Vad är en fonon?

En fonon är en mängd energi som finns inom en vibration.Dessa finns i alla föremål som är aktivt vibrerande, till exempel kvartskristaller.Ett sätt att betrakta en fonon är som en resonerande partikel i en våg.Precis som en foton är en kvantpartikel i en ljusvåg, är en fonon en partikel i en ljudvåg.Termen fonon härstammar från den grekiska ordtelefonen, vilket betyder ljud eller röst.

Rysk fysiker Igor Tamm krediteras för att först teoretisera begreppet fononer.Sedan detta koncept introducerades 1932 har dessa mängder integrerats i 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 i allmänhet innebär att den 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 inomett objekt.Denna interaktion får grupper av fononer att bilda kedjor eller gitterstrukturer.En fonon kan överföra sin energi till nästa i kedjan.Ett långt gitter eller grupp av dessa kan överföra kontinuerlig energi i form av el eller värme.

Förståelse av fonons beteende ses av många termodynamiska experter som nyckeln till att skapa mycket effektivt att leda eller isolera material.Hög konduktivitet är viktigt inom områdena datavetenskap och kraftlagring, medan extrem isolering är användbar för skyddsmaterial.Forskning fortsätter, eftersom vissa forskare tror att användbara material kan byggas till följd av att studera hur fononer fungerar och interagerar.

Forskare vid Massachusetts Institute of Technology (MIT) skapade ett sådant material 2010. MIT -experterna kombinerade flera lagerav 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.

Fononforskning 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 i fast tillståndselektronik såsom transistorer under andra hälften av 1900-talet.