Co to jest fonon?

Fonon to ilość energii znalezionej w wibracji.Są one obecne we wszystkich obiektach, które aktywnie wibrują, takie jak kryształy kwarcowe.Jednym ze sposobów rozważenia fononu jest rezonująca cząstka w fali.Podobnie jak foton jest cząsteczką kwantową w fali światła, fonon jest cząsteczką w fali dźwiękowej.Termin fonon pochodzi od greckiego telefonu, co oznacza dźwięk lub głos.

Rosyjski fizyk Igor Tamm przypisuje się pierwszej teoretyzowaniu koncepcji fononów.Od czasu wprowadzenia tej koncepcji w 1932 r. Ilości te zostały zintegrowane z gałęzią fizyki znaną jako mechanika kwantowa.Są częścią pojawiających się i ciągłych badań fizyki.Fonon jest często klasyfikowany jako quasiparticle lub zbiorowe wzbudzenie, co ogólnie oznacza, że można go zaobserwować jako zjawisko, ale nie jest specjalnie wyodrębnione jako indywidualny obiekt fizyczny.

Fonony nie zachowują się jako niezależne cząsteczki, ale zamiast tego oddziałują z innymi fononami wewnątrzobiekt.Ta interakcja powoduje, że grupy fononów tworzą łańcuchy lub struktury sieci.Jeden fonon jest w stanie przenieść swoją energię do następnej w łańcuchu.Długa krat lub grupa z nich jest w stanie przenosić ciągłą energię w postaci energii elektrycznej lub ciepła.

Zrozumienie zachowania fononów jest postrzegane przez wielu ekspertów termodynamicznych jako klucz do tworzenia bardzo wydajnych materiałów przewodzących lub izolacyjnych.Wysoka przewodność jest ważna w dziedzinach informatyki i magazynowania energii, podczas gdy ekstremalna izolacja jest przydatna w przypadku materiałów ochronnych.Badania trwają, ponieważ niektórzy naukowcy uważają, że użyteczne materiały mogą być budowane w wyniku badania sposobu działania fononów i interakcji. Badacze w Massachusetts Institute of Technology (MIT) stworzyli jeden taki materiał w 2010 r. Eksperci MIT połączyli kilka warstwróżnych materiałów kryształowych we wzorze zaprojektowanym do odbicia fononów.Podczas eksperymentu materiał kryształowy z powodzeniem zatrzymał ruch fononów i spowodował, że odzwierciedlały lub odbijały się w przeciwnym kierunku.

Badania fononowe mogą prowadzić do rozwoju praktycznych rozwoju w przyszłości.Niektóre przykłady wynalazków, które są możliwe poprzez manipulowanie fononami, obejmują ochronne osłonę termiczną dla statków kosmicznych, doskonałą izolację dla zimnych środowisk i kolektorów energii dla urządzeń przenośnych.Udana manipulacja może prowadzić do naukowego przełomu podobnego do szybkiego wzrostu elektroniki w stanie stałym, takim jak tranzystory w drugiej połowie XX wieku.