¬ŅQUE DEMONIOS SON LOS FONONES? NO LOS FOTONES

Fecha 10/7/2010 17:30:30 | Tema: Novedades de Ciencia y Tecnologia

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9 de julio 2010. Para los ingenieros dise√Īadores de los tel√©fonos celulares , paneles solares y chips de ordenador, cada vez es m√°s importante ser capaz de controlar los movimientos de calor a trav√©s de los materiales cristalinos ‚Äď tales como el silicio ‚Äď con lo cual se fabrican esos dispositivos.

En la computadora y los chips de teléfonos celulares , por ejemplo, una de las limitaciones clave para incrementar la velocidad y la memoria es la necesidad de disipar el calor generado por los chips.
Para entender c√≥mo el calor se propaga a trav√©s de un material, tenga en cuenta que el calor ‚Äď as√≠ como EL sonido ‚Äď es en realidad el movimiento o vibraci√≥n de los √°tomos y las mol√©culas: las vibraciones de baja frecuencia corresponden al sonido, mientras que las frecuencias m√°s altas corresponden al calor. En cada frecuencia, los principios de la mec√°nica cu√°ntica establecen que la energ√≠a de vibraci√≥n debe ser un m√ļltiplo de una cantidad b√°sica de energ√≠a , llamada Cuanto, que es proporcional a la frecuencia. Los f√≠sicos llaman a estos niveles b√°sicos, fonones de energ√≠a.

En un sentido, entonces, ‚ÄĚ fon√≥n ‚Äúes s√≥lo una palabra elegante para una part√≠cula de calor.

Fonones son especialmente relevantes en el comportamiento del calor y el sonido de los cristales, explica Chen Gang , el profesor Rohsenow de Ingeniería Mecánica en el MIT. En un cristal , los átomos están ordenados de una manera uniforme, la repetición de la estructura; cuando se calienta, los átomos pueden oscilar a frecuencias específicas. Las uniones entre los átomos individuales en un cristal se comportan esencialmente como resortes, dice Chen. Cuando uno de los átomos es empujado o tirado, se pone en marcha una onda (o fonones ) que viajan a través del cristal , como sentarse en un borde de una cama elástica puede fijar de vibraciones a través de toda la superficie.

En la práctica, la mayoría de los materiales están llenos de una mezcla caótica de fonones que tienen diferentes frecuencias y viajan en direcciones diferentes, todos superpuestos unos sobre otros, de la misma manera que los movimientos aparentemente caóticos de un mar agitado puede ( teóricamente) mostrar una variedad de formas de onda superpuestas de diferentes frecuencias y direcciones.

Pero a diferencia de los fotones ( las part√≠culas que transportan la luz u otra radiaci√≥n electromagn√©tica), que en general no interact√ļan en todo si tienen diferentes longitudes de onda, los fonones de longitudes de onda diferentes pueden interactuar y mezclarse cuando chocan entre s√≠, produciendo una longitud de onda diferente. Esto hace que su comportamiento sea mucho m√°s ca√≥tico y dif√≠cil tanto para predecir y controlar .

Al igual que los fotones de una frecuencia dada s√≥lo pueden existir en ciertos niveles de energ√≠a espec√≠fica ‚Äď m√ļltiplo exacto de la base de cuantos ‚Äď , tambi√©n lo pueden los fonones , dice Chen. Y cuando se trabaja en f√≠sica aplicada en relaci√≥n a la transferencia de calor en los s√≥lidos, que es un enfoque espec√≠fico de la investigaci√≥n de Chen, pensar en t√©rminos de fonones ha demostrado ser especialmente √ļtil .

Por ejemplo, en la b√ļsqueda de mejores formas de disipar el calor de los chips de computadora ‚Äď un requisito clave para los chips m√°s r√°pidos y m√°s componentes en el paquete ‚Äď es encontrar la forma de manipular el comportamiento de los fonones en los circuitos de tal forma que el calor se pueda quitar f√°cilmente, es la clave. En cambio, en el dise√Īo de dispositivos termoel√©ctricos para generar electricidad a partir de las diferencias de temperatura, es importante desarrollar materiales que pueden conducir la electricidad (el movimiento de los electrones ) de forma f√°cil , pero bloquear el movimiento de los fonones (es decir, del calor).

‚ÄúEn algunos casos , usted desea conducci√≥n fuerte de los fonones , y en algunos casos desea reducir su propagaci√≥n ‚Äú, dice Chen . ‚ÄĚ A veces son buenos, ya veces son malos. ‚ÄĚ

Fuentes: MIT
http://universitam.com/
http://revistadigitalavalon.es/?p=2002



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