Fysiikassa Mikä on Phonon?

Fononi on energia, joka löytyy värähtelystä. Niitä on kaikissa esineissä, jotka värisevät aktiivisesti, kuten kvartsikiteissä. Yksi tapa harkita fononia on resonoiva hiukkanen aallon sisällä. Aivan kuten “fotoni” on kvanttihiukkanen valoaallon sisällä, fononi on hiukkanen ääni -aallossa. Termi “fonon” on johdettu kreikan sanasta “puhelin”, joka tarkoittaa “ääntä tai ääntä”.

Venäläinen fyysikko Igor Tamm on saanut ensimmäisen teoriansa fononien käsitteestä. Siitä lähtien, kun tämä käsite otettiin käyttöön vuonna 1932, nämä määrät on integroitu kvanttimekaniikana tunnettuun fysiikan osa -alueeseen. Ne ovat osa uutta ja jatkuvaa fysiikan tutkimusta. Fononi luokitellaan usein “kvasipartikkeleiksi” tai “kollektiiviseksi viritykseksi”, mikä yleensä tarkoittaa sitä, että sitä voidaan havaita ilmiönä, mutta sitä ei voida ottaa erikseen yksittäiseksi fyysiseksi esineeksi.

Fononit eivät käyttäydy itsenäisinä hiukkasina, vaan ovat vuorovaikutuksessa objektin muiden fononien kanssa. Tämä vuorovaikutus saa fononiryhmät muodostamaan ketjuja tai hilarakenteita. Yksi fononi pystyy siirtämään energiansa ketjun seuraavaan. Pitkä hila tai niiden ryhmä pystyy siirtämään jatkuvaa energiaa sähkön tai lämmön muodossa.

Monet termodynaamiset asiantuntijat pitävät fononien käyttäytymisen ymmärtämistä avaimena erittäin tehokkaiden johtavien tai eristävien materiaalien luomiseen. Korkea johtavuus on tärkeää tietojenkäsittelytieteen ja tehonsäilytyksen aloilla, kun taas äärimmäinen eristys on hyödyllinen suojamateriaaleille. Tutkimus jatkuu, koska jotkut tutkijat uskovat, että hyödyllisiä materiaaleja voidaan rakentaa tutkimalla fononien toimintaa ja vuorovaikutusta.

Massachusetts Institute of Technologyn (MIT) tutkijat loivat yhden tällaisen materiaalin vuonna 2010. MIT: n asiantuntijat yhdistivät useita kerroksia eri kristallimateriaalia fononien heijastamiseksi suunnitellussa kuviossa. Kokeessa kristallimateriaali pysäytti onnistuneesti fononien liikkeen ja sai heijastumaan tai “pomppimaan” takaisin vastakkaiseen suuntaan.

Fononitutkimus voi johtaa käytännön kehityksen kehittämiseen tulevaisuudessa. Joitakin esimerkkejä keksinnöistä, jotka ovat mahdollisia manipuloimalla fononeja, ovat avaruusalusten suojaava lämpösuojaus, erinomainen eristys kylmissä olosuhteissa ja kannettavat laitteet. Onnistunut manipulointi voi johtaa tieteellisiin läpimurtoihin, jotka ovat samanlaisia ​​kuin SSD-elektroniikan, kuten transistorien, nopea kasvu 20-luvun jälkipuoliskolla.