Em Física, o que é um Phonon?

Um fonon é uma quantidade de energia encontrada dentro de uma vibração. Eles estão presentes em todos os objetos que vibram ativamente, como os cristais de quartzo. Uma maneira de considerar um fônon é como uma partícula ressonante dentro de uma onda. Assim como um "fóton" é uma partícula quântica dentro de uma onda de luz, um fônon é uma partícula dentro de uma onda sonora. O termo "phonon" é derivado da palavra grega "phone", que significa "som ou voz".

O físico russo Igor Tamm é creditado com a primeira teoria do conceito de fônons. Desde que esse conceito foi introduzido em 1932, essas quantidades foram integradas ao ramo da física conhecido como mecânica quântica. Eles fazem parte de pesquisas emergentes e contínuas em física. Um fonon é frequentemente classificado como uma "quase-partícula" ou "excitação coletiva", o que geralmente significa que pode ser observado como um fenômeno, mas não extraído especificamente como um objeto físico individual.

Os fônons não se comportam como partículas independentes, mas interagem com outros fônons dentro de um objeto. Essa interação faz com que grupos de fônons formem cadeias ou estruturas de treliça. Um fonon é capaz de transferir sua energia para o próximo na cadeia. Uma longa rede ou grupo destes é capaz de transferir energia contínua na forma de eletricidade ou calor.

Muitos especialistas em termodinâmica entendem o comportamento dos fônons como a chave para criar materiais condutores ou isolantes muito eficientes. A alta condutividade é importante nos campos da ciência da computação e do armazenamento de energia, enquanto o isolamento extremo é útil para materiais de proteção. A pesquisa continua, pois alguns cientistas acreditam que materiais úteis podem ser construídos como resultado do estudo da maneira como os fônons operam e interagem.

Pesquisadores do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT) criaram um desses materiais em 2010. Os especialistas do MIT combinaram várias camadas de diferentes materiais de cristal em um padrão projetado para refletir os fônons. Durante o experimento, o material cristalino interrompeu com sucesso o movimento dos fônons e os fez refletir ou "saltar" de volta na direção oposta.

A pesquisa da Phonon pode levar ao desenvolvimento de desenvolvimentos práticos no futuro. Alguns exemplos de invenções possíveis pela manipulação de fônons incluem blindagem térmica protetora para naves espaciais, isolamento superior para ambientes frios e congeladores e coletores de energia para dispositivos portáteis. A manipulação bem-sucedida pode levar a descobertas científicas semelhantes ao rápido crescimento de eletrônicos de estado sólido, como transistores, durante a segunda metade do século XX.

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