Немецкие ученые разработали устройство, которое меньше человеческого волоса в тысячи раз, но может революционизировать производство электроники. Этот нанобатут шириной всего 0,2 миллиметра способен управлять звуковыми волнами с невероятной точностью. Секрет в его уникальной структуре с треугольными отверстиями.
Устройство представляет собой ультратонкую мембрану из нитрида кремния толщиной всего 20 миллионных долей миллиметра. Поверхность перфорирована регулярно расположенными треугольными отверстиями. Когда батут начинает двигаться, он почти не теряет импульса и может колебаться чрезвычайно долго.
Различные участки поверхности движутся в разных направлениях, включая боковые. В центре находится еще меньший "батут внутри батута", где движение происходит по точному треугольному пути.
Физики из Университета Констанца, Копенгагенского университета и ETH Цюрих создали это устройство для демонстрации новых методов транспортировки фононов. Фононы – это "кванты звука", элементарные возбуждения колебаний кристаллической решетки твердого тела.
С помощью батута ученые доказали, что фононы можно направлять "за угол" с минимальными потерями импульса. Это критически важно для микрочипных схем, где сигналы должны проходить вокруг краев и изгибов.
Эксперименты показали невероятные результаты. Фононы могут проходить даже крутыми поворотами под углом 120 градусов практически без потерь. Количество фононов, которые "отскакивают" вместо того, чтобы обойти поворот, составляет менее одного на десять тысяч.
"Такие ультранизкие потери соответствуют уровню современных телекоммуникационных устройств", – отмечает физик Одед Цильберберг из Констанца. Он изучает топологические эффекты в поверхностных структурах и их практическое применение.
Цильберберг считает, что этим методом можно построить целые "дороги для фононов". Он разработал специфический дизайн батута, а коллеги из других университетов воплотили идею в реальность. Результаты исследования опубликованы в престижном журнале Nature.
Интересно, что ученый даже раздумывал над созданием батута человеческих размеров. "Это точно был бы веселый эксперимент. Предполагаю, принцип работал бы и с объектом большего масштаба", – улыбается исследователь. Однако советует обязательно использовать шлем для такой попытки.
Исследование финансировалось Европейским исследовательским советом, фондами Дании и Швейцарии, а также программой Horizon 2020. Это открытие может стать основой для нового поколения микроэлектронных устройств с революционными свойствами передачи сигналов.
