Ένα φωνόνιο είναι μια ποσότητα ενέργειας που βρίσκεται μέσα σε μια δόνηση. Αυτά υπάρχουν σε όλα τα αντικείμενα που δονούνται ενεργά, όπως οι κρύσταλλοι χαλαζία. Ένας τρόπος να θεωρήσουμε ένα φωνόνιο είναι ως ένα σωματίδιο συντονισμού μέσα σε ένα κύμα. Ακριβώς όπως ένα «φωτόνιο» είναι ένα κβαντικό σωματίδιο μέσα σε ένα κύμα φωτός, ένα φωνόνιο είναι ένα σωματίδιο μέσα σε ένα ηχητικό κύμα. Ο όρος «φωνόν» προέρχεται από την ελληνική λέξη «τηλέφωνο», που σημαίνει «ήχος ή φωνή».
Ο Ρώσος φυσικός Igor Tamm πιστώνεται με την πρώτη θεωρία για την έννοια των φωνονίων. Από τότε που αυτή η έννοια εισήχθη το 1932, αυτές οι ποσότητες έχουν ενσωματωθεί στον κλάδο της φυσικής που είναι γνωστός ως κβαντική μηχανική. Αποτελούν μέρος της αναδυόμενης και συνεχιζόμενης έρευνας στη φυσική. Ένα φωνόνιο συχνά ταξινομείται ως «οιονείσωματίδιο» ή «συλλογική διέγερση», πράγμα που σημαίνει γενικά ότι μπορεί να παρατηρηθεί ως φαινόμενο αλλά όχι ειδικά να εξαχθεί ως μεμονωμένο φυσικό αντικείμενο.
Τα φωνόνια δεν συμπεριφέρονται ως ανεξάρτητα σωματίδια, αλλά αντίθετα αλληλεπιδρούν με άλλα φωνόνια μέσα σε ένα αντικείμενο. Αυτή η αλληλεπίδραση προκαλεί ομάδες φωνονίων να σχηματίσουν αλυσίδες ή δομές πλέγματος. Ένα φωνόνιο μπορεί να μεταφέρει την ενέργειά του στο επόμενο της αλυσίδας. Ένα μακρύ πλέγμα ή μια ομάδα από αυτά είναι σε θέση να μεταφέρει συνεχή ενέργεια με τη μορφή ηλεκτρικής ενέργειας ή θερμότητας.
Η κατανόηση της συμπεριφοράς των φωνονίων θεωρείται από πολλούς ειδικούς στη θερμοδυναμική ως το κλειδί για τη δημιουργία πολύ αποδοτικών αγώγιμων ή μονωτικών υλικών. Η υψηλή αγωγιμότητα είναι σημαντική στους τομείς της επιστήμης των υπολογιστών και της αποθήκευσης ενέργειας, ενώ η ακραία μόνωση είναι χρήσιμη για προστατευτικά υλικά. Η έρευνα συνεχίζεται, καθώς ορισμένοι επιστήμονες πιστεύουν ότι χρήσιμα υλικά μπορεί να κατασκευαστούν ως αποτέλεσμα της μελέτης του τρόπου λειτουργίας και αλληλεπίδρασης των φωνονίων.
Ερευνητές στο Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Μασαχουσέτης (MIT) δημιούργησαν ένα τέτοιο υλικό το 2010. Οι ειδικοί του MIT συνδύασαν πολλά στρώματα διαφορετικού κρυσταλλικού υλικού σε ένα μοτίβο σχεδιασμένο να αντανακλά τα φωνόνια. Κατά τη διάρκεια του πειράματος, το κρυσταλλικό υλικό σταμάτησε με επιτυχία την κίνηση των φωνονίων και τα έκανε να ανακλούν ή να «αναπηδούν» προς την αντίθετη κατεύθυνση.
Η έρευνα Phonon μπορεί να οδηγήσει στην ανάπτυξη πρακτικών εξελίξεων στο μέλλον. Μερικά παραδείγματα εφευρέσεων που είναι δυνατές με το χειρισμό των φωνονίων περιλαμβάνουν προστατευτική θερμική θωράκιση για διαστημόπλοια, ανώτερη μόνωση για παγωμένα κρύα περιβάλλοντα και συλλέκτες ενέργειας για φορητές συσκευές. Η επιτυχής χειραγώγηση μπορεί να οδηγήσει σε επιστημονικές ανακαλύψεις παρόμοιες με την ταχεία ανάπτυξη στα ηλεκτρονικά στερεάς κατάστασης όπως τα τρανζίστορ κατά το δεύτερο μισό του 20ου αιώνα.