Группа исследователей из Института Нильса Бора в Копенгагене, в сотрудничестве с учеными Университета Констанца и Швейцарской высшей технической школы Цюриха, разработала уникальную сверхтонкую мембрану, способную передавать звуковые сигналы практически без потерь энергии. Это достижение может существенно изменить подходы к передаче информации в акустике, квантовых технологиях и высокоточных сенсорах.
Об этом сообщает ProIT
Уникальная структура мембраны и ее свойства
Мембрана изготовлена из нитрида кремния, имеет толщину всего 10 мкм и покрыта треугольными отверстиями. Такая конструкция позволяет звуковым волнам — фононам — проходить через нее с минимальными потерями. Вибрации, которые передаются этой мембраной, являются более чистыми даже по сравнению с самыми современными электрическими схемами. Когда атомы в мембране начинают вибрировать, они вызывают волну, которая переносит информацию. Если во время движения волны энергия теряется или на нее влияет температура, восстановить эту информацию становится сложно или невозможно. Однако, как показали исследования, вибрации, проходящие через новую мембрану, почти не теряют энергии, сохраняя целостность сигнала.
Увеличенное изображение мембраны. Красный цвет означает движение колебаний вверх, синий – вниз/Nature
Перспективы применения в квантовых технологиях
Даже когда звуковые волны обходили отверстия мембраны или изменяли направление движения, уровень потерь составлял всего один фонон на миллион. Для сравнения, в современных электрических схемах сигналы ослабевают в сотни тысяч раз быстрее. Такая эффективность может сделать мембрану перспективным инструментом для передачи данных в квантовых компьютерах, высокоточных датчиках и других технологических устройствах будущего.
Несмотря на потенциальные возможности, разработчики — профессора Сян Си и Альберт Шлиссер — подчеркивают, что пока рано говорить о коммерческом применении новой мембраны. Сейчас ученые сосредоточены на дальнейшем изучении ее свойств и перспектив.
«Сейчас мы хотим поэкспериментировать с этим методом, чтобы понять, что с ним можно сделать. Например, мы хотим построить более сложные структуры и посмотреть, как заставить фононы двигаться вокруг них, или создать структуры, в которых фононы будут сталкиваться, как автомобили на перекрестке. Это даст нам лучшее понимание того, что в конечном итоге возможно и какие новые программы могут быть», — объясняет Альберт Шлиссер.
Результаты исследования опубликованы в журнале Nature. Сейчас в мире активно ведутся работы над созданием сверхточных квантовых компьютеров, эффективность которых зависит от точности передачи сигналов между различными компонентами. Другой направление — разработка сенсоров, способных выявлять малейшие колебания в человеческом организме. Однако на данный момент исследователи стремятся глубже изучить потенциал своей инновационной мембраны.