Un phonon est une quantité d’énergie présente dans une vibration. Ceux-ci sont présents dans tous les objets qui vibrent activement, tels que les cristaux de quartz. Une façon de considérer un phonon est comme une particule résonnante dans une onde. Tout comme un photon est une particule quantique dans une onde lumineuse, un phonon est une particule dans une onde sonore. Le terme phonon est dérivé du mot grec téléphone, qui signifie son ou voix.
Le physicien russe Igor Tamm est le premier à avoir théorisé le concept de phonons. Depuis l’introduction de ce concept en 1932, ces quantités ont été intégrées dans la branche de la physique connue sous le nom de mécanique quantique. Ils font partie de la recherche émergente et continue en physique. Un phonon est souvent classé comme une quasi-particule ou une excitation collective, ce qui signifie généralement qu’il peut être observé en tant que phénomène mais pas spécifiquement extrait en tant qu’objet physique individuel.
Les phonons ne se comportent pas comme des particules indépendantes, mais interagissent plutôt avec d’autres phonons au sein d’un objet. Cette interaction amène des groupes de phonons à former des chaînes ou des structures en treillis. Un phonon est capable de transférer son énergie au suivant dans la chaîne. Un long réseau ou un groupe de ceux-ci est capable de transférer de l’énergie continue sous forme d’électricité ou de chaleur.
La compréhension du comportement des phonons est considérée par de nombreux experts en thermodynamique comme la clé pour créer des matériaux conducteurs ou isolants très efficaces. Une conductivité élevée est importante dans les domaines de l’informatique et du stockage d’énergie, tandis qu’une isolation extrême est utile pour les matériaux de protection. La recherche se poursuit, car certains scientifiques pensent que des matériaux utiles peuvent être construits à la suite de l’étude de la façon dont les phonons fonctionnent et interagissent.
Des chercheurs du Massachusetts Institute of Technology (MIT) ont créé un tel matériau en 2010. Les experts du MIT ont combiné plusieurs couches de différents matériaux cristallins dans un motif conçu pour refléter les phonons. Au cours de l’expérience, le matériau cristallin a réussi à arrêter le mouvement des phonons et à les faire réfléchir ou rebondir dans la direction opposée.
La recherche Phonon peut conduire au développement de développements pratiques dans le futur. Quelques exemples d’inventions qui sont possibles en manipulant des phonons comprennent un blindage thermique de protection pour les vaisseaux spatiaux, une isolation supérieure pour les environnements glacials et des collecteurs d’énergie pour les appareils portables. Une manipulation réussie peut conduire à des percées scientifiques similaires à la croissance rapide de l’électronique à semi-conducteurs tels que les transistors au cours de la seconde moitié du 20e siècle.