Un fonone è una quantità di energia che si trova all’interno di una vibrazione. Questi sono presenti in tutti gli oggetti che vibrano attivamente, come i cristalli di quarzo. Un modo per considerare un fonone è come una particella risonante all’interno di un’onda. Proprio come un “fotone” è una particella quantistica all’interno di un’onda luminosa, un fonone è una particella all’interno di un’onda sonora. Il termine “phonon” deriva dalla parola greca “telefono”, che significa “suono o voce”.
Al fisico russo Igor Tamm è attribuito il merito di aver teorizzato per primo il concetto di fononi. Da quando questo concetto è stato introdotto nel 1932, queste quantità sono state integrate nel ramo della fisica noto come meccanica quantistica. Fanno parte della ricerca emergente e continua in fisica. Un fonone è spesso classificato come “quasiparticella” o “eccitazione collettiva”, il che generalmente significa che può essere osservato come un fenomeno ma non specificamente estratto come oggetto fisico individuale.
I fononi non si comportano come particelle indipendenti, ma interagiscono invece con altri fononi all’interno di un oggetto. Questa interazione fa sì che gruppi di fononi formino catene o strutture reticolari. Un fonone è in grado di trasferire la sua energia a quello successivo nella catena. Un lungo reticolo o gruppo di questi è in grado di trasferire energia continua sotto forma di elettricità o calore.
La comprensione del comportamento dei fononi è vista da molti esperti di termodinamica come la chiave per creare materiali conduttori o isolanti molto efficienti. L’elevata conduttività è importante nei campi dell’informatica e dell’accumulo di energia, mentre l’isolamento estremo è utile per i materiali protettivi. La ricerca continua, poiché alcuni scienziati ritengono che materiali utili possano essere costruiti come risultato dello studio del modo in cui operano e interagiscono i fononi.
I ricercatori del Massachusetts Institute of Technology (MIT) hanno creato uno di questi materiali nel 2010. Gli esperti del MIT hanno combinato diversi strati di materiale cristallino diverso in uno schema progettato per riflettere i fononi. Durante l’esperimento, il materiale cristallino ha fermato con successo il movimento dei fononi e li ha fatti riflettere o “rimbalzare” nella direzione opposta.
La ricerca phonon può portare allo sviluppo di sviluppi pratici in futuro. Alcuni esempi di invenzioni che sono possibili manipolando i fononi includono schermature termiche protettive per astronavi, isolamento superiore per ambienti gelidi e collettori di energia per dispositivi portatili. Una manipolazione riuscita può portare a scoperte scientifiche simili alla rapida crescita dell’elettronica a stato solido come i transistor durante la seconda metà del XX secolo.