Vad är en fonon inom fysik?
En fonon är en mängd energi som finns i en vibration. Dessa finns i alla föremål som aktivt vibrerar, till exempel kvartskristaller. Ett sätt att betrakta ett fonon är som en resonanspartikel i en våg. Precis som en "foton" är en kvantpartikel i en ljusvåg, är en fonon en partikel i en ljudvåg. Termen "fonon" härrör från det grekiska ordet "telefon", vilket betyder "ljud eller röst."
Den ryska fysikern Igor Tamm krediteras med att först teoretisera begreppet fononer. Sedan detta koncept infördes 1932 har dessa kvantiteter integrerats i den fysikgren som kallas kvantmekanik. De är en del av framväxande och fortsatt forskning inom fysik. En fonon klassificeras ofta som en "kvasipartikel" eller "kollektiv excitation", vilket generellt betyder att det kan observeras som ett fenomen men inte specifikt extraheras som ett individuellt fysiskt objekt.
Fononer uppför sig inte som oberoende partiklar utan interagerar istället med andra fononer inom ett objekt. Denna interaktion gör att grupper av fononer bildar kedjor eller gallerstrukturer. En fonon kan överföra sin energi till den nästa i kedjan. Ett långt gitter eller en grupp av dessa kan överföra kontinuerlig energi i form av el eller värme.
Att förstå fonons beteende ses av många termodynamiska experter som nyckeln till att skapa mycket effektiva ledande eller isolerande material. Hög konduktivitet är viktigt inom datavetenskap och kraftlagring, medan extrem isolering är användbar för skyddande material. Forskningen fortsätter, eftersom vissa forskare tror att användbart material kan byggas som ett resultat av att studera hur fononer fungerar och interagerar.
Forskare vid Massachusetts Institute of Technology (MIT) skapade ett sådant material under 2010. MIT-experterna kombinerade flera lager av olika kristallmaterial i ett mönster utformat för att reflektera fononer. Under experimentet stoppade kristallmaterialet framgångsrikt rörelsen av fononer och fick dem att reflektera eller "studsa" tillbaka i motsatt riktning.
Phonon-forskning kan leda till utveckling av praktisk utveckling i framtiden. Några exempel på uppfinningar som är möjliga genom att manipulera fononer inkluderar skyddande termisk skärmning för rymdskepp, överlägsen isolering för frysning av kalla miljöer och energisamlare för bärbara enheter. Framgångsrik manipulation kan leda till vetenskapliga genombrott som liknar den snabba tillväxten inom fast tillståndselektronik såsom transistorer under andra hälften av 1900-talet.