Only Perception: 神奇聲子：阻擋聲音、精確導熱

2013-11-15

神奇聲子：阻擋聲音、精確導熱

Fantastic phonons: Blocking sound, channeling heat with 'unprecedented precision'
http://phys.org/news/2013-11-fantastic-phonons-blocking-channeling-unprecedented.html

2013.11.14

想像一下生活在繁華的城市街區，卻聽不到來自汽車喇叭與街上人潮的噪音。新興的聲子學（phononics）領域有朝一日能讓這件事成真。

聲子（phonon），如同光子或電子，是一種物理學粒子，能像波一樣傳播，代表機械性振動（mechanical vibration）。聲子傳輸日常的聲與熱。根據 Nature 期刊上的一篇新評論表示，最近在聲子學的進展已導致新構想與裝置的發展，那利用聲子的特性來控制聲與熱。

科學家熱烈討論的應用之一是下面這種控制聲波的可能性：設計、組裝隱形外殼（cloaking shells）藉此引導聲波繞過某一物體 -- 或許是一整棟建築 -- 故，不管這個隱形殼裡面有什麼，都能不為聲波所見。

在未來，聲子也有可能解決今日能源消耗與建築物所面臨的最大挑戰。理解並控制材料的聲子特性可能導致這些新科技：建築隔熱、減少環境噪音、將廢熱轉換成電力以及地震防護的開發，這些全都是透過開發新材料來操縱聲與熱。這些構想在理論上全都可能，不過要使其成真，聲子學得要像今日的電子學一樣，能激起相同程度的科學創新，不過在今日情況並非如此。

"人們因為電腦而了解電子，因為手機而了解電磁波，但對於聲子就不甚了了，" Martin Maldovan 說，喬治亞理工學院化學與生物分子工程系的研究科學家。

Maldovan 的評論文章出現在 11/13 的 Nature 期刊中。在文章中他混搭（blends）聲子學領域中八種不同的主題，描述聲二極體與熱二極體（sonic and thermal diodes）、光機晶體（optomechanical crystals，光機械晶體）、聲學隱形與熱隱形（acoustic and thermal cloaking）、超聲聲子晶體（hypersonic phononic crystals）、熱電學（thermoelectrics）與熱晶體（thermocrystals）當中的進展。

這些技術 "吹響聲子學下階段技術革新的號角，" 他說。這些領域都共享一個平常的主題：操縱機械性振動，但是在不同的頻率上。

Maldovan 表示，聲子學最熱門的領域是聲學超材料與熱學超材料（acoustic and thermal metamaterials）。這些材料能遮蔽（cloaking）聲波與熱流。聲子學的遮蔽方法是根基在已經用於光線上的電磁遮蔽材料。

Maldovan，前 MIT 研究科學家，也在進行他自己的聲子學研究。今年夏天 Maldovan 在 Physical Review Letters 上發表了一篇文章，描述控制固態物體導熱的一項創新。

稱為熱晶體（thermocrystals），這個新聲子研究領域試圖要以操縱聲波與光波的那種方式，藉由在某些頻率下引導熱的流動（channeling the flow of heat）來操縱熱波（heat waves）。這種技術能導致將熱轉換成能量的裝置或熱的二極體相等物（即熱二極體）的出現，那能協助資料中心解決伺服器所產生的大量廢熱。

"聲子學的領域相當新，而且當你遇到新東西時，你不曉得會找到什麼東西，" Maldovan 說。"你總是在思考「我能用那個來做什麼？」"

※ 相關報導：

＊ Sound and heat revolutions in phononics
http://www.nature.com/nature/journal/v503/n7475/full/nature12608.html