Fonon Membawa Getaran Kolektif dan Energi Panas di Dalam Material

Fonon adalah cara fisika kuantum menggambarkan paket energi dari getaran kolektif atom-atom dalam material. NIST menyebut getaran kisi ini sebagai kuanta gerak, serupa dengan cara foton dipakai untuk menyatakan kuanta cahaya.

Atom dalam padatan tidak diam kaku. Mereka berosilasi di sekitar posisi keseimbangan, dan gerak yang saling terhubung dapat merambat sebagai pola gelombang melalui kisi kristal.

Dalam model kuantum, energi getaran tidak berubah secara sembarang, melainkan muncul dalam satuan tertentu. Satuan eksitasi kolektif itulah yang disebut fonon; ia bukan partikel kecil yang berdiri sendiri seperti butir debu di antara atom.

Fonon membantu menjelaskan bagaimana panas bergerak di banyak bahan. Interaksi dan hamburan fonon ikut menentukan konduktivitas termal, sehingga pemahamannya penting ketika perancang perangkat elektronik perlu memindahkan panas dari komponen yang semakin kecil.

NIST juga meneliti pertukaran energi antara fonon dan foton serta pemodelan spektrum fonon. Kajian semacam itu berhubungan dengan sensor, material dua dimensi, informasi kuantum, dan perhitungan sifat termal material.

Ilustrasi pendamping merupakan skema perpindahan fonon dalam lembaran silikon. Jojo V membuatnya pada 3 Oktober 2022 untuk memperlihatkan lintasan yang dipakai dalam pembahasan transport getaran kisi.

Sumber: NIST, “Hooked on Phonons: NIST-led Research Group Measures Graphene Vibrations”, 16 Juni 2015, https://www.nist.gov/news-events/news/2015/06/hooked-phonons-nist-led-research-group-measures-graphene-vibrations ; NIST, “NIST Physicists Create Record-Setting Quantum Motion”, 22 Juli 2019, https://www.nist.gov/news-events/news/2019/07/nist-physicists-create-record-setting-quantum-motion ; Wikimedia Commons, https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Boltzmann-Peierls_lame_Si.jpg

Catatan editorial: Artikel ini adalah artikel pengetahuan, bukan berita penelitian terbaru. Ilustrasi CC BY-SA 4.0 diubah ukuran dan dikompresi ulang ke JPEG tanpa mengubah isi diagram.