Gracias por el A2A Sumanth Gurram. Un físico, como Inna Vishik, que ha trabajado en superconductores está mejor calificado para responder esto desde la perspectiva de la formación de pares de Cooper y su transporte a través del material. Sin embargo, puedo probar el uso incorrecto de la frase “producción de fonones a través de la vibración” desde la perspectiva de un ingeniero de materiales. Si bien esta respuesta puede parecer pedante, es importante tener esto en cuenta al pensar en diseñar dispositivos basados en fonones.
——
TL; Versión DR : los fonones no se producen por vibración externa. Una estructura cristalina dada ya tiene modos de fonón bien definidos que están activos a temperaturas distintas de cero. Si bien la perturbación externa puede transferir energía a los modos existentes en el material, no puede producir nuevos fonones. Para una respuesta detallada sigue leyendo.
——
- ¿La corriente es la misma en todo un circuito para circuitos en serie y en paralelo?
- ¿Puedo usar el transistor para hacer un amplificador de voltaje de CC?
- ¿Cómo se hacen 240 voltios?
- ¿Cuáles son algunas aplicaciones de cableado de metales ferrosos?
- ¿Qué sucede cuando dos fuentes de voltaje de magnitud desigual están conectadas en paralelo?
A diferencia de los pares de Cooper que se pueden generar en un material, o los electrones que se pueden inyectar en un material, los fonones no se pueden producir. Según las interacciones entre todos los pares de átomos en la red, existen modos de fonón específicos a todas las temperaturas. Bajo equilibrio, la energía térmica se distribuye entre estos modos por igual (teorema de equipartición). La perturbación o vibración externa no creará nuevos modos, sino que solo transferirá energía a los modos existentes.
Los modos de fonón en un sistema son esencialmente la solución de valor propio de la matriz dinámica. Con una aproximación armónica, esta es una matriz 3N x 3N donde cada elemento representa esencialmente la fuerza constante entre un par de átomos y a lo largo de coordenadas cartesianas específicas. N es el número de átomos básicos en la red. Este cálculo repetido para diferentes vectores de onda le dará el espectro completo de vibración fonética de la red. Consulte los fonones para obtener más detalles sobre la matriz dinámica, la aproximación armónica y un conjunto de publicaciones académicas que describen cómo se pueden calcular los modos de fonón.
Basado en la descripción anterior del espectro de fonones y su dependencia solo de las constantes de fuerza, es fácil ver que no se pueden introducir nuevos modos a menos que perturbe significativamente la estructura cristalina o la disposición de los átomos en la red.
El hecho de que los nuevos modos no se pueden crear solo por perturbación externa se puede ver observando cómo el fonón se dispersa en la interfaz entre materiales diferentes. Hay varios documentos que hacen esto; sin embargo, aquí lo remitiré a Sun et. “Simulación de dinámica molecular de la dispersión de fonones en las interfaces de silicio / germanio” de al. No tengo ninguna figura propia para cargar aquí. Lamentablemente, no puedo subir las imágenes relevantes del documento debido a problemas de derechos de autor. Entonces, en caso de que no tenga acceso al documento, resumiré el resultado clave. Suponga que tiene dos materiales A y B, donde A tiene el modo de fonón de mayor frecuencia de 14 THz mientras que B tiene el modo de fonón de mayor frecuencia de 10 THz. Si genera un paquete de onda fonética en A con una frecuencia de 13 THz y deja que se propague hacia la interfaz A / B, la fracción de energía que se transfiere a los fonones en el lado B será cero. Esto se debe a que no hay 13 modos THz en B para entusiasmarse con la perturbación externa (el paquete de ondas en A).
Para resumir, a menos que la estructura cristalina cambie debido a la perturbación externa, uno no puede generar nuevos modos de fonón. Esto no es viable para un dispositivo real. Lo que podría hacerse para inducir la superconductividad es ajustar el espectro vibratorio considerando diferentes disposiciones atómicas o dopando. Esto se debe a que, al menos a bajas temperaturas, la generación de pares de Cooper está mediada por fonones. No tengo suficiente experiencia en el campo y el mecanismo del acoplamiento de fonón-electrón para formar pares de Cooper para comentar cómo se puede hacer esto. En cualquier caso, este enfoque esencialmente cae en el dominio de encontrar un nuevo material o polimorfo (polimorfismo (ciencia de los materiales)) o encontrar un dopaje óptimo, y no es tan simple como inducir la superconductividad a través de la vibración externa.