Возможности человеческого уха впервые воспроизвели в наноразмерном резонаторе

Миниатюризация всевозможных устройств уже давно является одной из приоритетных задач во многих областях техники. Активно способствует этому процессу параллельное развитие нанотехнологий, в частности, возможности работать с материалами толщиной от одного до нескольких атомов.Новым достижением учёных стало создание «барабанной перепонки», которая в десятки триллионов раз меньше человеческой по объёму и намного превосходит её по частотному диапазону. Разработка принадлежит международной команде специалистов, возглавляемой Филипом Фэном (Philip Feng) из Университета Кейс Вестерн Резерв в США.По сути, учёные создали новый ультрачувствительный наноэлектромеханический резонатор, который в дальнейшем может быть использован в преобразователях различных сигналов. Как следует из названия, такое устройство объединяет в себе электронные и механические компоненты в нанометровом масштабе.В основе модели, описание которой было опубликовано авторами в издании Science Advances, лежат тончайшие слои полупроводника ‒ сульфида молибдена, выполняющие роль мембраны. Эти «чешуйки» толщиной в несколько атомарных слоёв (0,7, 1,4, 2,1 и 2,8 нанометра) и диаметром около одного микрометра снимаются с кристалла с помощью специальной технологии. Затем они устанавливаются над микрополостями в кремниевой пластине, после чего для устройства создаются электрические контакты.Полученный резонатор обладает динамическим диапазоном до 70–110 децибелов на радиочастотах до 120 мегагерц, что сопоставимо с возможностями барабанной перепонки человеческого уха в звуковом диапазоне. Отметим, что в данном случае динамический диапазон рассчитывается как отношение максимального сигнала к уровню шума.Ещё одним важным достижением новой разработки стала возможность перенастраивать устройство на нужные частоты. Сделать это можно путём электростатического растягивания мембраны искусственной барабанной перепонки.»Мы получили не только удивительно большой динамический диапазон при невероятно крошечных объёмах и массе, наши устройства энергоэффективные и очень тихие», — рассказывает Фэн в пресс-релизе университета.Авторы работы отмечают, что их устройство не предназначено для совершенствования уже имеющихся на рынке приборов. На данном этапе главной задачей было именно масштабирование при сохранении и даже существенном улучшении основных характеристик преобразователей сигналов. По мнению исследователей, новое поколение устройств, необходимых для развития сферы коммуникаций, в том числе и увеличения чувствительности, может появиться уже в течение следующих десяти лет.Добавим, что среди материалов проекта «Вести.Наука» (nauka.vesti.ru) можно найти описание и других миниатюрных устройств, например, самого маленького в мире расщепителя луча для сверхбыстрых компьютеров будущего или крошечных носителей информации..