Un fonon este o cantitate de energie care se găsește într-o vibrație. Acestea sunt prezente în toate obiectele care vibrează activ, cum ar fi cristalele de cuarț. O modalitate de a considera un fonon este ca o particulă rezonantă într-o undă. Așa cum un „foton” este o particulă cuantică dintr-o undă de lumină, un fonon este o particulă dintr-o undă sonoră. Termenul „phonon” este derivat din cuvântul grecesc „telefon”, care înseamnă „sunet sau voce”.
Fizicianul rus Igor Tamm este creditat pentru prima dată a teoretizat conceptul de fononi. De când acest concept a fost introdus în 1932, aceste mărimi au fost integrate în ramura fizicii cunoscută sub numele de mecanică cuantică. Ele fac parte din cercetările emergente și continue în fizică. Un fonon este adesea clasificat ca „cvasiparticulă” sau „excitație colectivă”, ceea ce înseamnă în general că poate fi observat ca fenomen, dar nu extras în mod specific ca obiect fizic individual.
Fononii nu se comportă ca particule independente, ci interacționează cu alți fononi dintr-un obiect. Această interacțiune face ca grupurile de fononi să formeze lanțuri sau structuri de rețea. Un fonon este capabil să-și transfere energia celui următor din lanț. O rețea lungă sau un grup dintre acestea este capabilă să transfere energie continuă sub formă de electricitate sau căldură.
Înțelegerea comportamentului fononilor este văzută de mulți experți în termodinamică drept cheia pentru crearea de materiale conductoare sau izolante foarte eficiente. Conductivitatea ridicată este importantă în domeniile informatică și stocarea energiei, în timp ce izolarea extremă este utilă pentru materialele de protecție. Cercetările continuă, deoarece unii oameni de știință cred că materiale utile pot fi construite ca urmare a studierii modului în care funcționează și interacționează fononii.
Cercetătorii de la Massachusetts Institute of Technology (MIT) au creat un astfel de material în 2010. Experții MIT au combinat mai multe straturi de material cristalin diferit într-un model conceput pentru a reflecta fononii. În timpul experimentului, materialul cristalin a oprit cu succes mișcarea fononilor și i-a făcut să se reflecte sau să „sare” înapoi în direcția opusă.
Cercetarea Phonon poate duce la dezvoltarea unor dezvoltări practice în viitor. Câteva exemple de invenții care sunt posibile prin manipularea fononilor includ ecranare termică de protecție pentru nave spațiale, izolație superioară pentru medii înghețate și colectoare de energie pentru dispozitive portabile. Manipularea cu succes poate duce la descoperiri științifice similare cu creșterea rapidă a electronicelor cu stare solidă, cum ar fi tranzistoarele, în a doua jumătate a secolului al XX-lea.