聲子學

聲子學，是一門新興學科。聲子也被稱為熱晶體，這一領域旨在探索怎樣以特定的頻率來引導熱流，從而能像控制聲波和光波那樣控制熱量波。

基本介紹

• 中文名：聲子學
• 基本粒子：聲子
• 領域：聲學和熱學超材料
• 內容：控制聲波和光波

科學建立

聲子

聲子

由於熱和聲音都是振動，為方便研究，物理學家在幾十年前構想出一種虛擬的基本粒子：聲子（Phonon）。聲子可以被理解為分子熱振動能量的具象化，在半導體材料里，聲子流就是熱流。

聲子、光子或電子，都是能像波一樣傳播的物理粒子，也代表著一種機械振動。聲子傳播著每天的聲音和熱量。聲子學研究已取得很大進步，科學家利用聲子特性控制聲音和熱量，帶來了許多新理念和新設備。

研究領域

美國喬治亞理工大學科學家在《自然》雜誌上發表述評文章，介紹了目前一門新興學科——聲子學的八個主題領域，八個主題領域是音波與熱學二極體、光力晶體、聲波與熱“斗篷”、超音速聲子晶體、熱電學和熱晶體學。

這些技術“預示了聲子學領域的下一代技術革命”，而所有這些領域都有一個共同的主旨：以不同的頻率操縱機械振動。

原理

聲子學

聲子學

聲子和電子很像，也會和電子相互作用。雜亂無章運動著的聲子，仿佛亂穿馬路的行人，搞得在路上列隊前行的電子不得不減速，這就增加了電阻，徒耗能源，還限制了晶片的速度。若將導體冷卻到足夠低溫，會出現零電阻和超導現象——從聲子的角度，這很好解釋：溫度夠低，分子安靜下來，聲子幾乎消失；此時，對電子來說，導線就像深夜的街道一樣空曠，可以暢通無阻。
超導對於輸電很有意義。但正如信息技術革命的重點並非處理超強電流，而是極其細微的電路和元器件，對聲子的進一步研究也逐漸轉向操控微小尺度體系的熱流。人們希望，參照微電子器件，發明一系列“聲子器件”。

套用

聲子學最熱門的領域是研發聲學和熱學超材料，以禁止聲波和熱流。聲子學禁止的方法是以電磁外罩材料為基礎，這些材料已經用於光學領域。其中一個研究熱點就是設計和製造斗篷、外罩類設備以控制聲波，引導聲波繞過特定目標，比如整棟建築，這樣對於聲波來說，外罩內的所有物體就是它探測不到的。這些技術有望帶來將熱轉化為其他能量的新設備，或二極體熱當量，幫助那些數據中心解決伺服器產生的大量廢熱的問題。