Физики из США создали самый миниатюрный микрофон на Земле
. Американские ученые создали миниатюрное записывающее устройство, которое примерно в десять триллионов раз меньше по размерам, чем ухо человека, но при этом не уступает ему в чувствительности. «Рецепт» его сборки был опубликован в журнале Science Advances.
«Наши наноперепонки не только обладают очень высокой чувствительностью для своих размеров и массы, но и потребляют очень мало энергии и почти не «шумят». В конечном итоге они позволят нам создать устройства, которые одинаково хорошо работают и с чистыми и мощными сигналами, и при высоком уровне шумов», заявил Филип Фенг (Philip Feng) из Университета Кейс Вестерн резерв в Кливленде (США).
Практически все современные цифровые гаджеты имеют в своем составе миниатюрные микрофоны, акселерометры и датчики давления, чьи размеры в десятки раз меньше, чем у барабанных перепонок человека и других живых существ. Подобные устройства, построенные на базе так называемых микроэлектромеханических систем (MEMS), достаточно хорошо воспринимают звук, но отличаются низкой точностью работы и чувствительностью.
Это мешает их дальнейшей миниатюризации и препятствует использованию в системах связи и других устройствах, где необходимы высокая чувствительность и стабильность работы. Фенг и его коллеги сделали первый шаг для решения всех этих проблем, превратив пленку из дисульфида молибдена, перспективного полупроводника, в самый небольшой и «плоский» микрофон в мире.
Как обнаружили авторы статьи, он представляет собой «бутерброд» из подобной пленки и особой кремниевой подложки, покрытой микроскопическими лунками размером в несколько сотен нанометров, похожими по форме на барабаны. Если их подсветить при помощи лазера или пропустить ток через них, то полупроводниковая пленка начнет колебаться с большой частотой, очень чутко реагируя на внешние вибрации, в том числе и звук.
Эти изменения, в свою очередь, можно считать, подсвечивая лунку другим лазером или прикрепив электроды к дисульфиду молибдена. Как показали замеры Фенга и его коллег, подобная электронная «барабанная перепонка» не уступает в чувствительности человеческому уху, несмотря на то, что ее площадь составляет всего восемь квадратных нанометров.
Помимо микрофонов, подобные пленки и «барабаны» можно применять и для других целей создания сверхчувствительных датчиков массы и давления, способных работать практически «вечно» благодаря сверхнизкому энергопотреблению.
В среднем микрофон, созданный командой Фенга, потреблял всего несколько пиковатт (10 в минус 12-й степени ватт) энергии, что на порядки меньше, чем типичные аппетиты самых миниатюрных и простых записывающих устройств на базе MEMS.