Fonones

Imagínese el lector soñador un escudo que guíe el calor -o el sonido- alrededor de los objetos, y que el artilugio nos permita aislar un edificio del calor -o del ruido- exterior. ¿Sorprendente? Tal objetivo persiguen los físicos que se afanan por dominar los fonones, incluso –quizá ya sea mucho imaginar- querrían controlar los terremotos que, como el calor y sonido, consisten en vibraciones que se propagan de un sitio a otro.

La conducción térmica es un fenómeno de transporte en el que la energía debida a la agitación molecular se transfiere de un lugar a otro. ¿Cómo ocurre tal conducción del calor en los materiales sólidos? Los electrones libres que contienen los metales conducen el calor y la electricidad; en cambio en los sólidos que no son metales, son los átomos que vibran más enérgicamente quienes transfieren energía hacia los átomos vecinos menos energéticos; en este caso resulta útil considerar el flujo de calor como una corriente de fonones, que pueden viajar varios kilómetros si se trata del sonido, o mil millonésimas de metro si es el calor. El calor, como el sonido, consiste en vibraciones que se propagan, de los átomos de un cuerpo en el primer caso o de las moléculas del aire en el segundo; de baja frecuencia (miles de hertzios) aquéllos, de frecuencias altas (billones de hertzios) éstos; vibraciones, que los físicos han convertido en una especie de partículas implícitas que nombran fonones; una palabra elegante para designar las partículas de calor, como los fotones indican las partículas de luz; y lo hacen porque quien examine detenidamente las vibraciones encontrará que la energía de cada una siempre vale un múltiplo entero de cierta cantidad (un cuanto) que es proporcional a su frecuencia. Quien se siente en el borde de una cama elástica y observe las vibraciones que se propagan en su superficie, podrá imaginar lo que sucede cuando se hace vibrar uno de los átomos y se inicia una ola (una corriente de fonones) que viaja a través del sólido; el material se llena entonces con una mezcla de fonones superpuestos e interaccionando entre sí, que viajan en cualquier dirección y tienen diferentes frecuencias; resulta de ello un comportamiento caótico más difícil de controlar que el de los fotones.

El sagaz lector ya habrá adivinado que los físicos e ingenieros intentan idear una técnica capaz de manipular el calor y el sonido, igual que las lentes, los espejos y algunos cristales lo hacen con la luz.