Удивительные фононы блокируют звук и направляют тепло с беспрецедентной точностью

Представьте себе, что вы живете в шумной части города, но не слышите ни гомона людей на улице, ни сигналов автомобилей.

Новая область фононики однажды может сделать этот фантастический сценарий реальным.

Фонон, как фотон или электрон, является физической частицей, которая перемещается как волны, образуя механическую вибрацию. Фононы передают звуки и тепло. Прогресс в области фононики привел к развитию новых идей и устройств, использующих свойства фононики для управления звуком и теплом.

Соответствующий обзор опубликован в издании Nature.

Одна из возможностей, взбудоражившая ученых, это управление звуковыми волнами за счет проектирования и изготовления скрывающих оболочек для направления акустических волн вокруг определенного объекта, например, целого здания. Все, что будет внутри такой оболочки, окажется неосязаемым для звуковых волн.

Будущие возможности фононов также могут решить крупнейшие проблемы в области энергопотребления и строительства зданий. Понимание фононов и управление их свойствами может привести к новым технологиям для теплоизоляции зданий, сокращения шума среды, преобразования бросового тепла в электричество и создания защиты от землетрясений. Все это могут позволить новые материалы для управления звуком и теплом. Идеи эти кажутся возможными, но пока лишь теоретически, и чтобы сделать их реальными, фононике предстоит достичь того же уровня научной инновационности, как современной электронике.

«Благодаря компьютерам люди хоть что-то слышали об электронах, а благодаря сотовым телефонам — об электромагнитных волнах. О фононах некоторые вовсе не осведомлены», сказал Мартин Малдован из Технологического института Джорджии.

В своей статье Малдован смешивает восемь разных тем в области фононики, описывая преимущества звуковых и тепловых диодов, оптомеханических кристаллов, акустической и тепловой невидимости, гиперзвуковых фононных кристаллов, термоэлектриков и термокристаллов.

Эти технологии «возвещают следующую технологическую революцию в фононике», сказал ученый. Все эти области объединяет одна общая тема: управление механическими колебаниями, но на разных частотах.

Самые горячие области в фононике, по словам Малдована, это развитие слухового аппарата и тепловых метаматериалов. Такие материалы способны скрывать звуковые волны и потоки тепла. Фононный подход к невидимости основан на электромагнитных скрывающих материалах.

14.11.2013