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.