipartikkel" eller "kollektiv eksitasjon", noe som generelt betyr at det kan observeres som et fenomen, men ikke spesifikt blir trukket ut som et individuelt fysisk objekt.

Fononer oppfører seg ikke som uavhengige partikler, men samhandler i stedet med andre fononer i et objekt. Denne interaksjonen får grupper av fononer til å danne kjeder eller gitterstrukturer. Ét fonon er i stand til å overføre energien sin til den neste i kjeden. Et langt gitter eller en gruppe av disse er i stand til å overføre kontinuerlig energi i form av elektrisitet eller varme.

Å forstå oppførselen til fononer blir sett av mange termodynamiske eksperter som nøkkelen til å lage veldig effektive ledende eller isolerende materialer. Høy ledningsevne er viktig innen informatikk og kraftlagring, mens ekstrem isolasjon er nyttig for beskyttende materialer. Forskning fortsetter, ettersom noen forskere mener at nyttige materialer kan bygges som et resultat av å studere hvordan fononer fungerer og samhandler.

Forskere ved Massachusetts Institute of Technology (MIT) laget et slikt materiale i 2010. MIT-ekspertene kombinerte flere lag med forskjellig krystallmateriale i et mønster designet for å gjenspeile fononer. Under eksperimentet stoppet krystallmaterialet suksessen med fononer, og fikk dem til å reflektere eller "sprette" tilbake i motsatt retning.

Phonon-forskning kan føre til utvikling av praktisk utvikling fremover. Noen eksempler på oppfinnelser som er mulige ved å manipulere fononer inkluderer beskyttende termisk avskjerming for romskip, overlegen isolasjon for frysende kalde omgivelser og energisamlere for bærbare enheter. Vellykket manipulering kan føre til vitenskapelige gjennombrudd som ligner på den raske veksten i faststoffelektronikk som transistorer i løpet av andre halvdel av 1900-tallet.