Фонон, как фотон или электрон, представляет собой физическую частицу, которая движется подобно волнам, представляя механическую вибрацию. Фононы передают повседневный звук и тепло. Согласно новому обзору в Nature, недавний прогресс в фононике привел к развитию новых идей и устройств, которые используют фононные свойства для управления звуком и теплом.
Одно из приложений, о котором гудят ученые, — это возможность управления звуковыми волнами путем проектирования и изготовления маскирующих оболочек для направления акустических волн вокруг определенного объекта — возможно, всего здания — так, чтобы все, что находится внутри оболочки, было невидимо для звуковых волн.
Будущие возможности для фононов могут также решить самые большие проблемы в энергопотреблении и строительстве сегодня. Понимание и контроль фононных свойств материалов может привести к новым технологиям теплоизоляции зданий, снижению шума окружающей среды, преобразованию отработанного тепла в электричество и разработке защиты от землетрясений — и все это за счет разработки новых материалов для управления звуком и теплом.
Теоретически все эти идеи возможны, но для того, чтобы воплотить их в жизнь, фононика должна стимулировать такой же уровень научных инноваций, как и электроника, а сегодня это не так.
«Люди знают об электронах из-за компьютеров и об электромагнитных волнах из-за сотовых телефонов, но не так много о фононах», — сказал Мартин Малдован, научный сотрудник Школы химической и биомолекулярной инженерии Технологического института Джорджии.
Обзорная статья Мальдована появилась в сети в ноябре.
13 в журнале Nature. В статье он объединяет восемь различных тем в области фононики, описывая достижения в области звуковых и тепловых диодов, оптомеханических кристаллов, акустической и тепловой маскировки, гиперзвуковых фононных кристаллов, термоэлектриков и термокристаллов.
Эти технологии "предвещают следующую технологическую революцию в фононике", — сказал он.
Все эти области имеют общую тему: управление механическими колебаниями, но с разной частотой.
По словам Мальдована, самые горячие направления в фононике — это разработка акустических и тепловых метаматериалов.
Эти материалы способны скрывать звуковые волны и тепловые потоки. Фононический подход к маскировке основан на электромагнитных маскирующих материалах, которые уже используются для освещения.
Мальдован, в прошлом научный сотрудник Массачусетского технологического института, также проводит собственные фононические исследования. Этим летом Мальдован опубликовал статью в журнале Physical Review Letters, в которой описал изобретение для управления теплопроводностью через твердые объекты.
Эта новая область фононических исследований, известная как термокристаллы, направлена на управление тепловыми волнами аналогично звуковым и световым волнам, направляя поток тепла на определенных частотах. Эта технология может привести к созданию устройств, преобразующих тепло в энергию, или теплового эквивалента диодов, которые могут помочь центрам обработки данных решить проблему большого количества тепла, выделяемого их серверами.
«Фононика относительно новая, и когда у вас есть что-то новое, вы не знаете, что найдете», — сказал Малдован. "Ты всегда думаешь: что мне с этим делать?"?’"