En física, ¿qué es un fonón?

Un fonón es una cantidad de energía que se encuentra dentro de una vibración. Estos están presentes en todos los objetos que están vibrando activamente, como los cristales de cuarzo. Una forma de considerar un fonón es como una partícula resonante dentro de una onda. Así como un "fotón" es una partícula cuántica dentro de una onda de luz, un fonón es una partícula dentro de una onda de sonido. El término "fonón" se deriva de la palabra griega "teléfono", que significa "sonido o voz".

Al físico ruso Igor Tamm se le atribuye la primera teoría del concepto de fonones. Desde que este concepto se introdujo en 1932, estas cantidades se han integrado en la rama de la física conocida como mecánica cuántica. Forman parte de la investigación emergente y continua en física. Un fonón a menudo se clasifica como una "cuasipartícula" o "excitación colectiva", lo que generalmente significa que puede observarse como un fenómeno pero no extraerse específicamente como un objeto físico individual.

Los fonones no se comportan como partículas independientes, sino que interactúan con otros fonones dentro de un objeto. Esta interacción hace que grupos de fonones formen cadenas o estructuras reticulares. Un fonón puede transferir su energía al siguiente en la cadena. Una red o grupo largo de estos es capaz de transferir energía continua en forma de electricidad o calor.

Muchos expertos en termodinámica consideran que el comportamiento de los fonones es la clave para crear materiales conductores o aislantes muy eficientes. La alta conductividad es importante en los campos de la informática y el almacenamiento de energía, mientras que el aislamiento extremo es útil para los materiales de protección. La investigación continúa, ya que algunos científicos creen que se pueden construir materiales útiles como resultado de estudiar la forma en que operan e interactúan los fonones.

Los investigadores del Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT) crearon uno de estos materiales en 2010. Los expertos del MIT combinaron varias capas de diferentes materiales de cristal en un patrón diseñado para reflejar los fonones. Durante el experimento, el material de cristal detuvo con éxito el movimiento de los fonones y los hizo reflexionar o "rebotar" en la dirección opuesta.

La investigación de Phonon puede conducir al desarrollo de desarrollos prácticos en el futuro. Algunos ejemplos de invenciones que son posibles mediante la manipulación de fonones incluyen blindaje térmico protector para naves espaciales, aislamiento superior para ambientes de congelación y colectores de energía para dispositivos portátiles. La manipulación exitosa puede conducir a avances científicos similares al rápido crecimiento de la electrónica de estado sólido, como los transistores, durante la segunda mitad del siglo XX.